SDR receiver by direct sampling of RF signal

My thesis work is focusing on the RF signal direct sampling reception after the antenna in a software-defined radio applications and cognitive radio context. The purpose of this technique is to treat the signal whatever the modulation used and in a wide range of frequencies, directly after the antenna while minimizing at maximum the analog part. For this, a passive sampler architecture has been used. The originality of this architecture consists in the implementation of a passive differential sampling system working in quadrature, consisting of a switched capacitors network. By setting the time system constant to a high value compared to the minimum frequency of the RF signal to be demodulated , the sampler acts both as a filter and a frequency mixer. This allows the rejection of interferers outside the reception band and contributes to improve significantly the receiver system dynamic, for a very low consumption. Also, the system is flexible in frequency, which permits to receive the RF spectrum over a wide band of frequencies and detect different types of modulated transmitted signals. It has been integrated into a complete front-end 130nm CMOS technology receiver dedicated to ISM bands applications (433MHz and 868MHz bands) whose transmission data rates are limited to 1Mbit/s. The developed architecture is suitable for software-defined radio or cognitive radio applications where frequency agility, high dynamic and very low power constraints are targeted.

Mes travaux de thèse portent sur l'échantillonnage direct du signal RF en réception après l'antenne, dans un contexte d'applications radio-logicielle et radio-cognitive. Le but de cette technique est de pouvoir traiter le signal quelle que soit la modulation utilisée et dans une large gamme de fréquences, directement après l'antenne, en réduisant au maximum la partie analogique. Pour cela une architecture d'échantillonneur passif a été utilisée. L'originalité de cette architecture consiste en l'implémentation d'un système d'échantillonnage différentiel en quadrature purement passif, constitué d'un réseau de capacités commutées. En fixant la constante de temps du système à une valeur élevée devant la fréquence minimale du signal RF à démoduler, l'échantillonneur se comporte à la fois en tant que mélangeur et filtre en fréquence. Cela permet la réjection des brouilleurs hors de la bande de réception et contribue à améliorer sensiblement la dynamique du système de réception, le tout pour une consommation très faible. Aussi, le système est flexible en fréquence, permettant ainsi de recevoir le spectre RF sur une large bande et de recevoir différents types de signaux modulés. Celui-ci a été intégré dans un front-end de réception complet en technologie CMOS 130nm pour des applications dans les bandes ISM (433MHz et 868MHz) dont les débits de transmission sont limités à 1Mbits/s. L'architecture développée est adaptée à des applications de type radio-logicielle ou radio-cognitive, lorsqu'une agilité en fréquence, une grande dynamique et des contraintes de consommation très basse sont visées.