Thèse soutenue le 26 juillet 2007 pour obtenir le grade de docteur de l'INP Grenoble - Spécialité : Optique et Radiofréquence
Résumé :
La logique supraconductrice RSFQ (Rapide Single Flux Quantum) est une solution très attractive pour le
traitement des données à très haute fréquence avec une dissipation très faible et des performances nettement
supérieures à ce que la technologie CMOS pourra offrir dans la prochaine décennie. La technologie RSFQ
en nitrure de niobium (NbN) en cours de développement au CEA-G est basée sur des jonctions Josephson
NbN/TaXN/NbN auto-shuntées qui présentent une fréquence d'oscillation maximum proche du THz jusqu'à
10 K. L'objectif de cette recherche a été d'appliquer cette technologie NbN 9K à un CAN (Convertisseur
Analogique-Numérique) adaptable aux télécommunications spatiales. Une architecture de type CAN
sigma-delta a été étudiée, sur-échantillonnant à 200 GHz de fréquence d'horloge un
signal avec une bande de 500 MHz et modulé sur une porteuse de 30 GHz. En particulier une horloge,
un comparateur et différents portes
logiques ont été étudiés et conçus pour opérer à 200 GHz ainsi qu'un modulateur sigma-delta passe-bande
du troisième ordre dont les performances SNR, SFDR, devraient après optimisation satisfaire les objectifs
visés. La complexité de l'architecture du filtre de décimation a été analysée. Certains composants de base
du filtre, des diviseurs de fréquence et des registres à décalage, ont été étudiés et dessinés, enfin quelques
méthodes de test du modulateur sont proposées. Le travail d'implémentation de circuits NbN en technologie
multi-niveaux a été traité conduisant à la réalisation complète de deux lots de circuits qui pour des raisons
technologiques clarifiées ensuite n'ont pu aboutir au test des portes logique du CAN. Cependant, les marges de
fonctionnement des portes logiques NbN ont été déterminées grâce à la caractérisation de jonctions, SQUID et de filtres (résonateurs) micro-ondes. Finalement, une étude comparative entre des circuits à jonctions NbN
auto-shuntées opérant à 9K en réfrigération allégée et des circuits similaires obtenus en fonderie Nb basés sur
des jonctions Nb/AlOX/Nb shuntées en externe opérant à 4K, démontre tous les avantages qu'on peut espérer
attendre de la technologie NbN.
Jury :
Président : Prof. Alain Kreisler
Rapporteur : Dr Annick Degardin
Rapporteur : Dr Pascal Febvre
Examinateur : Prof. Hermann Uhlmann
Invité : M. Michel Maignan
Invité : Dr Patrick Loumeau
Directeur de thèse : Prof. Pierre Saguet
Encadrant de thèse : Dr Jean-Claude Villegier
Mots clés :
Convertisseur analogique-numérique, sigma-delta, jonction Josephson, logique RSFQ, décimation, registres, filtres micro-ondes, comparateur
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