Conception intégrée de systèmes de test de phase absolue et relative dans les émetteurs-récepteurs 5G

Built-in Design for Test strategies for phase testing in 5G Transceivers

• Auteur / Autrice : Adam Waks
• Direction : Jean-Baptiste Begueret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 28/06/2022
• 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 : Christophe Jego
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Tesson, Julien Lintignat, Thierry Taris, Mike Bellanger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Cordeau, Wenceslas Rahajandraibe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essais (technologie)

Autotest intégré

5G (téléphonie mobile)

Radiofréquences

Mots clés libres

Conception pour les tests

Fréquence radio

5G

Équipement de test intégré

Design for Test

Radio Frequency

5G

Built-In Test Equipment

Built-In Self Test

Résumé

L'objectif de ce travail est d'améliorer significativement la couverture de test des réseaux cellulaires de cinquième génération malgré le fait que l'équipement de test ne soit pas disponible. L'objectif est de mettre en œuvre et d'évaluer une stratégie de conception pour les tests afin d'aborder la mesure de phase des émetteurs-récepteurs Phased Array fonctionnant à des fréquences millimétriques. Le travail décrit le problème des tests radiofréquences à haute fréquence et explique les limitations des travaux antérieurs traitant de ce problème. Trois architectures différentes d'équipements de test intégrés sont proposées et réalisées pour caractériser la phase au travers de mesures en courant continu. Une architecture utilise un système qui adapte deux canaux adjacents à la même phase initiale pour améliorer la cohérence. Les deux autres sont implémentés avec des mélangeurs pour convertir le signal RF en courant continu. Un algorithme est développé et mis en œuvre afin de réduire considérablement la complexité de mise en œuvre de l'équipement de test intégré. Les deux solutions sont capables de caractériser les performances de phase relative du circuit, et l'une des architectures traite également les mesures de phase absolue des systèmes de type Phase Array. Il s'agit, à la connaissance de l'auteur, du premier ouvrage traitant de la phase absolue et de l'alignement de phase des canaux d'émetteur-récepteur via un équipement de test intégré. Les architectures de test occupent une surface de silicium de 0,0195 mm^2 pour l'alignement de phase, 0,026 mm^2 pour la mesure de phase relative et 0,0648 mm^2 pour la solution de mesure de phase relative et absolue. L'équipement de test intégré peut être utilisé pour réduire considérablement le temps de test et le coût des équipements de test lors du test final.

The aim of this work is to significantly improve the test coverage of the Fifth Generation Cellular Networks despite the fact that the test equipment is not available. The objective is to implement and evaluate a Design for Test strategy to address the phase measurement of Phased Array transceivers operating at millimeter-wave frequencies. The work describes the problem with direct Radio Frequency testing at high frequencies, and explains the short comings of previous work addressing this issue. Three different Built-in Test Equipment architectures are proposed and realized to characterize the phase through DC measurements. One architecture utilizes a latch to tune two adjacent channels to the same initial phase for coherency. The other two are implemented with Mixers to down-convert the RF signal to DC. An algorithm is developed and implemented in order to drastically reduce the implementation complexity of the Built-in Test Equipment. Both of the solutions are able to characterize the relative phase performance of the IC, and one of the architectures is also addressing the absolute phase measurements of Phased Arrays. This is to the author's knowledge, the first work to address the absolute phase and phase alignment of transceiver channels through a Built-in Test Equipment. The test-architectures occupy a silicon area of 0.0195 mm^2 for the phase alignment, 0.026 mm^2 for the relative phase measurement only, and 0.0648 mm^2 for the relative and absolute phase measurement solution. The Built-in Test Equipment can be used to drastically reduce testing time, and as a test enabler to reduce the cost of expensive test equipment at final test.