Brevet FR2570867A1 — publié le 19860328

INDUCTANCE, NOTAMMENT POUR CIRCUITS INTEGRES MONOLITHIQUES MICRO-ONDES La présente invention concerne une inductance, notamment pour circuits intégrés monolithiques micro-ondes. Pour réaliser un circuit intégré monolithique, une des principales difficultés est d'obtenir des dimensions aussi réduites que possible. Or la place la plus importante dans un tel circuit est occupée par les éléments selfiques, du moins dans leur réalisation actuelle. Ces éléments selfiques ont généralement une fonction d'accord ou de polarisation. Il est ainsi possible de réaliser un amplificateur allant jusqu'à des fréquences de 10 ou 20 GHz à condition d'utiliser comme éléments d'accord de cet amplificateur des éléments selfiques. Ces éléments selfiques sont actuellement réalisés avec des lignes, une valeur couramment obtenue étant d'environ 1 nHimm. Cette solution, outre le fait qu'elle conduit rapidement à un encombrement important, se heurte également à une limitation de la valeur de l'inductance aux fréquences élevées. En effet, lorsque la longueur de ces lignes atteint un quart de longueur d'onde, I'élément ainsi réalisé n'est plus selfique et peut rneme devenir capacitif. A titre d'exemple, à 10 GHz, une ligne quart d'onde d'impédance caractéristique 110 ohms a une longueur de 2,2 mm. A cette fréquence, et même en enroulant la ligne pour obtenir une self spirale, il n'est donc pas possible d'avoir un élément selfique de plus de 2 nH. Pour diminuer la dimension (mais donc aussi la valeur) de ces lignes, on pourrait penser, comme la valeur de ces selfs est en première approximation inversement proportionnelle à la largeur des transistors à accorder, à augmenter la largeur des transistors. Mais ce sont alors les dimensions des transistors qui deviendraient prohibitives ou qui obligeraient à dissiper une puissance importante, en pure perte car le courant dans un transistor à effet de champ est directement lié à sa largeur. Une autre solution doit donc être recherchée. La présente invention a pour objet une inductance répondant au double objectif de faible encombrement et de valeur élevée aux hyperfréquences, et de ce fait particulièrement adaptée à la réalisation de circuits intégrés monolithiques micro-ondes. Cette inductance est entièrement réalisée au moyen de composants actifs. L'inductance suivant l'invention comporte un premier et un second transistor, le premier ayant son électrode collectrice reliée à l'électrode de commande du second, son électrode émettrice reliée à l'électrode collectrice du second pour former un premier point d'accès à cette inductance, et son électrode de commande reliée à l'électrode émettrice du second pour former un second point d'accès à cette inductance. On entend par électrode de commande, électrode émettrice et électrode collectrice respectivement la base, l'émetteur et le collecteur d'un transistor bipolaire, ou la grille, la source et le drain d'un transistor à effet de champ. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description qui suit et des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 est un schéma de principe d'une inductance suivant l'invention, ne tenant pas compte de la polarisation des transistors; - la figure 2a est un schéma d'une inductance conforme à la figure 1, utilisée dans un montage du type parallèle sans les circuits de polarisation; - la figure 2b est un schéma d'une inductance conforme à la figure 1, utilisée dans un montage du type série sans les circuits de polarisation - la figure 3 est le schéma équivalent d'un transistor à effet de champ monté en source commune; - la figure 4 est le schéma équivalent d'un transistor à effet de champ monté en drain commun; - la figure 5a est un schéma équivalent simplifié du montage représenté sur la figure 2a;; - la figure 5b est un schéma équivalent simplifié du montage représenté sur la figure 2b - la figure 6 est un schéma d'une inductance suivant l'invention, utilisée dans un montage du type parallèle, ce schéma tenant compte de la polarisation des transistors - la figure 7 est un schéma d'un amplificateur hyperfréquences utilisant comme éléments d'accord des inductances suivant l'invention, utilisées dans des montages du type parallèle, ce schéma ne tenant pas compte de la polarisation des transistors - la figure 8 reprend le schéma de la figure 7, en tenant compte de la polarisation des transistors - la figure 9 est un schéma d'une inductance suivant l'invention, utilisée dans un montage du type série, ce schéma tenant compte de la polarisation des transistors - la figure 10 est un schéma d'un amplificateur hyperfréquences utilisant comme éléments d'accord des inductances suivant l'invention, utilisées dans des montages du type série, ce schéma ne tenant pas compte de la polarisation des transistors - la figure 11 reprend le schéma de la figure 10, en tenant compte de la polarisation des transistors. La description qui suit est faite à titre d'exemple pour des transistors à effet de champ du type "MES-FET". L'inductance représentée sur la figure 1 comporte un premier et un second transistors, respectivement T1 et T2. Le transistor T1 a son drain relié à la grille du transistor T2, sa grille reliée à la source du transistor T2, pour former un premier point d'accès à cette inductance, et sa