Thèse soutenue

Amélioration de la Dynamique Absolue d'un Numériseur Radio-Fréquence

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Auteur / Autrice : Baptiste Laporte-Fauret
Direction : Guillaume FerréDominique Dallet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Automatique, Productique, Signal et Image, Ingénierie cognitique
Date : Soutenance le 20/11/2020
Etablissement(s) : Bordeaux
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 : Sylvie Renaud
Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Ferré, Dominique Dallet, Sylvie Renaud, Salvador Mir, Olivier Berder, Loïc Fuché, Bryce Minger, Marie-Minerve Louërat
Rapporteurs / Rapporteuses : Salvador Mir, Olivier Berder

Résumé

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Avec le développement de nouveaux systèmes de radio-communication, la numérisation de l'information est devenue un enjeu de plus en plus crucial.En effet, les récepteurs radios sont aujourd'hui présents dans de nombreux secteurs d'activités avec des architectures mixtes analogiques-numériques qui fonctionnent sur de larges gammes de fréquences allant de quelques kHz à plusieurs GHz. Cependant, les technologies et composants actuels rendent difficile le traitement de l'ensemble des signaux reçus. L'acquisition de larges bandes instantanées peut en effet entraîner la présence d'interférences mais également des problèmes de dynamique.Cette notion de dynamique est fondamentale dans certains récepteurs radios qui sont amenés à traiter des signaux sur une large gamme de puissances.De fait, si l'on considère un signal de faible puissance, reçu simultanément avec un signal de forte puissance, le processus de numérisation peut conduire à la disparition de ce premier.Ce phénomène est la conséquence de la dynamique instantanée du Convertisseur Analogique Numérique (CAN) qui se trouve être l'élément central du numériseur et qui limite le traitement des signaux de faible puissance lorsqu'ils sont reçus simultanément avec des signaux de forte puissance.Or, dans notre domaine d'application, le ac{CAN} possède une dynamique instantanée inférieure à la dynamique absolue du récepteur qui désigne sa capacité à traiter des signaux de forte et faible puissance sans notion de simultanéité.Cette différence nécessite la mise en place, en amont du numériseur, d'un système analogique de Contrôle Automatique de Gain (CAG), dont le rôle est d'assurer, dans le cas de la réception d'un signal de forte puissance, que le CAN ne soit jamais saturé ou de rehausser les signaux de faible puissance. Néanmoins, ce traitement peut entraîner une dégradation du facteur de bruit responsable de la perte des signaux de faible puissance en présence de signaux de forte puissance.L'objectif de cette thèse est de venir dépasser les limites technologiques du CAN vis-à-vis de la dynamique instantanée au travers d'une approche mixte entre le monde analogique et numérique en améliorant la dynamique absolue du numériseur qui comporte le CAN et son étage amont.Pour ce faire, un état de l'art des différentes solutions existantes pour améliorer la dynamique des CAN a tout d'abord été effectué. Ce travail a permis de mettre en lumière les limitations actuelles et de dégager différentes pistes de recherche. Par la suite, une étude a été réalisée afin de dimensionner correctement les CAN dans un contexte de réception simultanée de plusieurs signaux. Nous avons également étudié l'impact de solutions comme l'étalement de spectre analogique sur notre problématique avant de proposer une architecture permettant d’améliorer la dynamique absolue d'un numériseur en venant abaisser le bruit thermique introduit par l’étage de numérisation.