Synthétiseur de fréquences RF destiné aux dispositifs médicaux implantables

Les microsystèmes biomédicaux implantables présentent un énorme potentiel pour la recherche médicale. Les dispositifs médicaux intelligents implantables, qui combinent des capteurs et/ou des actuateurs avec des circuits intégrés, ouvrent la voie à des applications fascinantes. Aujourd'hui, la possibilité d'utiliser la technologie CMOS pour intégrer des circuits RF, numériques, et même certains types de capteurs sur une même puce, suscite un vif intérêt dans un domaine nouveau : celui des réseaux de capteurs implantables, ou BSN (Body-Sensor Networks) et leurs applications en recherche biomédicale. L'implantation dans le corps de tels réseaux de capteurs sans-fils permettrait de surveiller, détecter ou même combattre différentes maladies, et ce de manière in situ. Avec des dimensions minimales inférieures à 100 nm, la technologie CMOS représente un choix viable pour l'implémentation des blocs de bases des circuits intégrés radio-fréquences (Radio- Frequency Integrated Circuits - RFIC) à faible consommation de puissance. Toutefois, la réduction de la tension d'alimentation permise dans les procédés CMOS nanométriques, l'impédance de sortie limitée des transistors disponibles, ainsi que les variations de procédés ont pour conséquence que plusieurs architectures de circuits analogiques n'offrent plus les performances requises ou ne sont tout simplement plus applicables. Des méthodes de conception innovatrices doivent être utilisées et des compromis judicieux doivent être faits afin de maintenir les performances requises. Dans un système de communication sans-fil, l'oscillateur local (Local Oscillator - LO) est l'un des modules les plus importants puisqu'il sert à générer la porteuse du lien RF qui sera par la suite modulée pour transmettre les données. Dans un contexte où la consommation de puissance doit être strictement minimisée, la génération d'une fréquence porteuse RF stable dans un procédé CMOS nanométrique présente des défis énormes. Dans cette optique, cette thèse se concentre sur la conception, l'analyse, ainsi que sur l'implémentation de circuits analogiques et RF à basse tension faisant partie d'un synthétiseur de fréquences à consommation ultra faible utilisant un procédé CMOS nanométrique. Tout d'abord, une nouvelle architecture de miroir de courant présentant une impédance de sortie très élevée destiné aux applications à faible tension d'alimentation est présentée. Ce miroir de courant de faible complexité présente une résistance de sortie très élevée et ce pour des tensions de sortie s'approchant des alimentations. Ensuite, une nouvelle architecture de pompe de charges CMOS destinée aux boucles à verrouillage de phase à faible tension et faible puissance est proposée afin de contourner les difficultés causées par la basse tension d'alimentation et la faible impédance de sortie des transistors nanométriques.