Définition, implémentation et évaluation d'une stratégie de DfT (Design for Test) au sein d'un circuits Récepteur, Emetteur et modulateur de faisceaux millimétriques (bande K)

par Adam Waks

Projet de thèse en Electronique

Sous la direction de Jean-Baptiste Begueret.


  • Résumé

    La disponibilité de grandes quantités de données / contenus n'importe où et à n'importe quel moment est crucial pour le développement de l'économie moderne. Pour satisfaire ce besoin, les réseaux sans fil et les standards de communication ont été constamment étendus. Actuellement l'utilisateur de réseau sans fil est servi par des stations de base 2G/3G/4G macro-et micro cellulaires qui ont des limites de capacité de transfert de données alors que le spectre disponible pour accroitre cette capacité est devenu une ressource rare. Les réseaux de mobile de cinquième génération (5G) sont tenus de dépasser ces limitations etpermettre un accès intelligent, à grande vitesse et où que ce soit à ses utilisateurs. Les élémentsclé pour une approche couronnée de succès sont la création de plus petites cellules et detechniques MIMO/antenne intelligente opérant à des fréquences plus élevées. Dans une telleapproche, les fréquences transmises peuvent être réutilisées, ce qui en combinaison avecl'utilisation de bandes passantes plus grandes et le multiplexage spatial permettra d'atteindre unnouveau paradigme dans la capacité de traitement de données. Toutefois, avec l'introduction deplus de cellules (plus petites) intégrant de multiples émetteurs, le traitement des données,l'intégration, la consommation de puissance et la réduction de coût deviennent des facteursbeaucoup plus importants et doivent être sérieusement améliorés par rapport aux macro-etmicro cellules. De plus, une fonctionnalité multi-bande – multi-mode ainsi que la re-configurabilité serontessentielles pour la prochaine génération de cellules qui seront compactes et peu coûteuses. Bien que l'Europe soit particulièrement en pointe pour l'infrastructure sans fil 2G/3G et 4G, il estclair que la continuité de cette position dominante dépend de la manière et de la vitesse aveclesquelles les défis technologiques de la 5G seront abordés pour inventer des solutionsperformantes, très intégrées et efficientes. La mise sur le marché de ces circuits pour les applications 5G induit de nombreux défis à relevertant du point de vue de la conception (fonctions permettant le « beam-forming » avec uneprécision accrue, mise en boîtier des circuits) que du point de vue test. C'est ce second point quece travail de thèse propose de considérer afin d'améliorer de manière sensible la couverture detest malgré le fait que l'équipement de test ne soit pas disponible. En outre, l'objectif de ce travailde thèse consistera à implémenter, évaluer une stratégie de DfT (Design for Test) pour adressernotamment des mesures de gain (en fonction des différents modes de programmation), de phase(toujours en fonction des différents modes de programmation), d'EVM (Error Vector Magnitude),de figure de Bruit (NF) de manière indirecte mais néanmoins précise et enfin les variations dephase/gain générées par différentes programmations de gain/phase (« cross-error »). Ce travailsera effectué en lien avec les équipes de conception du circuit ainsi que les ingénieurs de test. Les objectifs principaux de la thèse sont les suivants : • Comprendre les enjeux associés à la conception et la testabilité des circuits enbande Ka pour réaliser du « beam-forming ». • Etablir tant du point de vue conception que du point de vue stabilité une méthodealternative de test basée sur une corrélation DC-RF permettant de mesurer l'IP3,le CP1, LE NF et l'EVM (pour les modes RX et TX). L'étudiant devra en outre étudierles opportunités offertes par un algorithme à base d'intelligence artificielle. • Etablir une corrélation entre l'EVM et le Gain/CP1/IP3, ceci afin de réduire in-fineles données à mesurer et donc diminuer le temps de test. • Proposer une approche permettant d'effectuer des mesures 5G (bandesmillimétriques) par translation de mesures effectuées à des fréquences sub-6GHz. • Proposer des tests RF alternatifs permettant d'adresser de manière indirecte desmesures de paramètres RF. La feuille de route suivante a été initiée (celle-ci peut néanmoins être amenée à évoluer enfonction de l'avancement et/ou des directions induites par le projet), pour atteindre pleinementles objectifs de la thèse.

  • Titre traduit

    Definition, implementation and evaluation of a DfT strategy (Design for Test) within a Receiver, Transmitter and millimeter beam modulator (K-band).


  • Résumé

    The availability of large amounts of data anywhere at any time is crucial for the development of the modern economy. To meet this demand, wireless networks and communication standards have constantly evolved. The present wireless network is 2G/3G/4G based on macro cellular base stations and mico cellular devices and have limited data transfer capacity, while the spectrum available to increase this capacity has become a scarce resource. Fifth generation (5G) mobile networks are required to exceed these limitations and allow intelligent, high-speed data access anywhere to its users. The key to success is the creation of smaller cells and MIMO/smart antenna techniques operating at higher frequencies. This would enable the transmitted frequencies to be reused, which in combination with the use of larger bandwidths and spatial multiplexing will achieve a new paradigm in data processing capability. However, with the introduction of more (but smaller) cells integrating multiple transmitters; aspects as data processing, integration, power consumption and cost reduction are becoming far more important and need to be significantly improved compared to macro-micro system cells. In addition, a multi-band - multi-mode feature as well as re-configurability will be essential for the next generation of cells that will be compact and inexpensive. Although Europe is advanced when it comes to 2G/3G and 4G wireless infrastructure; it is clear that the continuity of this dominant position depends on the way and speed with which the technological challenges of 5G will be addressed to invent powerful, highly integrated and efficient solutions. The commercialization of these circuits for 5G applications brings many challenges, both from a design perspective (functions allowing for "beam-forming" with an increased precision and the packaging of circuits) but also from a testability perspective. It is this second point that the thesis will focus on in order to significantly improve the test coverage despite limited or no test equipment available. In addition, the objective of this thesis will be to implement and evaluate a DfT (Design for Test) strategy to measure gain (depending on the different programming modes), phase (always depending on the different modes of programming), EVM (Error Vector Magnitude), noise figure (NF) in an indirect but nevertheless precise manner and finally the phase shift/gain variations generated by different gain/phase programming schemes ("cross-error"). This work will be carried out in conjunction with the circuit design teams as well as the test engineers. The main objectives of the thesis are: • Understand the issues associated with the design and testability of Ka-band circuits to achieve beam-forming. • Establish a method from both a design and stability point of view of an alternative method of test based on a DC-RF correlation to measure IP3, CP1, LE NF and EVM (for RX and TX modes). The student will also have to study the opportunities offered by an algorithm based on artificial intelligence. • Establish a correlation between the EVM and the Gain/CP1/IP3, in order to reduce the data to be measured and thus reduce the test time. • Propose an approach allowing to carry out 5G measurements (millimeter bands) by translation of sub-6Ghz measurements. • Propose alternative RF tests to indirectly address RF parameter measurements. The suggested roadmap may change depending on the progress and/or directions of the project in order to fully achieve the objectives of the thesis.