Application aux problèmes de dimensionnement des circuits électroniques

La complexité des circuits intégrés VLSI suit actuellement une évolution exponentielle. Le principal moteur de cette évolution réside dans la diminution régulière de la taille de ses différents composants. D’où l’importance grandissante de l’étape de la conception des circuits intégrés qui constitue une condition nécessaire au développement d’une industrie électronique performante. Les composants analogiques tiennent une part importante dans la conception de ces circuits. En effet, le dimensionnement de ces composants est un facteur important qui agit sur les performances de ces circuits. En revanche, cette opération, généralement lente et complexe, dépend en grande partie de l’expérience et des choix du concepteur. Pour remédier à ce problème, plusieurs approches ont été proposées et qui visent à automatiser cette tâche afin de la simplifier et de l’accélérer par la suite. En effet, un problème de dimensionnement peut être perçu comme étant un problème d’optimisation à variables continues soumis à des contraintes. Les variables de décision sont alors les dimensions des transistors du circuit (c’est-à-dire longueur et largeur), les contraintes dépendent du cahier des charges du circuit. Dans ce qui suit, nous nous proposons d’appliquer LS-TRIBES aux problèmes de dimensionnement des circuits électroniques. Nous considérons deux circuits : l’amplificateur à faible bruit (LNA) et le convoyeur de courant de seconde génération. Ce travail a été effectué en collaboration avec le Laboratoire d’Electronique et des Technologies de l’Information de l’université de Sfax.

Amplificateur faible bruit

L’amplificateur à faible bruit (LNA) est un des blocs fonctionnels de base du système de communication. Le but du LNA est d’amplifier le signal reçu aux niveaux acceptables tout en réduisant au minimum le bruit qui s’ajoute. Dans cette partie, on s’intéresse à la topologie LNA à source commune avec dégénération inductive. Le choix de la structure de l’amplificateur faible bruit dépend directement des performances exigées. L’amplificateur à source commune avec dégénération inductive présente une grande importance en termes de bruit et de fréquence. En effet, l’utilisation d’un filtre d’adaptation d’impédance à l’entrée ainsi qu’à la sortie permet d’élargir de plus la bande fréquentielle [Andreani et al., 01]. La polarisation de l’étage principal est réalisée par le circuit piloté par le transistor M3. La résistance R2 est choisie à partir de la valeur du courant de polarisation. La résistance R1 assure l’isolation entre le circuit de polarisation et l’amplificateur.

La modélisation de l’adaptation d’impédance à l’entrée, de l’adaptation d’impédance à la sortie et du gain de l’amplificateur se résume dans la modélisation des paramètres S. Les expressions symboliques des paramètres sont déduites des expressions symboliques des paramètres d’impédance (Z-paramètres) du LNA, qui sont calculés en utilisant automatiquement un analyseur symbolique [Boughariou et al., 10]. En effet, le paramètre S11 Dans une chaîne de réception RF, le LNA doit répondre à des critères de dimensionnement stricts. Le LNA doit assurer une bonne adaptation d’impédance aussi bien à l’entrée qu’à la sortie, une valeur de gain réalisant la fonction principale d’amplification tout en assurant une valeur de figure de bruit faible. L’adaptation se traduit en termes de paramètres S par S11 < -10dB pour l’entrée et S22 < -10dB pour la sortie. Le gain se manifeste par le paramètre S21 et la modélisation détaillée auparavant de la figure du bruit sera considérée.

Le but de cette application est de dimensionner les transistors M1 et M2 de l’amplificateur faible bruit afin que celui-ci présente un gain maximal à la fréquence. Dans ce qui suit, nous présentons les résultats obtenus pour la structure de LNA proposée en appliquant les algorithmes TS-TRIBESV1 et SA-TRIBESV1. Nous avons choisi d’appliquer ces deux algorithmes puisqu’ils ont donné les meilleurs résultats (voir Chapitre 4). Une comparaison des résultats théoriques avec les résultats obtenus par le simulateur ADS qui permet de valider l’approche d’optimisation sera aussi détaillée. Nous remarquons que le LNA est bien adapté à la sortie vu que S22 < -10dB (voir Figure 5.6). La figure de bruit est montrée dans la figure 5.7. Elle est de l’ordre de 0,98 dB qui est inférieur à 4 dB.

Convoyeur de courant

Un convoyeur de courant est un circuit électronique composé de trois ports actifs. La représentation conventionnelle est donnée sur la figure 5.12. Dans cette équation, k2 désigne le type de convoyeur utilisé. En effet, si k2=0, alors le convoyeur utilisé est de première génération. Dans le cas contraire, si k2=1, alors le convoyeur est de deuxième génération. De plus, k1 spécifie le transfert de courant entre X et Z. Si k1=-1, alors le transfert de courant est négatif. Dans le cas contraire, si k1=1, le transfert est positif. Le convoyeur de courant assure les deux fonctions suivantes : suiveur de courant entre X et Z et suiveur de tension entre X et Y. Le convoyeur de courant de seconde génération utilise une boucle translinéaire [Seevinck, 00]. La figure 5.13 illustre l’exemple d’un convoyeur de courant de seconde génération positif à boucle translinéaire CMOS [Schmid, 00]. Les transistors M1 à M4 constituent la boucle translinéaire qui assure le suivi de tension entre X et Y. I0 désigne le courant de polarisation et les transistors M9 à M13 représentent des miroirs de courant. Les transistors M5 à M8 servent à reproduire au port Z le courant appliqué au port X (voir Figure 5.13).