CIFRE - Front-End RF assisté par IA pour la connectivité UWB en technologie 18nm FD-SOI CMOS

Chez STMicroelectronics, nous sommes convaincus que la technologie est un moteur d\u2019innovation et a un impact positif pour les entreprises, les personnes et la soci\u00e9t\u00e9. \n\nEn tant qu\u2019acteur mondial des semiconducteurs, nos technologies de pointe et nos composants \u00e9lectroniques sont invisibles mais au c\u0153ur du monde d\u2019aujourd\u2019hui. \n\nRejoindre ST, c\u2019est int\u00e9grer une entreprise internationale riche de plus de 115 nationalit\u00e9s, pr\u00e9sente dans 40 pays, et rassemblant plus de 50 000 talents passionn\u00e9s et engag\u00e9s, tous unis par la volont\u00e9 de cr\u00e9er et d\u2019inventer la technologie de demain. \n\nInnover demande bien plus que des comp\u00e9tences techniques : cela n\u00e9cessite des personnes inspirantes, qui savent collaborer avec respect et enthousiasme. Des collaborateurs anim\u00e9s par la passion, pr\u00eats \u00e0 remettre en question le statu quo, \u00e0 faire avancer l\u2019innovation et \u00e0 r\u00e9v\u00e9ler leur plein potentiel. \n\nVenez vivre cette aventure avec nous et contribuez \u00e0 construire un futur plus intelligent et plus durable, en alliant responsabilit\u00e9 et innovation. \n\n \n\n\nNotre technologie commence avec vous. \n\nFront-End RF assist\u00e9 par IA pour la connectivit\u00e9 UWB en technologie 18nm FD-SOI CMOS : \nRejection cognitive d\u2019interf\u00e9rences \u00e0 l\u2019aide de filtres agiles \u00e0 N voies (N-path)\n\n1\\. Contexte et motivation\n\nLa prolif\u00e9ration des standards de communication sans fil a conduit \u00e0 un encombrement croissant du spectre de fr\u00e9quences. La technologie Ultra\u2011Wideband (UWB), essentielle pour la localisation de pr\u00e9cision et les communications \u00e0 haut d\u00e9bit, op\u00e8re sur une large bande de fr\u00e9quences qui recouvre de nombreux services \u00e9troits (Wi\u2011Fi, Bluetooth, 5G/cellulaire).\n\nDans cet environnement spectral particuli\u00e8rement hostile, les bloqueurs (interf\u00e9rents de forte puissance) constituent un enjeu critique. Classiquement, les r\u00e9cepteurs sont \u00ab surdimensionn\u00e9s \u00bb afin de garantir une forte lin\u00e9arit\u00e9 sur l\u2019ensemble de la bande, \u00e9vitant ainsi la saturation de l\u2019entr\u00e9e RF par ces bloqueurs. Cette approche de conception fond\u00e9e sur le pire cas se traduit par :\n\n * une consommation de puissance excessive ;\n * une complexit\u00e9 de circuit accrue ;\n * une r\u00e9duction de l\u2019autonomie des dispositifs UWB pour l\u2019IoT et le mobile.\n\n\n\n2\\. Probl\u00e9matique\n\nComment concevoir un r\u00e9cepteur UWB \u00e9conome en \u00e9nergie en technologie P18 qui ne maintient une forte lin\u00e9arit\u00e9 que lorsqu\u2019elle est effectivement n\u00e9cessaire, et uniquement sur les sous\u2011bandes concern\u00e9es ?\n\nLe d\u00e9fi central consiste \u00e0 passer d\u2019une architecture statique, \u00e0 haute lin\u00e9arit\u00e9 large bande, \u00e0 une architecture dynamique, cognitive et pilot\u00e9e par IA, capable d\u2019identifier les bloqueurs en temps r\u00e9el et de les att\u00e9nuer sans supporter le co\u00fbt \u00e9nerg\u00e9tique d\u2019une lin\u00e9arit\u00e9 large bande permanente.