Portage de circuits intégrés Hyper-fréquences Supraconducteurs de Conversion Analogique-Numérique sigma-delta, 200GHz pour les applications radio logicielle et télécommunications spatiales. – HYPERSCAN

La logique RSFQ (Rapid Single Flux Quantum) est une technologie qui permet de réaliser des circuits logiques très rapides et peu consommant. Les fréquences d'horloges des circuits sont dans la gamme des centaines de GHz. Elle est présentée par la « National Technology Roadmap for Semiconductors » US comme une des alternatives possible pour l'après CMOS. Une première filière à base de Niobium commence à faire l'objet d'une offre commerciale . Les opérateurs et industriels télécoms indiquent le besoin de disposer de systèmes de plus en plus souples à fabriquer et à utiliser. Cette tendance lourde pousse vers le traitement tout numérique de l'information que nous connaissons aujourd'hui, l'analogique n'offrant pratiquement pas de solution dans ce domaine à coût équivalent. Le segment radio des réseaux est de par sa nature physique analogique (modulation de porteuses radio). Le convertisseur analogique / numérique (CAN) est le composant clé permettant d'introduire le traitement numérique dans le segment radio. Malheureusement les performances des CAN semi-conducteurs actuels sont limitées en fréquence et en résolution ; ils ne peuvent être utilisés que dernières des chaînes radio qui réalisent les fonctions d'amplification, de conversion en bande de base, de filtrage etc. de façon analogique donc faiblement reconfigurables. Les perspectives d'amélioration des CAN semi-conducteurs sont elles aussi limitées . Une solution potentielle : la fabrication de CAN en technologie RSFQ. Le projet HyperSCAN est organisé pour valider un convertisseur analogique numérique réalisé en technologie RSFQ et destiné à de la radio numérique haute fréquence (porteuse à 30 GHz). Le CEA/Drfmc propose une technologie de jonctions en nitrure de niobium (NbN) qui combine, fonctionnement hyperfréquences (horloge > 200 GHz), contraintes
de réfrigération allégées à 10K et permet la production des circuits sur la plate-forme silicium 200 mm du Leti/DPTS. La démonstration d'un CAN supra ultrasensible numérisant une bande de 500 MHz autour de 30 GHz sur 2 x 8 bits, repose sur la réalisation en 3 ans d'un modulateur d'architecture Sigma-Delta opérant à 200 GHz et sur la maîtrise précise de la lithographie (en 0,7µm) des filtres numériques en logique RSFQ. Le dimensionnement des portes et circuits, leur modélisation, leur optimisation, leur implémentation sur la plateforme et leur test fonctionnel au moyen d'un packaging évolué sera coordonné par le CEA-Grenoble (Drfmc et Leti) et impliquera Alcatel Alénia Space, le LAboratoire d'Hyperfréquence et de Caractérisation l'université de Savoie (LAHC), l'Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications (ENST - Télécom Paris) et Id3 SEMICOM une PME. HyperSCAN répondra à quatre objectifs : 1) Asseoir une plate-forme européenne en circuits hyperfréquences analogiques et numériques RSFQ, 2) Faire sauter les verrous limitant les performances des CAN, 3) Evaluer l'impact de cette technologie pour une application spatiale, 4) Obtenir un savoir faire pour être capable à terme d'élargir l'analyse de faisabilité à d'autres applications (ex : imageurs à grande résolution spatiale, temporelle et en énergie).