Brevet FR2461362A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne:utilisation d'une structure de transistor bipolaire comme condensateur dans des circuits intégrés, notamment un amplificateur HF. Les circuits intégrés à transistors bipolaires, en ce qui con- cerne à la fois leur structure semi-conductrice et leur technologie, sont décrits -ar exemple dans le journal "Scientiaelectrica", 1963, pages67 à 91. Alors que l'on peut intégrer relativement facilement des composants actifs tels que transistors et diodes, et des composants passifs tels que les résistances, l'intégration des condensateurs pose certains problèmes. Selon les pages 81 à 83 de la référence ci-dessus, ces problèmes sont essentiellement deis au fait que, pour des raisons économiques, par exemple par manque de place, on ne peut réaliser que des condensateurs de l'ordre d'environ 1 nf. Actuellement, donc, des condensateurs de valeur plus élevée ne sont pas intégrés mais connectés par l'intermédiaire de bornes extérieures du circuit intégré. Cependant, ceci necessite au niris la présence d'une borne extérieure (si une Lcone du condensateur est reliéeà la masse ou connectée à la tension d'alimen- tation), ou même de deux bornes extérieures (si le condensateur est in- séré entre deux points de circuit qui ne seraient normalement pas reliés à l'extérieur). Dans des applications spéciales, des essais ont été effectués pour parer à cette difficulté en produisant des circuits spécifiques qui nécessitent des capacités inférieures à celles des circuits connus, de telle sorte que l'on puisse réaliser des condensateurs intégrés. L'objet de l'invention est d'exposer une nouvelle manière de réaliser des effets capacitifs dans des circuits intégrés. Selon l'invention, cet objectif est atteint en utilisant un transistor bipolaire comme condensateur intégré à des fréquences supé- rieures à la fréquence de transition du transistor. Selon l'un des aspects de l'invention, les transistors latéraux pnrp sont particulière- ment appropriés à cet usage. On trouve une application préférentielle dans un amplificateur HF intégré monolithique o le transistor bipolaire est utilisé à la fois comme condensateur de suppression d'oscillation et comme composant actif dans la boucle de contre-réaction. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif en se reportant à la figure annexée. Cette figure urique représente un ampli- ficateur HF équilibré construit selon le principe de l'amplificateur différentiel. Sa fréquence de coupure est en générai de l'ordre d'un gigahertz, dans le cas présent elle est d'environ 1,5 GHz. On -2 2461362 utilise une boucle de contre-réaction de la sortie à l'entrée del'am- plificateur pour stabiliser le point de fonctionnement en courant continu de la manière connue. Dans le cas présent, selon l'invention, la boucle de contre-réaction comprend deux transistor qui fonctionnent dans la région active et ont une fréquence de transition inférieure à la fréquence de coupuleade l'amplificateur; de préférence, la fréquence de transition est inférieure à la fréquence de fonctionnement la plus basse de l'amplificateur. Comme on peut le voir sur la figure, l'amplificateur HP comporte trois étages différentiels d'amplificatior 1, 2, 3. Le premier étage comprend les transistors Tll, T12, ses résistances de collecteur R13, R14, la résistance d'émetteur commune R10 et les deux condensateurs d'entrée C1, C2, reliés respectivement-à la base de chacun des transis- tors T11 et T12. Le second étage 2 comprend les transistors T21, T22, ses résistances de collecteur R23, R24, la résistance d'émetteur commune R20 et les deux étages de déplacement de niveau formées respectivement par les transistors T25, T26 et les résistances R25 et R26. Ce second étage est suivi par les transistors montés en émetteurs-suiveurs T23, T24, dont les résistances d'émetteur sont formées par les résistances de collecteur R13, R14 du premier étage 1. Une moitié du circuit des deux étages différentiels 1 et 2 se présente précisément comme suit (par souci de clarté on ne décrira que la moitié du circuit dont les références portent des numéros impairs, c'est-à-dire la moitié gauche de la figure): le collecteur du transis- tor T11 est connecté à la base du transistor T2t et à la résistance R13. le collecteur du transistor T21 est connecté à la base du transistor T23 et à la résistance R23 dont l'autre borne est reliée à l'émetteur du transistor T25. La résistance R25 est montée en parallèle entre la base et le collecteur du transistor T25 dont le collecteur est-en outre connecté à la tension d'alimentation + UB filtrée par un circuit RC. LM base du transistor T23 est connectée au point de jonction de la résis- tance R23 et du collecteur du transistor T21. Le collecteur du transis- tor T23 est relié à la tension d'alimentation filtrée + UB et son émetteur est connecté à la borne de la résistance R13 opposée à la base du transistor T21. Le troisième étage d'amplification 3 comprend les transistors T31, T32, la résistance d'émetteur commune R30 et les deux résistances de collecteur R31, R32 cornnectées par l'intermédiaire de leurs bornes opposées aux collecteurs des transistors à la tension d'alimentation filtrée + UB. La base du transistor T31 est connectée à la jonction de 3 2461362 la résistance R13 et de l'émetteur du transistor T23. Dans la figure, tous les transistors mentionnés ci-dessus sont des transistors npn. La contre-réaction dont il est question plus haut est réalisée par l'intermédiaire de deux transistors T1, T2 qui sont du type complé- mentaire à celui des transistors amplificateurs, et qui sont, chacun à leur tour, utilisés dans une configuration différentielle d'amplifica- tion, leurs émetteurs étant connectés à la tension d'alimentation + UB à travers la résistance RI. Les bases des deux transistors T1, T2 sont connectées aux collecteurs des transistors T31, T32 du troisième étage d'amplification 3. Les collecteurs sont couplés en diagonale aux bases des transistors amplificateurs Tll, T12 du premier étage 1 (selon la relation de phase qui doit être maintenue dans un amplificateur par rapport à la tension continue). Pour régler les points de fonctionnement en courant continu des deux transistors T1, T2, les résistances Rll et R21 sont rContées entre les colliecteurs et la masse et les résistances R12, R22 sont montées entre le collecteur de chacun des transistors T2, T1 respectivement, et la base de chacun des transistors Tll, T12 respec- tivement, du premier étage amplificateur 1. Pour plus de clarté, dans la figure, les composants et les fils d'interconnexion appartenant aux transistors Ti., T2 utilisés comme condensateurs intégrés selon l'inven- tion, sont représentés par des traits plus épais que les autres compo- sants et fils d'interconnexion. Les transistors T1, T2 agissent en tant que condensateurs intégrés, en particulier pour la suppression d'oscillation, à des fréquences plus élevées que leur fréquence de transition. De plus, ils agissent également en tant que composants actifs dans la boucle de contre-réaction. Il est bien évident que la description précédente n'a été faite qu'à titre d'exemple non-limitatif et que d'autres variantes peu- vent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. la RYiNDICATION.TS 1 - Condensateur intégré caractérisé par le fait qu'il se compose d'une struacture de transistor bipolaire dont la réponse. est équivalenteàcelle d'un condensateur dans un circuit intégré fonction- nant à des fréquences supérieures à la fréquence de transition du tran- sistor. 2 - Condensateur intégré, sclon la revendication 1, caractéri- sé par le fait que ladite structure est celle d'un transistor pnp laté- ral. 3 - ALplificateur HFi intégré u3onolithique, caractérisé par le fait qu'il utilise une structure de transistor bipolaire conforme à la revendication i ou 2 à la lois corne condensateur de suppression d'oscil- lation à des fréquences supérieures à la fréquence de transition du tran- s22*or et coma c -or2sant _tl nS 1 bo,ie de contre-réaction. I