\n\n3\\. Solution propos\u00e9e : co\u2011conception IA\u2013RF\n\nCe travail de recherche propose une architecture de r\u00e9cepteur innovante combinant un filtre coupe\u2011bande agile \u00e0 N voies (N\u2011Path Agile Notch Filter) et une boucle de contr\u00f4le bas\u00e9e sur l\u2019intelligence artificielle.\n\nA. Le mat\u00e9riel : filtre coupe\u2011bande agile \u00e0 N voies\n\n * Technologie : impl\u00e9mentation en P18 (CMOS 18 nm), offrant un compromis entre co\u00fbt et performances RF matures.\n * Principe : utilisation de filtres \u00e0 N voies (r\u00e9seaux de condensateurs commut\u00e9s p\u00e9riodiquement) pour r\u00e9aliser des filtres coupe\u2011bande \u00e0 facteur de qualit\u00e9 \u00e9lev\u00e9.\n * Agilit\u00e9 : la fr\u00e9quence centrale de la coupe\u2011bande est d\u00e9finie par la fr\u00e9quence d\u2019horloge de commutation (), permettant un accord num\u00e9rique pr\u00e9cis de la bande de rejet afin de supprimer des bloqueurs sp\u00e9cifiques.\n\n\n\nB. L\u2019intelligence : d\u00e9tection et syntonisation assist\u00e9es par IA\n\nPlut\u00f4t qu\u2019un balayage fr\u00e9quentiel aveugle, le syst\u00e8me exploite l\u2019apprentissage automatique pour \u00ab percevoir \u00bb l\u2019environnement spectral.\n\n * Extraction de caract\u00e9ristiques : le syst\u00e8me extrait des descripteurs cl\u00e9s \u00e0 partir des signaux utiles, du bruit de canal et des motifs d\u2019interf\u00e9rence. Cela inclut la surveillance de propri\u00e9t\u00e9s statistiques (par exemple, rapport cr\u00eate\u2011moyenne, cyclostationnarit\u00e9) permettant de distinguer un signal UWB valide d\u2019un bloqueur.\n * Objectif : d\u00e9tecter avec pr\u00e9cision la pr\u00e9sence d\u2019un bloqueur et estimer sa fr\u00e9quence centrale.\n\n\n\n4\\. M\u00e9thodologie de recherche\n\nPhase 1 : mod\u00e9lisation et g\u00e9n\u00e9ration de donn\u00e9es\n\n * Mod\u00e9lisation au niveau syst\u00e8me du transcepteur UWB et du comportement du filtre \u00e0 N voies.\n * G\u00e9n\u00e9ration d\u2019un jeu de donn\u00e9es repr\u00e9sentant des environnements spectraux encombr\u00e9s, incluant diff\u00e9rents types de bloqueurs (onde continue, signaux \u00e9troits modul\u00e9s) et divers profils de bruit.\n\n\n\nPhase 2 : d\u00e9veloppement de l\u2019agent IA (RL et pr\u00e9diction)\n\nDeux approches sont envisag\u00e9es :\n\n * Agent d\u2019apprentissage par renforcement (RL) : conception d\u2019un agent RL l\u00e9ger, orient\u00e9 correction, ne n\u00e9cessitant pas d\u2019entra\u00eenement pr\u00e9alable massif. \n * \u00c9tat : caract\u00e9ristiques spectrales instantan\u00e9es et configuration courante du filtre.\n * Action : ajustement de la fr\u00e9quence d\u2019horloge du filtre \u00e0 N voies (accord de la coupe\u2011bande).\n * R\u00e9compense : maximisation du rapport signal\u2011bruit\u2011interf\u00e9rence (SINR) et minimisation de la consommation de puissance.