source reliée au drain du transistor T2 pour former un second point d'accès à cette inductance. Sur les figures 2a et 2b, on a représenté la même inductance que sur la figure 1, utilisée respectivement dans un montage du type parallèle et du type série. Pour expliquer le comportement de ce montage suivant une inductance, on utilise la mise en parallèle de deux transistors dont l'un est monté en source commune et l'autre en drain commun, tels que représentés respectivement sur les figures 3 et 4. La matrice admittance du montage "source commune" représentée sur la figure 3 s'exprime de la façon suivante (avec W correspondant à une pulsation) De même, la matrice admittance du montage "drain commun" représenté sur la figure 4 s'écrit En s'aidant des relations (1) et (2), on peut établir la matrice admittance correspondant à la mise en parallèle du quadripole représenté sur la figure 3 et du quadripôle représenté sur la figure 4, pour lequel on a permuté entrée et sortie. Lorsqu'on laisse la sortie du quadripôle résultant en circuit ouvert, le dipôle vu de l'entrée est identique au dipôle de la figure 1.En faisant les approximations: CF1 CF2 Ci2 Ri1 c1 ~ Ri2 Ci2 cette matrice peut s'écrire: Or, pour une matrice admittance définie par I'admittance d'entrée ye lorsque la sortie est en circuit ouvert est donnée par: y12 y21 (5) ye = Y11 y22 Des relations (3) et (5) on peut tirer la valeur de l'admittance Y du dipôle de la figure 1 (6) Y = G02 + gml + jc02w+ jcilw ig1 gm2 1 + j Ri2 ci2 w 1 + j Ri2 ci2 w ci2 w(1 + j Ri2 ci2 w) En faisant l'approximation très simplifiée que: Ri2 Ci2 W 1 et que gm est toujours réel, l'admittance Y devient: (7) Y = G02 + gml + jc02w + jCil w - jgml gm2 ci2 w On voit bien apparattre dans cette expression un élément selfique (8) L = c12 gm1 gm2 En réalité, l'admittance Y correspond à un circuit résonnant du type "RLC-parallèle", qui, pour des fréquences inférieures à la fréquence de résonance, se comporte en fait comme une inductance. A titre d'exemple, une inductance conforme à l'invention, réalisée avec des transistors à effet de champ de 65 /u de large ayant pour schéma équivalent: R. = 110 Q ri = 0,05 pF gm = 5mS Go = 0,32 m S c, = 0,012 pF CF = 0,001 pF donne un schéma équivalent du type "RLC-parallèle" avec: R = 500 Q L = 2,3 nH C = 0,045pF dont la fréquence de résonance est de 15,6 GHz. On a ainsi représenté sur la figure 5a le schéma équivalent simplifié du montage de la figure 2a et sur la figure 5b le schéma équivalent simplifié du montage de la figure 2b. On décrit maintenant des exemples de montages comportant des éléments de polarisation et tout d'abord, en relation avec la figure 6, un exemple correspondant à un montage du type "parallèle" tel que défini sur la figure 2a. Dans ce schéma, une tension VD polarise les drains des transistors, une tension VG1 polarise la grille du transistor T1 et une tension VG2 la grille du transistor T2. Pour que les sources de tensions de polarisation ne perturbent pas le fonctionnement en hyperfréquences, les transistors sont polarisés au travers de charges saturables qui permettent le passage du courant continu tout en présentant une impédance élevée pour le signal hyperfréquences. Ainsi, la tension VD est appliquée aux transistors T1 et T2, respectivement par l'intermédiaire de deux transistors T3 et T4 montés en charges saturables. Dans cette configuration, (du type "parallèle") les courants de polarisation des transistors T1 et T2 d'une part, T3 et T4 d'autre part peuvent être distincts. En reprenant l'expression (8): ci2 gml gm2 On remarque qu'il suffit de faire varier gml > donc la taille ou la tension grille VG1 du transistor T1, pour faire varier la valeur L de l'inductance, ce qui permet ainsi d'obtenir une inductance variable avec une tension, et constitue un élément très original pour les hyperfréquences.Une variation de la tension grille VG1 s'accompagnant cependant d'une variation du courant continu de polarisation traversant les transistors T1 et T3, il est nécessaire d'agir sur la polarisation du transistor T3 pour faire en sorte que les courants traversant les deux transistors soient égaux puisque ces deux transistors sont en série. I1 est également possible de faire varier L en agissant de la même façon sur le transistor T2, mais les paramètres gm2 et c i2 variant alors simultanément, le cas est plus complexe. Le schéma de la figure 7 est un exemple d'amplificateur hyperfréquences utilisant comme éléments d'accord des inductances suivant l'invention, du type "parallèle". Ce schéma ne tient pas compte de la polarisation des transistors. Dans ce schéma, le transistor T effectue l'amplification et les éléments d'accord consistent en un condensateur d'entrée C1, une inductance d'entrée constituée, conformément à l'invention, par deux transistors T4 et T5, un condensateur de sortie C2 et une inductance de sortie, constituée conformément à l'invention, par deux transistors T2 et T3 Un schéma de cet amplificateur, comportant des éléments de polarisation, est donné sur la figure 8. Certains de ces éléments de polarisation consistent, comme sur la figure 6 précédente, en des transistors montés en charges saturables, tels que les transistors T6 (pour la polarisation du transistor T2), T7 (pour la polarisation du transistor T5) et T8 (pour la polarisation du