Brevet FR2459483A1 — publié le 19810109

La présente invention concerne un procédé de mesure du coefficient de qualité d'un élément capacitif dont la capacité dépend d'une tension continue appliquée. La présente invention concerne particulièrement un procédé de mesure du coefficient de qualité d'une diode du type varicap. Une diode du type varicap est une diode utilisée en inverse et à laquelle on applique une tension de polarisation continue variable pour faire varier sa capacité. De telles diodes sont couramment utilisées dans des circuits haute fréquence, c'est-à-dire à des fréquences pouvant être dans la gamme allant du mégahertz à quelques dizaines de gigahertz. Lors de la fabrication industrielle de varicaps, comme lors de la fabrication de tout composant semiconducteur, il est nécessaire d'effectuer diverses opérations de tri pour séparer les composants satisfaisants des composants présentant des défectuosités éventuelles. L'un des paramètres généralement retenus pour sélectionner une diode de type varicap, réside dans la valeur du coefficient de qualité ou facteur de surtension que peut présenter la varicap quand elle est excitée à une fréquence optimale. La valeur de ce coefficient de qualité est inversement proportionnelle à la valeur de la résistance série de la capacité équivalente à la diode. Ces mesures doivent s'effectuer à des fréquences très élevées, de l'ordre de 100 à 500 mégahertz par exemple, et l'on ne connait pas, à ces fréquences, de procédé industriel rapide pour effectuer avec précision des mesures de facteurs de surtension d'autant plus que les coefficients de qualité à mesurer pour des varicaps courantes sont de l'ordre de 400 à 500, ce qui exige que les facteurs de qualité des différents circuits de mesure soient supérieurs à ces valeurs. Les procédés utilisant des ponts d'admittances ne permettent pas d'atteindre une précision suffisante.Les seuls procédés connus de la demanderesse ne sont utilisés qu'en laboratoire et consistent à insérer l'élé- ment capacitif dont on veut mesurer le facteur de qualité dans une ligne coaxiale en court-circuit et à faire varier la fréquence d'excitation de la ligne pour tracer la courbe de surtension et déterminer le coefficient de qualité. Ces mesures, très précises, sont trop lentes pour être mises en oeuvre industriellement. Ainsi, la présente invention prévoit un procédé rapide et précis de mesure du coefficient de qualité de diodes de type varicap en haute fréquence. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un appareil mettant en oeuvre ce procédé. Ces objets de la présente invention sont atteints en prévoyant un procédé de mesure du coefficient de qualité d'un composant dont la capacité dépend d'une polarisation, par exemple du type diode varicap, utilisant une ligne coaxiale et comprenant les étapes consistant à : connecter la varicap à une extrémité de la ligne ; connecter une capacité préréglée à l'autre extrémité de la ligne ; appliquer une tension de polarisation continue à la ligne ; exciter la ligne à fréquence fixe élevée ; faire varier la valeur de la tension de polarisation ; détecter l'amplitude alternative haute fréquence dans la ligne et mémoriser la valeur de son maximum. La valeur de ce maximum correspond à celle du coefficient de qualité. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront explicités dans la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles - la figure 1 représente, partiellement sous forme de blocs, un mode de réalisation de l'appareil selon la présente invention - la figure 2 représente diverses courbes de tension en fonction du temps, utile à la compréhension du circuit de la figure 1 - la figure 3 représente un mode de réalisation d'une partie des circuits de l'appareil de la figure 1 ; et - la figure 4 représente un mode de réalisation d'un condensateur d'extrémité de ligne faisant partie de l'appareil de la figure 1. La figure 1 est destinée à illustrer le procédé selon la présente invention. Une varicap 1 dont on veut mesurer le facteur de qualité est connectée aux bornes A et B d'une ligne coaxiale comprenant un cylindre externe 10 et une âme 11. L'autre extrémité de la ligne est fermée par un condensateur réglable 12. La ligne coaxiale est également connectée à une source de tension continue variable 13 par l'intermédiaire d'une inductance de protection 14. La ligne est excitée par une antenne 15 reliée à une source haute fréquence 16. Une antenne réceptrice 17 détecte le champ électromagnétique à l'intérieur de la ligne coaxiale au voisinage de l'extrémité connectée à la varicap.Cette antenne alimente un amplificateur 18 relié à un circuit de mémorisation de maximum 19 luimême connecté à un circuit de comparaison 20 à plusieurs sorties 201,202... 