Brevet FR2621754A1 — publié le 19890414

La-présente invention concerne un dispositif et un procédé pour étendre la réponse en fréquence d'un composant dont le signal de sortie diminue à fréquence élevée. Les tendances récentes dans les communications à cadence de bits élevée font apparaître un besoin portant sur un système de traitement de signal capable de fonctionner du courant continu jusqu'en hyperfréquence. Malheureusement, de nombreux composants tels que des circuits, des dispositifs à semiconducteurs, et en particulier des diodes laser, ont un signal de sortie qui diminue lorsque la fréquence aug- mente. A titre d'exemple, un modèle caractéristique pour des diodes laser consiste en une résistance en parallèle avec une impédance capacitive. Par conséquent, lorsque la fré- quence augmente, l'impédance capacitive diminue, ce qui di- minue l'impédance d'entrée du composant, et diminue donc la tension appliquée et le signal de sortie du dispositif. De façon caractéristique, pour augmenter la fré- quence de fonctionnement, on est conduit à concevoir des dispositifs ayant une capacité réduite. On monte ensuite ces dispositifs de façon à minimiser la longueur des fils de connexion, pour réduire toute inductance série. En outre, du fait que la résistance de la diode laser est de façon carac- téristique d'environ 5 ohms (I.), on place habituellement une résistance d'environ 45.17 en série avec le dispositif. Cette résistance supplémentaire assure une adaptation d'im- pédance, ce qui conduit à une faible réflexion du signal transmis lorsque le dispositif est connecté à un cable coa- xial ayant une impédance caractéristique de 50 CL. On a con- sidéré précédemment qu'une faible réflexion et donc l'adap- tation d'impédance étaient nécessaires pour obtenir une ré- ponse en fréquence plate du continu jusqu'en hyperfréquence. Bien que ces efforts aient augmenté la fréquence de fonc- tionnement de composants, il serait souhaitable d'étendre encore davantage la réponse en fréquence d'un composant dont le signal de sortie diminue à fréquence élevée. Un dispositif de traitement de signal qui étend la réponse en fréquence d'un composant dont le signal de sortie diminue au-delà d'une première fréquence comprend des moyens de génération de signal destinés à produire un signal qui est appliqué à une ligne de transmission de composant. La ligne de transmission de composant résonne à une seconde fréquence, qui est supérieure à la première fréquence, et elle présente une impédance d'entrée qui est couplée à une impédance de source. La valeur de l'impédance de source dif- fère à la fois de l'impédance d'entrée et de l'impédance caractéristique de la ligne de transmission de composant. La valeur de l'impédance de source est supérieure à l'impédance du composant. La ligne de transmission de composant est éga- lement connectée au composant. L'invention comprend égale- ment un procédé pour étendre la réponse en fréquence plate d'un composant dont le signal de sortie diminue au-delà d'une première fréquence. Le procédé comprend la formation d'une ligne de transmission qui résonne à une seconde fré- quence supérieure à la première fréquence, l'application d'un signal d'entrée provenant d'une source, le couplage du signal à la ligne de transmission et le couplage de la li- gne de transmission au composant. La valeur de l'impédance de source est établie de façon à être différente de l'impé- dance d'entrée, afin que la tension aux bornes du composant, à une limite de fréquence basse, soit approximativement égale à la tension aux bornes du composant à la seconde fréquence. Un but de l'invention est d'étendre la réponse en fréquence d'un composant dont le signal de sortie diminue à fréquence élevée. Une caractéristique de l'invention consiste dans l'utilisation d'une ligne de transmission qui résonne à une fréquence supérieure à la fréquence à laquelle le signal de sortie du composant commence à diminuer. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent respectivement: Figure 1: un schéma d'un mode de réalisation de l'invention. Figure 2: une courbe de réponse de sortie qui résulte du système de traitement de signal de la figure 1. Figure 3: une vue en perspective d'un système de traitement de signal optique de l'invention, monté sur un support. Sur la figure 1, un système de traitement de si- gnal 10 comprend des moyens de génération de signal 11 des- tinés à produire un signal, et qui comprennent une source de tension de signal 12 et une résistance adaptée de source 14. La résistance adaptée de source 14 est connectée à une ligne de transmission de source 16 ayant une première impé- dance caractéristique Z1. La ligne de transmission de sour- ce 16 est connectée à une impédance de couplage 18 et l'im- pédance de couplage 18 est connectée à une ligne de trans- mission de composant 20 ayant une seconde impédance carac- téristique Z2. La ligne de transmission de composant 20 est connectée à un composant 22 tel qu'une diode laser à semiconducteur. Les moyens de génération de signal 11 peuvent com- prendre la source de tension de signal 12 et l'impédance adaptée de source 14. La source de tension de signal 12 peut être une source quelconque qui fournit un signal dans une gamme de fréquences, telle qu'un amplificateur à transistors pour l'émission de signaux numériques ou analogiques. La ré- sistance adaptée de source 14 est de façon caractéristique une résistance interne de la source de signal, et elle a une valeur qui est comprise de façon caractéristique entre 10 et fL. Selon une variante, les moyens de génération de signal 11 peuvent consister en un connecteur ou une ligne de trans- mission qui peut être couplé à une autre ligne de transmis- sion qui fournit le signal. La ligne de transmission de source 16 peut avoir n'importe quelle longueur arbitraire, et elle consiste de façon caractéristique en une ligne à bande métallisée, for- mée sur une plaque de céramique dont on peut modifier la métallisation, et donc la première impédance caractéristi- que Zl, par des techniques classiques de photolithographie et de gravure. La première impédance caractéristique Z1 est de préférence approximativement égale à la résistance