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WiGig FlExible TraNsceiver ADvanced SYstem – WENDY

WENDY

WiGig FlExible TraNsceiver ADvanced SYstem

COMPTE RENDU T0+30

Architecture : L’architecture a été figée en septembre 2012, ce qui a permis de commencer les études des différents blocks critiques dès ce moment-là. Le premier block critique est le traitement du signal IF (en WGig) qui devient le traitement du signal RF (en WiFI 2.5GHz ou 5GHz) la conception de ce blocks réalisé par IEMN a été initiée en CMOS 28nm, un premier prototype est disponible, les résultats sont très encourageants, l’architecture fonctionne comme prévue, seule la fréquence max d’échantillonnage n’est pas atteinte. Ceci était prévisible, la technologie disponible à l’époque pour réaliser le prototype, CMOS 28nm, est moins rapide que la technologie choisie, et disponible depuis le début de 2013, CMOS 28nm FDSOI. La suite du design se fera en CMOS 28nm FDSOI. Le deuxième block critique est la synthèse de fréquence multi bande reconfigurable, l’architecture est figée, et les premiers blocks critiques conçus en CMOS 28nm FDSOI ont été testés, la fréquence de référence est conforme aux attentes, nous avons néanmoins quelques soucis avec la plage de fréquence, les modèles des varactors utilisés en 2013 pour la conception de l’oscillateur n’étant pas suffisamment bien définis à l’époque. Ceci devrait se résoudre avec la nouvelle version de varactor disponible dans le Design Kit. Nous allons néanmoins procéder à une analyse complète du problème pour améliorer notre retour d’expérience, et ne pas passer à côté d’un autre souci. Sur la partie Emission, le doctorant de l’IEMN a commencé en mai 2013, l’architecture est maintenant définie, et la partie conception peut commencer.

Deux aspects du projet WENDY ont été développés par l’IEMN durant la période Juin 2013 à Juin 2014. Ils concernent la partie réception (RX) et la partie émission (TX). Les deux parties suivantes vont détailler l’avancement de ces différents points.
Deux aspects du projet WENDY ont été développés par l’IMS durant la période Juin 2013 à Juin 2014. Ils concernent la partie Synthèse de fréquence essentiellement, et la partie millimétrique du signal nécessaire à l’émission et la réception du standard WiGig Les deux parties suivantes vont détailler l’avancement de ces différents points.

IEMN :
La partie transmetteur a pris du retard, à cause de problèmes de recrutement de doctorant sur cette thématique. A l’heure actuelle le travail d’architecture système est validé, et la conception circuit peut commencer.

IMS :
La technologie FDSOI étant très récente, très peu de travaux ont été mené sur cette technologie en millimétrique, et aucun travaux n’avaient été mené sur les VCO avant ceux effectués dans ce projet, ce qui conduit à se trouver dans une position de pionnier où tous les problèmes technologique ; modèle ; et conception sont à résoudre en même temps.

ST :
Pour des raisons de budget déplacement, il a été très difficile de faire de réunion physique, nous avons beaucoup travaillé par Conférence téléphonique, les réunions étant essentiellement faites a Grenoble, elle demandent un effort financier aux autres partenaires.

Le premier circuit IF reconfigurable est fonctionnel, et permet de traiter des signaux WiGig et WiFi. Sa réalisation en CMOS 28nm ne permet pas d’atteindre la fréquence maximum. Mais ce circuit est la preuve de concept qu’il nous fallait pour valider notre architecture.
L’architecture TX est figée.
L’architecture Synthèse est figée.
Le premier VCO 40GHz est fonctionnel, et valide les modèles des passifs et de transistors en forte inversion

B. Grave, A. Frappé, A. Kaiser, “A reconfigurable IF to DC sub-sampling receiver architecture with embedded channel filtering for 60 GHz applications”, IEEE Trans. Circuits Syst. I-Regul. Pap., 60, 5 (2013) 1220-1231 (available online april 24, 2013 ; published may 2013) doi: 10.1109/TCSI.2013.2248791