transistor T4). On remarque toutefois une simplification par rapport à la figure 6, qui est que chacun des transistors T et T3 est polarisé à travers l'autre, évitant ainsi l'utilisation de charge saturable supplémentaire, telle que le transistor T4 de la figure 6. La figure 9 représente un exemple d'inductance suivant l'invention, utilisée dans un montage du type série, ce schéma tenant compte de la polarisation des transistors. Dans ce schéma les transistors T1 et T2 formant I'inductance "série" sont polarisés chacun par l'intermédiaire de deux transistors T3 et T4 montés en charges saturables. Dans cette configuration, les courants de polarisation des transistors T1, T2, T3 et T4 sont identiques, les quatre transistors étant en série du point de vue du courant continu, ce qui permet l'emploi d'un nombre minimum de charges saturables. En reprenant l'expression (8): ci2 L = gm1 gm2 on remarque, comme pour le montage du type "parallèle" de la figure 6, qu'il est possible de faire varier la valeur L de l'inductance en agissant sur la largeur ou sur la tension grille des transistors. On remarque toutefois que dans une configuration du type série, cette variation est plus complexe du fait de l'égalité des courants de polarisation des transistors T1 et T2. La figure 10 est un schéma d'un amplificateur hyperfréquences utilisant comme éléments d'accord des inductances du type "série", ce schéma ne tenant pas compte, dans un premier temps, de la polarisation des transistors. Dans ce schéma, le transistor T effectue l'amplification, et les éléments d'accord consistent en une inductance d'entrée, et en une inductance de sortie, constituées elle-même conformément à l'invention, respectivement par deux transistors T4 et T5 d'une part, T2 et T3 d'autre part. Un schéma de cet amplificateur, comportant des éléments de polarisation, est donné sur la figure 11. Certains de ces éléments de polarisation consistent, comme sur la figure 9, en des transistors montés en charges saturables, tels que le transistor T6 (pour la polarisation des transistors T2 et T3), ou les transistors T7 et T8 pour la polarisation des transistors T4 et T5). On remarque toutefois une simplification par rapport à la figure 9, qui est que les transistors T2 et T3 sont polarisés à travers le transistor T, et inversement, évitant ainsi l'utilisation de charge saturable supplémentaire telle que le transistor T4 de la figure 9. Bien que la description qui précède ait été faite plus particulièrement en relation avec des exemples d'application aux hyperfréquences, il faut noter que l'inductance suivant l'invention n'a pas d'applications limitées aux hyperfréquences. C'est cependant à cette gamme de fréquences qu'elle procure les effets les plus intéressants. REVENDICATIONS 1. Inductance, notamment pour circuits intégrés monolithiques microondes, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier et un second transistor (T1, T2), le premier ayant son électrode collectrice reliée à l'électrode de commande du second, son électrode émettrice reliée à l'électrode collectrice du second, pour former un premier point d'accès à cette inductance, et son électrode de commande reliée à l'électrode émettrice du second, pour former un second point d'accès à cette inductance. 2. Inductance selon la revendication 1, caractérisée en ce que les transistors sont des transistors à effet de champ. 3. Inductance selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est variable en fonction de la tension de polarisation appliquée à l'électrode de commande du premier et/ou du second transistor (T1, T2). 4. Inductance selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier et le second transistor (T1 T2) sont polarisés à travers des transistors (T3, T4) montés en charges saturables. 5. Inductance selon la revendication 4, utilisée dans un montage du type parallèle, caractérisée en ce que le premier et le second transistors (T1, T2) ont leur électrode collectrice polarisée par une même tension continue (VD), respectivement à travers un troisième et un quatrième transistors montés en charges saturables, et en ce que les courants de polarisation traversant le premier et le second transistors (T1, T2) d'une part, le troisième et le quatrième transistors (T3, T4) d'autre part, sont indépendants. 6. Inductance selon la revendication 4, utilisée dans un montage du type série, caractérisée en ce que le premier et le second transistors (T1, T2) ont leur électrode collectrice polarisée par une même tension continue, respectivement à travers un troisième et un quatrième transistors (T3, T4) montés en charges saturables, et en ce que les courants de polarisation traversant ces quatre transistors sont identiques. 7. Inductance selon la revendication 1, utilisée dans un montagedu type parallèle comme élément d'accord de sortie d'un amplificateur hyper fréquences comportant un transistor principal (T), caractérisé en ce que le transistor principal (T) et l'un des deux transistors formant l'inductance sont polarisés l'un à travers l'autre. 8. Inductance selon la revendication 1, utilisée comme élément d'accord de sortie d'un amplificateur hyperfréquences comportant un transistor principal (T), caractérisée en ce que les transistors formant l'inductance sont polarisés à travers le transistor principal, et inversement.