De 2020 à 2024, le projet BEYOND5 a réuni 37 partenaires – industriels comme académiques – de 10 pays européens, sous la coordination de l'entreprise Soitec. Son but : tirer parti de la technologie SOI (Silicium sur isolant) pour mettre au point de nouvelles applications dans le domaine des communications radiofréquences (RF) – notamment les véhicules connectés. Le SOI offre en effet la possibilité de fournir des niveaux de puissance élevés, tout en optimisant la linéarité – la capacité à limiter les distorsions – et la consommation énergétique.
Des modules de puissance RF fonctionnant au-delà de 5 GHz
Au sein du projet BEYOND5, le CEA-Leti était chargé de développer un module de puissance (FEM) réunissant trois fonctions RF essentielles : l'amplificateur de puissance (PA), qui amplifie le signal en émission, l'amplificateur faible bruit (LNA), qui traite le signal en réception, et le switch, qui joue le rôle d'aiguilleur entre émission et réception.
L'équipe de recherche devait développer un FEM capable d'opérer à des fréquences au-delà de 5 GHz. Et ce, afin d'atteindre de faibles latences et de hauts débits de communication pour des applications de véhicules connectés. Une ambition s'accompagnant d'un défi scientifique : comment augmenter la portée de communication tout en limitant la consommation d'énergie du système ?
« Pour y parvenir, nous avons exploré de nouvelles approches de conception en technologie SOI autour de l'élargissement de bande », explique Alexandre Giry, responsable de la thématique Modules de Puissance RF/mmW au CEA-Leti. « Nous avons en particulier innové en combinant des architectures reconfigurables et de nouvelles méthodes de dimensionnement, permettant de maximiser l'efficacité énergétique et la linéarité selon la fréquence utilisée. »
Les chercheurs ont ainsi mis au point des FEM reconfigurables, visant à maximiser les performances tout en minimisant la consommation énergétique sur une bande de fréquences allant de 5 à 7 GHz. Ainsi, quelle que soit la fréquence de fonctionnement dans cette bande, les FEM développés offrent la possibilité d'être configurés pour maximiser leur linéarité et minimiser leur consommation d'énergie.
Un module de puissance RF SOI primé à RFIC 2025
Les tests expérimentaux ont confirmé la supériorité de ces modules de puissance RF en technologie SOI par rapport aux solutions traditionnelles, tant du point de vue de la puissance de sortie que de la linéarité et de la consommation. Ces résultats ont été récompensés lors de l'édition 2025 de la conférence IEEE RFIC, conférence internationale de référence dans le domaine des circuits intégrés RF. L'article décrivant la méthodologie de conception originale et les performances obtenues a ainsi reçu une récompense dans la catégorie Best Industry Paper de l'événement. Une distinction confirmant la pertinence de l'approche et apportant de la visibilité, en particulier auprès d'acteurs industriels du secteur.
« Désormais, nous œuvrons à améliorer les performances de nos modules de puissance RF, afin notamment d'élargir la bande instantanée du signal transmis et d'améliorer les performances en haut de bande », ambitionne Alexandre Giry. « Et nous souhaitons aussi diversifier les applications possibles de notre technologie, en l'adaptant à de nouvelles applications émergentes. »
L'équipe de recherche vise, dès lors, à s'associer à un partenaire industriel pour accompagner la montée en maturité de leurs solutions.
From left to right: François Rivet (IMS Bordeaux, RFIC 2025 General Chair), Alexandre Giry (CEA-Leti), Pascal Reynier (CEA-Leti), Mohyee Mikhemar (Broadcom, RFIC 2025 TPC Chair)