20n La valeur C1 de la capacité du condensateur 12 est choisie pour que, à la fréquence fixe du générateur 16, l'im pédance de la ligne vue des extrémités AB soit selfique et que la valeur de l'inductance ramenée soit telle que le circuit oscillant obtenu résonne pour une valeur choisie CO de la capacité de la diode varicap 1, cette varicap étant polarisée en inverse par la source de tension continue 13. Ainsi, pour une même race de varicaps, pouvant atteindre la valeur de capacité CO choisie, pour une polarisation comprise dans une gamme prédéterminée, on insère successivement les varicaps à tester entre les bornes A et B et, pour chacune, l'on fait varier la tension continue 13 selon une rampe, comme celà est représenté en figure 2, courbe A. La tension détectée à la borne 17 et amplifiée par l'amplificateur 18 varie de la façon représentée en figure 2B. Dans cette figure 2B, les courbes a, b et c correspondent à des diodes varicaps satisfaisant à la norme, c'est-à-dire que leur coefficient de surtension est élevé, et que la résonance se produit dans la plage de tension correspondant à la rampe appliquée ; les courbes d et e correspondent à des diodes varicaps dont le coefficient de qualité est trop faible.La valeur maximale de la tension de sortie de l'amplificateur 18 est mémorisée à court terme dans un circuit de mémorisation 19. Cette valeur mémorisée est comparée dans un comparateur 20 à des valeurs de référence pour fournir une indication sur l'une ou l'autre de n sorties 201 à 20n indiquant que la diode appartient à l'une ou l'autre de n catégories présélectionnées. Pour déterminer ces n catégories, on procèdera à un étalonnage initial en connectant aux bornes A et B des diodes de caractéristiques connues, notamment en ce qui concerne'leur coefficient de qualité. Quand on change de race de diodes, c'est-à-dire que l'on cherche à trier des varicaps dont le coefficient de surtension optimum diffère de celui d'une race précédente et dont la capacité pour une tension appliquée dans une plage donnée diffère également de celle de la race précédente, on modifie d'une part la valeur de la capacité du condensateur réglable 12 pour pouvoir obtenir l'accord du circuit oscillant constitué par la varicap 1 et la ligne coaxiable, d'autre part les valeurs de référence du comparateur 20 pour effectuer un tri correspondant à cette nouvelle race. Ainsi, on peut constater l'un des avantages de la présente invention, à savoir qu'un même équipement permet d'effectuer des mesures sur divers types de varicaps. Un autre avantage de l'appareil de la présente invention réside dans sa rapidité. L'exploration d'une courbe de résonance de varicap par variation de la tension continue 13 peut être effectuee en une durée de l'ordre de la dizaine de millisecondes. Les résultats expérimentaux ont montré que la précision pouvait être meilleure que 5 % et la répétitivité meilleure que 1 %. Le dispositif selon la présente invention se prête tout particulièrement à une insertion dans un ensemble où les diodes varicap défilent automatiquement, les bornes A et B étant solidaires de doigts ou pinces de mesure venant s'appuyer sur les varicaps lors de leur défilement. La figure 3 représente un mode de réalisation particulier de l'ensemble de détection représenté sous forme de blocs et désigné sous les références 18, 19 et 20 en figure 1. L'amplificateur 18 est de préférence un amplificateur accordé sur la fréquence de l'oscillateur 16 et comprend en série un amplificateur accordé 21 et une diode détectrice 22. La sortie de la diode 22 est connectée au circuit de détection de maximum 19, et plus précisément à la première entrée