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1 - BRUIT DE FOND DANS LES DISPOSITIFS LES PLUS USUELS

2 - MESURES DU BRUIT DE FOND

3 - BRUIT DE FOND DANS LES SIMULATEURS

4 - BRUIT DE FOND ET CONCEPTION ÉLECTRONIQUE

Article de référence | Réf : R311 v1

Bruit de fond dans les dispositifs les plus usuels
Bruit de fond et mesures - Mesures et application en conception

Auteur(s) : Matteo VALENZA, Fabien PASCAL, Alain HOFFMANN

Relu et validé le 23 juil. 2018

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RÉSUMÉ

Le bruit de fond des composants électroniques revêt une importance fondamentale dans les techniques de mesure. Sa connaissance et sa mesure sont donc nécessaires, non seulement lors de l’utilisation des circuits mais aussi au moment de leur conception. Cet article présente le bruit de fond attaché aux principaux composants électroniques de base (résistances, capteurs, transistors MOS et bipolaire, circuits intégrés linéaires…). Sont ensuite exposés les différents modèles associés à ces composants, avant de s’intéresser à la conception à faible bruit et ses limites.

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Auteur(s)

INTRODUCTION

Ce texte doit se lire à la suite du dossier . Quatre objectifs sont développés dans ces dossiers.

Le premier objectif fait l’objet du dossier .

Le deuxième objectif est de présenter le bruit de fond qui s’attache aux principaux composants électroniques de base, passifs et actifs : résistances et capteurs, différents types de transistors et circuits intégrés linéaires 1 ;

Le troisième objectif est de faire connaître les différentes méthodes de mesure du bruit de fond et la précision de mesure qui s’y attache (§ 2, § 3) ;

Enfin, le dernier but de ces dossiers, et non le moindre, est de bien faire comprendre au lecteur l’importance du bruit de fond dans les techniques de mesures, ainsi que l’importance de maîtriser sa connaissance dans les composants et les circuits utilisés ou choisis lors de la conception des circuits électroniques à faible bruit 4.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r311


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1. Bruit de fond dans les dispositifs les plus usuels

Nous présentons ici les mesures de bruit basse fréquence (BF) utilisées comme outil de caractérisation pour la microélectronique : composants passifs et actifs, discrets et intégrés. Le bruit basse fréquence traduit les fluctuations de courant ou de tension dans les composants. À partir de modèles physiques et électriques, les sources de bruit minimales (bruit blanc) et les sources de bruit en excès (bruit en 1/f, bruit de génération-recombinaison, bruit RTS) sont analysées en vue d’étudier leur influence sur le fonctionnement des composants et des systèmes associés. De plus, de par la sensibilité de ces mesures, l’amplitude et la localisation du bruit en excès sont utilisées comme « indicateur technologique ». Ainsi, l’influence de certaines étapes du process peuvent être caractérisées finement (métallisations, nettoyage d’interfaces…). À l’heure actuelle, du fait de la réduction de la taille des composants, l’influence du bruit BF sur les composants et sur les technologies associées est de plus en plus importante pour la conception des circuits intégrés notamment par sa prise en compte dans les simulateurs électriques (cf. paragraphe 3). Concernant les composants passifs discrets ou intégrés, l’analyse du bruit de fond ne demande généralement pas une analyse aussi poussée. La mesure du bruit en excès, dans ce cas, est plus souvent associée à la notion de tri et de fiabilité.

1.1 Analyse spectrale

Expérimentalement, on mesure directement les fluctuations de tension, ou de courant, aux bornes d’un composant par l’intermédiaire d’un analyseur de spectres FFT. Ainsi, dans une gamme de fréquence comprise typiquement entre 1 Hz et 100 kHz (extensible jusqu’à 10 MHz), nous analysons la représentation spectrale de ces signaux via leur densité spectrale en tension ou en courant.

Quelle que soit la représentation adoptée, un spectre de bruit...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HOOGE (F.), KLEINPENNING (T.), VANDAMME (L.) -   *  -  Repts. Progr. Phys., 44, p. 479 (1981).

  • (2) - VAN DER ZIEL (A.) -   Noise in Solid-State Devices and Circuits  -  . John Wiley, New York (1986).

  • (3) - JARRIX (S.), DELSENY (C.), PASCAL (F.), LECOY (G.) -   Noise correlation measurements in bipolar transistors Part 1 : Theoretical expressions and extracted current spectral densities  -  . J. Appl. Phys. 81(6), p. 2651-2657 (1997).

  • (4) - DELSENY (C.), PASCAL (F.), JARRIX (S.), LECOY (G.) -   Noise correlation measurements in bipolar transistors Part 2 : Correlation between base and collector currents  -  . J. Appl. Phys., 81(6), p. 2658-2663 (1997).

  • (5) - PASCAL (F.), CHAY (C.), DEEN (M.J.), JARRIX (S.G.), DELSENY (C.), PÉNARIER (A.) -   Comparison of low frequency noise in III-V and Si/SiGe HBTs  -  . IEE Proc. Circuits Devices Syst., 151, 2, p. 138-146 (2004).

  • (6)...

ANNEXES

  1. 1 Fournisseurs

    1 Fournisseurs

    (liste non exhaustive)

    Synergie Concept, à Meylan

    http://www.synergie-concept.fr

    HTDS, à Massy

    http://www.htds.fr

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