Direction de recherche : Hassan ABOUSHADY

Modélisation, conception et simulation d'un SoC pour les réseaux de capteurs sans fil

Ces dernières années, le nombre de normes de communication sans fil a considérablement augmenté à couvrir des besoins différents. Internet est devenu disponible partout à travers WiFi (IEEE 802.11), les câbles ont été remplacés par l'utilisation de faible puissance sans fil Bluetooth (IEEE 802.15.1) et, dans un proche avenir, notre environnement sera surveillée par les réseaux des capteurs sans fil (WSN) en utilisant ZigBee (basé sur la norme IEEE 802.15.4). L'intégration de ces normes de communication dans un appareil mobile unique conduit à plusieurs problèmes pour la conception des émetteurs-récepteurs RF.
L'intégration sur puce de ces émetteurs-récepteurs doit fusionner les parties analogiques et numériques RF, pour créer un système sur puce (SoC), afin de réduire la taille, la consommation d'énergie et de coût, en réduisant le nombre de composants. Cela conduit l'industrie à concevoir émetteurs-récepteurs dans une technologie CMOS standard à faible coût, adaptées pour le numérique car il profite de mise à l'échelle de la technologie, mais plus difficile pour RF et circuits analogique. Par conséquent, le montant du traitement du signal effectué avec des circuits numériques a augmenté conduisant à appliquer l'aspect radio-logiciels (SDR) où plusieurs émetteurs-récepteurs utilisent la même matériel configuré numériquement.
Ma thèse s’inscrit dans ce contexte en réalisant un récepteur multistandard pour les couches PHY de trois normes sans fil, mettre en oeuvre une architecture de récepteur SDR en technologie CMOS, où une conversion analogique-numérique RF permet une démodulation du signal basée sur des circuits numériques configurables. Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de l'Agence nationale de la recherche (ANR) et internationales.
J’ai structuré mes travaux en 4 axes.
Le premier axe a porté sur appliquer un environnement uniforme pour simuler l'ensemble du système, afin de réduire les risques d'échec, et donc de réduire le temps d'accès au marché et le coût. Il s'agit de fournir une méthode, avec un environnement de conception, basé sur SystemC et les capacités de SystemC-AMS, pour effectuer la modélisation et la simulation des SoC complexes et hétérogènes. Dans ce but, un récepteur radiologicielle basé sur un CAN ?? RF a été modélisé.
Le deuxième axe a porté sur la conception d'un amplificateur faible bruit (LNA) avec un gain variable permettant de résoudre des problèmes de la gestion dynamique du spectre. Cet amplificateur fonctionne à 2.4 GHz en consumant 20 mW et un gain variable de +10 dB/-10 dB (le procédé CMOS 130 nm).
Le troisième axe consiste à concevoir un mélangeur et un filtre numérique à basse-consommation. Cela nécessite un grand effort puisque la fréquence est très élevée. Par conséquent plusieurs optimisations sont proposées afin de simplifier la structure du mélangeur ainsi que de diminuer sa fréquence de fonctionnement. Par ailleurs, cela se traduit par la diminution de la consommation d'énergie.
Le quatrième axe a aboutit à l'implémentation de la chaîne de réception complet sous la technologie CMOS 130 nm. Le circuit a été fabriqué et mesuré. comparaison avec d'autres récepteurs similaires RF hautement numérisés indique que le circuit proposé permet d'obtenir une gamme dynamique plus élevée avec réduction significative de la consommation d'énergie.

Publications 2010-2018

• 2018
  • D. Haghighitalab, D. Belfort, A. Kilic, A. Benlarbi‑Delai, H. Aboushady : “A 2.4 GHz ISM-band Highly Digitized Receiver based on a Variable Gain LNA and a Subsampled ADC”, Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol. 95 (2), pp. 259-270, (Springer Verlag) (2018)
• 2015
  • D. Haghighitalab : “Modélisation, conception et simulation d’un SoC pour les réseaux de capteurs sans fil”, soutenance de thèse, soutenance 09/09/2015, direction de recherche Aboushady, Hassan (2015)
• 2014
  • A. Kilic, D. Haghighitalab, H. Mehrez, H. Aboushady : “Low-power comb decimation filter for RF Sigma-Delta ADCs”, ISCAS 2014 - IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Melbourne, Victoria, Australia, pp. 1596-1599, (IEEE) (2014)
• 2010
  • D. Haghighitalab, M. Vasilevski, H. Aboushady : “LNA automatic synthesis and characterization for accurate RF system-level simulation”, IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS 2010), Seattle, WA, United States, pp. 938-941, (IEEE) (2010)