d'un amplificateur différentiel 24 dont la sortie est couplée à la première entrée par l'intermédiaire d'une diode 25. Ainsi, les maxima sont détectés et mémorisés sur un condensateur 26 connecté de la façon représentée. La charge sur le condensateur 26 est transmise par un ensemble amplificateur 27 à la première entrée d'un amplificateur différentiel 30 faisant partie du circuit de comparaison 20. Au cours de chaque mesure, ce signal à la première entrée (+) de l'amplificateur différentiel 30 est comparé à une succession de tensions apparaissant séquentiellement à la deuxième entrée (-) de cet amplificateur différentiel 30.Les diverses tensions de références peuvent être fournies par balayage séquentiel de commutateurs 311,312...31n par l'intermédiaire d'un circuit numérique, du type circuit de comptage 32. Ainsi, la tension apparaissant aux bornes de diverses résistances 331332 33n est séquen n tiellement fournie à l'entrée négative de l'amplificateur différentiel 30 par l'intermédiaire d'un circuit d'amplification 34. Ce circuit ne sera pas décrit plus en détail car des circuits de même type sont bien connus dans la technique. On insistera néanmoins sur le fait que dans ce mode de réalisation, les diverses sorties 201,202...20n représentées en figure 1, sont en fait réalisées par des crénaux temporels successifs sur une borne 35 de sortie de l'amplificateur différentiel 30, c'est-à-dire par division dans le temps. La figure 4 représente à titre d'exemple un mode de réalisation du condensateur variable 12 de fermeture de la ligne coaxiale représenté en figure 1. Cette ligne coaxiale comprend un tube cylindrique externe 10 et une âme 11. L'ex trémité de l'âme 11 est connectée à un disque 40 concentrique au cylindre et perpendiculaire à son axe. Un autre disque 41 est monte électriquement solidairement du cylindre externe 10, par l'intermédiaire d'un soufflet métallique ou métallisé 42. I1 est en outre prévu des moyens de pression non représentés pour permettre le réglage de la distance entre les disques 40 et 41, d'où il résulte que l'on obtient un condensateur variable dont le réglage peut être effectué extrêmement simplement et finement, ce condensateur ayant pour plaques les disques 40 et 41. Les divers modes de réalisation décrits ci-dessus ne doivent pas être considérés comme limitatifs et la présente invention englobe les caractéristiques générales comprises dans la formulation des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure du coefficient de qualité d'un composant dont la capacité dépend d'une polarisation, en utilisant une ligne coaxiale, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes connecter le composant à une extrémité de la ligne coaxiale, connecter une capacité préréglée à l'autre extrémité de la ligne appliquer une tension de polarisation continue à la ligne exciter la ligne à fréquence fixe élevée faire varier la valeur de la tension de polarisation et détecter l'amplitude alternative haute fréquence dans la ligne et mémoriser la valeur de son maximum. 2. Appareil de mesure de coefficient de qualité d'un composant du type diode varicap, caractérisé en ce qu'il comprend une ligne coaxiale dont une extrémité est connectée à une capacité variable et dont l'autre extrémité est solidaire de bornes pouvant être connectées à des varicaps à mesurer un dispositif permettant d'appliquer une rampe de tension aux bornes de la ligne coaxiale ; un moyen d'excitation haute fréquence de la ligne coaxiale ; un moyen de détection de la tension haute fréquence dans la ligne au voisinage de l'extrémité de mesure ; et un moyen de mémorisation du maximum de la tension détectée. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de comparaison pour comparer la valeur mémorisée à des valeurs prédéterminées. 4. Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que la capacité variable est formée de deux disques parallèles se faisant face, le premier disque étant solidaire de l'rame de la ligne coaxiale et orthogonal à celle-ci et le deuxième disque étant solidaire du cylindre externe de la ligne coaxiale par l'intermédiaire d'un soufflet, des moyens de réglage étant prévus pour modifier la distance entre les deux disques.