Power management Strategy of Ultra-Low-Power RF 'SOC'

Les réseaux de capteurs sans fil nécessitent des fonctions de calcul et de transmissionradio associées à chaque capteur. Les SoCs RF intégrant ces fonctions doivent avoir uneautonomie la plus grande possible et donc une très faible consommation. Aujourd'hui, leursperformances énergétiques pourraient être fortement améliorées par des systèmes d'alimentationinnovants. En effet, les circuits d'alimentation remplissent leur fonction classique de conversiond'énergie mais aussi des fonctions d'isolation des blocs RF et digitaux. Leurs performancess'évaluent donc en termes d'efficacité énergétique et de réponse transitoire mais aussi d'isolationentre blocs et de réjection de bruit.Ce travail de thèse concerne l'intégration du système de gestion et de distribution del’énergie aux différents blocs RF d’un émetteur/récepteur en élaborant une méthodologie « topdown» pour déterminer la sensibilité de chaque bloc à son alimentation et en construisant unearchitecture innovante et dynamique de gestion/distribution de l'énergie sur le SoC. Cetteméthodologie repose sur la disponibilité de régulateurs de tension présentant des performancesadaptées. Un deuxième volet du travail de thèse a donc été de réaliser un régulateur linéaire detype LDO à forte réjection sur une bande passante relativement large et bien adapté àl'alimentation de blocs RF très sensibles aux bruits de l'alimentation.Wireless sensor networks require calculation functions and radiofrequencytransmission modules within each sensor. RF SoCs integrating these functions must have thebiggest battery life and so a very small consumption. Today, innovative power managementsystems could highly enhance the energy performances of this type of RF SoC. Indeed, thesepower systems perform energy conversion and also the isolation functions of RF and digitalblocks. Their features are thus estimated in terms of energy efficiency, transient response and alsoisolation between blocks and noise rejection.This thesis work concerns the integration of the power management systems and itsdistribution channels into different ultra-low-power SoCs. This was achieved mainly thanks to thedevelopment of a new “top-down” approach. This new methodology consists of determining thesensibility of every block to its power supply and of designing an innovative and dynamicarchitecture of power management circuits on the SoC. This study ends up in the implementationof a very efficient low dropout (LDO) regulator for noise-sensitive low-current RF blocks inmixed SoC applications. The fabricated prototype achieves a high power supply rejection for awide range of frequencies