Mathieu Vallet, Olivier Richard, Yann Deval, Didier Belot “A mmW low power VCO with high tuning range in 28nm FDSOI CMOS technology” A very low power CMOS 28FDSOI programmable fractional frequency divider for Wifi-WiGig” IEEE SOI-3D-Subthreshold Microelectronics Technology Unified Conference 2014

B.Graves, A.Frappé, A.Kaiser, “ Subsampling Techniques Applied to 60 GHz Wireless Receivers in 28 nm CMOS” IEEE NEWCASS 2014

La bande GHz 60 a été explorée pour les communications sans fil de données à haut débit dans la dernière décennie et le standard IEEE-802.15.3c a été créé afin de normaliser cette bande de fréquence pour les communications de données très haut débit à courte portée. À la fin de cette dernière décennie, des consortiums spécifiques ont été créés tels que WiHD (essentiellement piloté par la société SiBeam ou bien encore WiGig, piloté par Intel) créé afin de répondre à des cas d'utilisation spécifiques et de se préparer à cette nouvelle génération de l'ère de la communication numérique sans fil..
WiHD est principalement axée sur les applications de flux vidéo n'adresse pas les autres cas d'utilisation. Même si c'est le seul standard à offrir à ce jour des produits commerciaux pour la haute définition vidéo non compressée HDMI en remplacement d’un câble, en raison de l'application unique qu’il adresse et du coût de celle-ci WiHD n'est pas susceptible de devenir une norme de référence adaptés pour transmettre sans fil des données de tous types.
En revanche, WiGig, a été créé afin de couvrir la vidéo en continu et les données à haut débit, pour les appareils portatifs tout autant que pour les objets communicants reliés au réseau électrique. Dans le même temps, le consortium a récemment conclut un partenariat avec l’alliance Wi-Fi afin d'intégrer à terme la communication à 60GHz dans l'écosystème de WiFi, ce qui donne clairement à ce standard une position dominante en gamme millimétrique. En effet, en raison de ce partenariat WiGig partagera au moins partiellement la couche MAC de certains modes de WiFi, permettant aux systèmes labélisés WiGig d'accéder aux très nombreux réseaux WiFi disponibles dans le monde entier.
La première génération de chipset WiGig sera un "add-on" autonome dans le téléphone et ne partagera pas la moindre fonctionnalité avec le chipset WiFi. Cette première génération est toujours en développement dans l'industrie, et ne sera pas introduite sur le marché avant au moins trois ans. Cependant, cette première génération n'est qu'une une première étape vers les systèmes de WiGig matures, et si un chipset de première génération n’adresse pas la contrainte de faible consommation d'énergie et la programmabilité requise pour les futures applications mobiles il est évident que la seconde devra obligatoirement le faire.
Ainsi la deuxième génération de chipset doit être considérée comme une fonction intégrée dans l'écosystème de WiFi, ce qui signifie que le MAC, la bande de base numériques (DBB) et le frontal Radio fréquence (RFFE) seront partagés entre les bandes WiFi et WiGi, nécessitant une reconfigurabilité élevée. Que ce chipset soit un SiP ou un SoC, cette seconde génération reste à inventer et ne sera pas sur le marché avant 5 ou même 7 ans.
Ce que nous proposons dans le cadre de ce projet est de défricher les verrous technologique du futur et donc d'adresser la deuxième génération des chipsets WiGig au travers d’un RFFE flexible et innovant gérant de concert les normes Wi-Fi et WiGig. Ce faisant, nous pourrons donc non seulement traiter les évolutions futures de ces normes, mais également être prêts à répondre aux exigences de tout les cas possibles d'utilisation, y compris ceux qui sont encore en gestation à ce jour.

Coordinateur du projet

Monsieur Yann DEVAL (INSTITUT POLYTECHNIQUE BORDEAUX) – yann.deval@ims-bordeaux.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ST CROLLES STMICROELECTRONICS (CROLLES 2) SAS
IEMN CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE NORD-PAS-DE-CALAIS ET PICARDIE
IMS INSTITUT POLYTECHNIQUE BORDEAUX

Aide de l'ANR 814 142 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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