Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article traite des circuits intégrés microondes (MMIC). Il décrit les principes de fonctionnement des transistors à effet de champ et bipolaires relatifs aux principales filières technologiques de circuits intégrés hautes fréquences. L'article insiste sur une description précise des filières technologiques disponibles aux concepteurs de MMIC, et des diverses approches de modélisation électrique de ces transistors.
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This paper describes the different technology and associated active and passive devices for the fabrication of Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMIC). The principles of III-V and Silicon technologies, Field Effect Transistors (FET) and Heterojunction Bipolar Transistors (HBT) are described. We describe these components and their electrical modeling.
Auteur(s)
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Christian RUMELHARD : Professeur au Conservatoire national des arts et métiers Laboratoire de physique des composants électroniques
INTRODUCTION
La conception des circuits intégrés monolithiques micro-ondes implique une connaissance approfondie des composants actifs et passifs pour plusieurs raisons.
Lors de la réalisation du premier circuit intégré analogique monolithique micro-onde, il existait un seul transistor : le MESFET GaAs. Maintenant, les transistors fonctionnant en micro-ondes sont devenus très nombreux et peuvent se trouver sur différents substrats. À chacun de ces composants actifs correspond une technologie ayant des performances et une maturité différentes. La première étape de la conception d’un circuit devra se soucier du choix du composant actif, donc d’une technologie.
Une fois le choix du composant actif effectué, il faut disposer de modèles qui décrivent les performances correspondant au circuit à réaliser et ceci en fonction de la largeur des grilles pour les FET ou de la longueur de l’émetteur pour les transistors bipolaires à hétérojonction. Ces deux dimensions ou bien le nombre de doigts des transistors pourront toujours varier en fonction des besoins. Selon les circuits, les grandeurs demandées aux modèles de composants actifs sont très différentes. Cela peut aller du schéma équivalent petit signal, qui est en général connu, aux performances en bruit de phase en basse fréquence qui impliqueront souvent des mesures complémentaires.
Ensuite il faut connaître les modèles des composants passifs qui seront toujours plus ou moins les mêmes quelle que soit la technologie. Ce sont ces modèles qui sont présentés. Certains d’entre eux, comme les modèles d’inductances sur substrat silicium sont encore susceptibles d’évoluer.
Dans les circuits intégrés monolithiques micro-ondes, toutes les connexions sont des tronçons de lignes et sont donc aussi des composants. De plus, ces composants peuvent être couplés entre eux et ainsi provoquer des perturbations importantes dans les circuits. La conception de ces circuits impose donc d’avoir des outils de caractérisation électromagnétique des lignes. Ce sujet ne sera pas abordé dans cet article.
Dans les circuits analogiques, les polarisations continues ne doivent pas interférer avec les signaux hautes fréquences. Avant de concevoir des circuits, il faut donc savoir polariser les composants actifs. Cela se fait avec des composants passifs ou actifs et selon des méthodes qui dépendent de la fréquence. C’est ce qui sera examiné dans le dernier paragraphe.
Cette étude des circuits intégrés monolithiques micro-ondes se compose de plusieurs articles :
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MMIC- Évolution et technologie, traitant de l’évolution et de la technologie des MMIC,
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[E 1 426] qui passe en revue les composants passifs et actifs micro-ondes,
-
MMIC- Déphaseurs et amplificateurs qui décrit les MMIC déphaseurs et amplificateurs,
-
MMIC - Oscillateurs, mélangeurs, convertisseurs qui traite de la modulation, démodulation et conversion de fréquence,
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KEYWORDS
Microelectronics | silicon technology | III-V technology
VERSIONS
- Version courante de nov. 2015 par Gilles DAMBRINE, Didier BELOT, Pascal CHEVALIER
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Choix des composants actifs et description de leurs modèles3. Polarisation des composants actifs
Tous les circuits étudiés dans ce texte sont des circuits analogiques. La polarisation des composants actifs posera donc toujours le même type de problèmes et un certain nombre de solutions types peuvent être passées en revue. Les configurations adoptées pour polariser des transistors pourront être mises en œuvre pour tout autre dispositif actif tel que varactor, résistance variable, etc. Un paragraphe spécial est consacré à cette activité car les inductances, lignes et capacités qui sont obligatoirement ajoutées aux circuits à cette occasion vont en général augmenter considérablement la surface du circuit et donc son coût. Il faudra donc dans la plupart des cas apporter un soin particulier au choix et à la disposition de ces circuits de polarisation.
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Schéma de base de la polarisation
La figure 37 représente le schéma de base pour polariser un transistor monté en source commune. Les inductances ou selfs de choc Lc ont pour rôle de présenter au signal alternatif une impédance suffisamment élevée pour ne pas perturber celui-ci. Les capacités de découplage Cd sont là pour court-circuiter à la masse des fuites du signal alternatif qui, se refermant par les alimentations, pourraient être réinjectées à l’entrée et pourraient, pourvu que la phase soit correcte, transformer un amplificateur en oscillateur. Les capacités de liaison
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ont pour but d’isoler les différentes tensions par rapport aux tensions appliquées aux transistors suivants ou précédents.Exempledans le cas d’une sortie de transistor et en prenant une valeur de RDS de 300 Ω, il faudrait présenter une impédance d’au moins 1 000 Ω pour ne pas perturber la sortie. À une fréquence de 10 GHz, cela correspond à une inductance d’environ 16 nH. Une telle inductance n’est pas réalisable à cette fréquence à cause d’une fréquence de coupure très inférieure à 10 GHz qui fait qu’à cette fréquence, ce composant est devenu capacitif. La polarisation par inductance ne sera donc envisageable que dans le cas où une impédance faible peut être présentée, par exemple dans un amplificateur distribué...
ont pour but d’isoler les différentes tensions par rapport aux tensions appliquées aux transistors suivants ou précédents.
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Polarisation des composants actifs
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ALI (F.), GUPTA (A.) - HEMTs and HBTs : Devices, Fabrication, and Circuits (Les HEMT et les TBH : les composants, la fabrication, les circuits) - , Artech House, 1991.
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(3) - ROULSTON (D.J.) - Bipolar Semiconductor Devices (Les composants bipolaires à semi-conducteurs) - , McGraw Hill Publishing Company, 1990.
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(4) - CASTAGNÉ (C.), DUCHEMIN (J.P.), GLOANEC (M.), RUMELHARD (Ch.) - Circuits intégrés en Arséniure de gallium - , Masson, 1989.
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(5) - GOLIO (J.M.) - The push toward low voltage devices (La poussée vers les dispositifs à faible tension d’alimentation) - , IEEE Microwave Magazine, March 2000, p. 38-45.
-
(6) - RUMELHARD (C.) - État et évolutions des technologies - ,...
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