Design and characterization of an 8gsps flash analog-to-digital converter for radio astronomy and cosmology applications

Conception et caractérisation d'un CAN Flash de fréquence d'échantillonnage de 8 Géchantillons/seconde pour des applications en radioastronomie

• Auteur / Autrice : Diego Rossoni Mattos
• Direction : Alain Baudry, Jean-Baptiste Begueret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 04/12/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Yann Deval
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Dugoujon, Guy Jestin, Stéphane Gauffre, Jean-Louis Pedroza
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Barthélemy, Patrick Loumeau
• DOI : 10.70675/f46dbadcz704ez4691z8cb3z1d104efe4cd4

Mots clés

Mots clés contrôlés

Convertisseurs analogique-numérique

Mots clés libres

CMOS 65nm

Can

Très larges bandes passantes

Instrumentation

Radioastronomie

Alma

65nm CMOS

Adc

Ultra-wide bandwidth

Instrumentation

Radio astronomy

Alma

Résumé

Un Convertisseur Analogique-Numérique (CAN) pour les applications spatiales en astrophysique et cosmologie a été développé au cours de cette thèse. Cette catégorie de circuits demande des bandes passantes très larges, de très hautes fréquences d'échantillonnage et une faible résolution. L’architecture flash a été retenue pour sa rapidité et sa bande passante. La fréquence d’échantillonnage est de 8GHz. La technologie utilisée est la CMOS 65 nm de chez STMicroeletronics. La conception a été faite en deux phases. Une première qui a amené à un prototype d'un échantillonneur-bloqueur et une deuxième qui a amené au CAN. Les deux prototypes ont été caractérisés et à partir de ces résultats des perspectives d'amélioration pour les nouvelles implémentations ont été retrouvées.Pour atteindre l'objectif final du CAN multi-bits (6-bit sont visés) il a été décidé de dessiner une première version du CAN avec la moitié de la résolution initialement prévue (on passe de 6-bit à 3-bit). L'objectif est de nous permettre d’analyser le comportement des blocs fonctionnels intégrés et ensuite passer à une deuxième voire troisième version pour remplir le cahier des charges initial.

An Analog-to-Digital Converter (ADC) has been developed for astrophysical and cosmological applications. This class of circuits demands, especially in the millimeter wavelength domain, ultra wide bandwidths, ultra high sampling frequencies and a low resolution. The “flash” architecture has been chosen for its speed and bandwidth. This ADC samples at 8Gsps and it has been fabricated in 65nm CMOS technology from STMicroelectornics.The design has been done in two steps. The first was the prototype of a track-and-hold circuit. The second was the ADC. Both circuits have been characterized and from these results some perspectives for further improvements have been proposed.In order to achieve the final goal of the multi-bit ADC (6-bit resolution) we have decided to design a first prototype with half the final resolution, namely a 3-bit resolution ADC. Our idea was, with this first prototype, to conduct a first analysis of the behavior of the integrated functional blocks and, consequently, find the correct improvements required for the ADC final version.