Récepteurs de réveil très faible consommation utilisant des techniques de filtrage de type N-Path

par Camilo Andrés Salazar Gutierrez

Thèse de doctorat en Micro et nanotechnologies, acoustique et télécommunications

Sous la direction de Andreas Kaiser, Andreia Cathelin et de Jan M. Rabaey.


  • Résumé

    Le développement continu des systèmes dédiés à des réseaux de capteurs sans fils présent une grande motivation afin d’apporter “intelligence” à notre environnement. Plusieurs recherches ont été adressées au développement des méthodologies permettant de doter notre environnement avec des capteurs sans fils permettant un contrôle autonome des systèmes pour des applications médicales, environnementales, de sécurité et de structures intelligentes. Afin de garantir un déploiement dense des capteurs avec une longue durée de vie, chaque nœud doit être petit, pas cher et très faible en consommation de puissance. Afin de garantir une faible consommation, ces réseaux des capteurs doivent être implémentés suivant des schémas de rendez-vous asynchrones basés sur des récepteurs de réveil (en anglais, Wake-Up Receivers – WuRx). Cette recherche de thèse porte sur le développement d’un récepteur de réveil compact et à faible cout, fournissant très faible niveaux de consommation de puissance, une forte sensitivité et une forte tolérance aux interférences. L’architecture proposée survient aux besoins des références de temps à haut facteur-Q en combinant un oscillateur local, référée à un résonateur à faible facteur-Q, et des filtres passifs à N-chemins à haut facteur-Q, distribués en plusieurs étages tout le long du chemin de réception. Implémenté en une technologie 65nm CMOS de STMicroelectronics, ce travail de thèse propose un WuRx à double bande IF, avec une architecture travaillant à 2.4GHz avec une consommation de puissance de 99μW, une sensitivité de -97dBm et une rejection d’interférence de -27dB à une fréquence offset de 5MHz.

  • Titre traduit

    Ultra-low power wake-up receivers using N-Path filtering techniques


  • Résumé

    The continuous development of performant systems intended for Wireless Sensor Networks (WSN) sets an exciting motivation to bring “intelligence” to our environment. Multiple researches have been addressed to the development of advanced methodologies enabling the possibility of providing objects with individual wireless sensing devices. Set as sensor networks, these emerging WSN enables autonomous monitoring of diverse environments for applications such as medical care, environmental monitoring, system security and smart structures. To guaranty dense node deployment and long lifetime, each sensor node must be small, low-cost and low-power. In order to fulfill the WSN low-energy requirements, asynchronous rendez-vous schemes based on Wake-Up Receivers (WuRx) may be implemented. This thesis research focuses on the development of a compact and low-cost ultra-low power wake-up receiver providing high sensitivity and strong interference rejection. The proposed architecture overcomes the need of high-Q time-base references by combining a low-Q resonator-referred local oscillator and distributed multi-stage signal-path high-Q filtering obtained by means of integrated ULP electronic means. Based on a Dual-IF architecture, this WuRx takes creative advantage of the N-path passive-mixers (N-PPM) impedance frequency translation principle to enhance the sensitivity and provide strong interferer immunity. Implemented in a 65nm CMOS technology from STMicroelectronics, this thesis work pushes the state-of-the-art boundary, proposing a 2.4GHz On-Off Keying (OOK) dual-IF WuRx with -97dBm sensitivity and -27dB carrier-to-interferer ratio at 5MHz carrier frequency offset, while consuming 99μW.


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