Conception d'une tête radiofréquence auto adaptative au milieu de propagation pour les applications médicales (2010)

L'impedance d'entree d'une antenne miniature est fortement affectee par des facteurs environnementaux a l'origine de pertes de puissance reduisant l'efficacite energetique des tetes radiofrequences dans les applications RF, en particulier dans la telemetrie des implants cardiaques. Le but de mes etudes est de developper une unite de calibration d'impedance d'antenne tres faible consommation capable d'adapter toute variation de l'impedance d'entree de l'antenne a l'impedance de la source radiofrequence. La premiere partie de mon etude est axee sur la conception au niveau systeme d'une approche nouvelle de calibration automatique du systeme. Un reseau d'adaptation automatique d'impedance sans coupleur et fonctionnant de facon directe est etudie et permet d'optimiser la taille du dispositif, la vitesse de l'adaptation, la consommation d'energie et les performances globales. Deuxiemement, une nouvelle methode de synthese du reseau d'adaptation variable est proposee pour reduire fortement la complexite globale de l'algorithme d'adaptation. La troisieme partie de mon etude est axee sur la fabrication d'un demonstrateur hybride fonctionnant dans la bande medicale MICS afin de valider le concept auto adaptatif d'impedance. Un banc experimental qui comprend une antenne immergee dans son milieu connectee au demonstrateur pilote par un microcontroleur a ete mis en place et a permis d'atteindre un coefficient de reflexion jusqu'a -30dB avec un temps de calibration inferieur a 1ms. La derniere partie de mon travail consiste a concevoir le circuit d'adaptation automatique d'impedance d'antenne tres faible consommation fonctionnant dans la bande ISM 2.4GHz en utilisant la technologie CMOS 0.13um. Antenna input impedance is highly affected by environmental factors increasing the losses or reducing the power efficiency of the radiofrequency transceiver in many RF applications such as in implantable pacemaker device telemetry. The purpose of my study is to develop a low power fully integrated antenna-impedance tuning unit to match any variation of the antenna impedance to the source. The first part of my study is focused on the system-level design of a new approach to automatically match the system. A couplerless single step automatic matching network is investigated to optimize the die size, the speed, the power consumption and the overall performance. Second, a new method for synthesizing an automatic matching network is developed reducing strongly the overall complexity of the matching algorithm. The third part of my study is focused on the fabrication of a hybrid demonstrator operating at the Medical Implantable Communication Service (MICS) frequency band to validate the concept. An experimental set-up including the antenna tuning unit, a microcontroller and a pacemaker antenna connected to the demonstrator was done achieving a reflection coefficient up to -30dB, an overall tuning time less than 1ms. The last part of my work is to design the entire automatic matching network circuit in 0.13um CMOS technology including a front-end transceiver designed under ultra low power constraints and operating at 2.4GHz ISM frequency band. The additional items overall power consumption is less than 1.5mW under 1.2V supply voltage.