\n * Boucle pr\u00e9diction\u2013correction : mise en \u0153uvre d\u2019un sch\u00e9ma \u00ab pr\u00e9dire puis corriger \u00bb dans lequel l\u2019IA pr\u00e9dit la position du bloqueur \u00e0 partir d\u2019un mod\u00e8le pr\u00e9\u2011entra\u00een\u00e9 et pr\u00e9\u2011accorde la coupe\u2011bande, suivie d\u2019une correction fine bas\u00e9e sur la r\u00e9troaction temps r\u00e9el.\n\n\n\nPhase 3 : impl\u00e9mentation circuit (P18)\n\n * Conception du filtre \u00e0 N voies et des circuits de d\u00e9tection/extraction de caract\u00e9ristiques n\u00e9cessaires (par exemple, ADCs basse consommation auxiliaires, d\u00e9tecteurs d\u2019enveloppe) en technologie P18.\n * Premi\u00e8re preuve de concept en utilisant des ressources externes (PC et/ou FPGA) pour \u00e9muler le bloc de contr\u00f4le num\u00e9rique. L\u2019int\u00e9gration de ce bloc de contr\u00f4le num\u00e9rique, via un acc\u00e9l\u00e9rateur IA d\u00e9di\u00e9 ou une logique synth\u00e9tis\u00e9e, sera envisag\u00e9e dans un second temps.\n\n\n\n5\\. R\u00e9sultats attendus\n\n 1. Rejection intelligente des bloquers : un r\u00e9cepteur capable de localiser et filtrer de mani\u00e8re autonome les bloqueurs avec une grande pr\u00e9cision.\n 2. Efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique : r\u00e9duction significative de la consommation de puissance gr\u00e2ce \u00e0 l\u2019all\u00e8gement des exigences de lin\u00e9arit\u00e9 lorsque les bloqueurs sont absents ou efficacement filtr\u00e9s.\n 3. Prototype mat\u00e9riel : une puce de d\u00e9monstration en technologie P18 validant exp\u00e9rimentalement le fonctionnement de l\u2019architecture propos\u00e9e.\n\n\n\nST est fi\u00e8re d\u2019\u00eatre certifi\u00e9e parmi les 17 entreprises mondiales \u00ab Global Top Employers 2025 \u00bb et d\u2019\u00eatre la premi\u00e8re et unique entreprise de semi-conducteurs \u00e0 recevoir cette distinction. ST a \u00e9t\u00e9 distingu\u00e9e dans ce classement gr\u00e2ce \u00e0 sa d\u00e9marche d\u2019am\u00e9lioration continue, se d\u00e9marquant notamment par son engagement en mati\u00e8re d\u2019\u00e9thique et d\u2019int\u00e9grit\u00e9, de sens et de valeurs, d\u2019organisation et de gestion du changement, ainsi que par sa strat\u00e9gie commerciale et ses performances. En France, ST a \u00e9galement obtenu la lab\u00e9lisation Happy Trainee 2025. \n\nNous cultivons un environnement de travail inclusif et diversifi\u00e9, o\u00f9 la discrimination n\u2019a pas sa place. Notre ambition est de recruter et de fid\u00e9liser des talents refl\u00e9tant la richesse des soci\u00e9t\u00e9s dans lesquelles nous \u00e9voluons. \n\nNous nous engageons \u00e0 l\u2019\u00e9quit\u00e9 dans le d\u00e9veloppement des carri\u00e8res, les opportunit\u00e9s professionnelles et la r\u00e9mun\u00e9ration. \n\nChez ST, nous encourageons les candidats qui ne remplissent pas forc\u00e9ment tous les crit\u00e8res \u00e0 postuler, car nous croyons en la richesse des parcours vari\u00e9s et offrons de r\u00e9elles opportunit\u00e9s d\u2019apprentissage et d\u2019\u00e9volution. La diversit\u00e9, l\u2019\u00e9quit\u00e9 et l\u2019inclusion sont des valeurs fondamentales qui fa\u00e7onnent notre culture d\u2019entreprise. \n\nPour d\u00e9couvrir toutes nos opportunit\u00e9s, rendez-vous sur st.com/careers. \n