adap- tée de source 14. La ligne de transmission de source 16 peut également être un cable coaxial. Il faut noter qu'on peut utiliser des lignes de transmission ou des connecteurs supplémentaires entre la source de signal 12 et la ligne de transmission de source 16. La ligne de transmission de composant 20 résonne initialement à une seconde fréquence qui est supérieure à une première fréquence à laquelle le signal de sortie du composant 22 commence à diminuer. Pour une diode laser, on choisit de façon caractéristique la fréquence de résonance de façon qu'elle soit d'environ 1,5 fois à environ 3 fois supérieure à la fréquence à laquelle la tension de sortie est au niveau de -3 décibels (dB). Cette résonance résulte de façon caractéristique du fait que la longueur de la ligne de transmission de composant 20 est approximativement égale au quart de: longueur d'onde (A) dans le matériau. Par exemple, la úigne de transmission de composant 20 mesurera de façon caractéristique environ 1,45 centimètres (cm) pour une fréquence de résonance choisie d'environ 3,4 gigahertz (GHz) dans une ligne de transmission ayant une vitesse de propagation d'environ 1,95 x 108 mètres par seconde (m/s). Un effet d'accentuation dans le signal de sortie se produit lorsque la fréquence du signal transmis atteint cette fré- quence de résonance, et on peut changer la fréquence de cette accentuation en modifiant la longueur de la ligne de transmission. L'amplitude de cette accentuation est déter- minée par la différence entre l'impédance de source de la ligne de transmission de composant 20 et la seconde impé- dance caractéristique Z2. Lorsque l'impédance de source de la ligne de transmission de composant et la seconde impé- dance caractéristique Z2 sont presque égales, il n'apparaît aucune accentuation. Lorsque la différence entre ces impé- dances augmente, l'amplitude de l'accentuation augmente également jusqu'à ce qu'elle atteigne son maximum, au mo- ment o l'impédance de source est adaptée à l'impédance d'entrée de la ligne de transmission de composant 20. L'im- pédance de source est l'impédance équivalente qui est vue de la ligne de transmission de composant 20, vers les moyens de génération de signal 11, et l'impédance de cou- plage augmente l'impédance de source du fait qu'elle est connectée en série. Lorsque la résistance adaptée de source 14 est adaptée à la première impédance caractéristique Z1, l'impédance de source de la ligne de transmission de compo- sant 20 est de façon générale approximativement égale à la valeur de la première impédance caractéristique Zl, en sé- rie avec l'impédance de couplage 18. L'impédance d'entrée est l'impédance équivalente de la ligne de transmission de composant 20, en direction du composant 22. A la fréquence de résonance, l'impédance d'entrée est approximativement égale au carré de la seconde impedance caractéristique Z2, divisé par une impédance de charge. L'impédance de charge est de façon générale approximativement égale à l'impédance du composant 22, bien qu'on puisse également déterminer les connexions entre le composant 22 et la ligne de transmis- sion de composant 20 pour former l'impédance de charge, en employant des techniques bien connues. Par conséquent, lors- qu'on change la valeur de l'impédance de couplage 18, l'am- plitude de l'accentuation change. On choisit donc l'impédan- ce de couplage 18 et la longueur de la ligne de transmission de composant 20, généralement en contrôlant la tension du composant, de façon que l'effet d'accentuation à la fréquen- ce de résonance compense le signal de sortie décroissant du composant 22 à la fréquence de résonance, pour obtenir ainsi une réponse en fréquence approximativement plate. Une répon- se en fréquence plate varie de façon caractéristique de moins de 30%, et de préférence de moins de 10%. Selon une variante, on peut sélectionner l'impédance de couplage 18 de façon que le signal de tension qui est appliqué au composant 22 à une limite de fréquence basse soit approximativement égal au signal de tension qui est appliqué au composant 22 à la fréquence de résonance. La limite de fréquence basse cor- respond au signal de sortie de fréquence basse au voisinage du courant continu, comme par exemple entre 0 et 50 MHz, et elle correspond de préférence au courant continu, pour le- quel d'autres composants tels que des condensateurs qui di- minuent le signal de sortie au voisinage du courant continu ne sont pas pris en considération. Comme le montre la figure 2, une résistance de couplage (Rs) d'environ 405L donne une réponse plate jusqu'à environ 3,4 GHz lorsque les lignes de transmission de source et de composant ont une impédance ca- ractéristique de 50 Q, avec une fréquence de résonance choisie à environ 3,4 GHz, et lorsque la ligne de transmis- sion de composant est connectée à une diode laser qui est modélisée par une résistance d'environ 511 en parallèle avec une capacité d'environ 15 picofarads (pF). De plus, à la fréquence de résonance, qui est généralement comprise entre 1 à 10 GHz, l'impédance du composant est faible et l'impé- dance de source de la ligne de transmission de composant 20 est de façon caractéristique supérieure à l'impédance du composant 22. En outre, l'impédance d'entrée de la ligne de transmission de composant 20 sera supérieure à l'impédance de source de la ligne de transmission de composant 20. Il faut noter que l'impédance de source et l'im- pédance d'entrée de la ligne de transmission de composant 20 ne sont pas adaptées comme dans une adaptation d'impédance quart d'onde classique. On considère de façon générale que cette adaptation d'impédance est indésirable lorsqu'on tente d'obtenir une réponse en fréquence plate du continu jusqu'en hyperfréquence, du fait qu'une accentuation correspondant à une amplitude maximale se produit à la fréquence de résonan- ce, ce qui rend cette adaptation d'impédance plus appropriée pour des applications passe-bande à bande étroite. En outre, lorsque l'impédance du composant est complexe, comme c'est le cas avec une résistance en parallèle sur une capacité, l'adaptation d'impédance devient plus difficile. Contraire- ment à l'adaptation d'impédance classique ayant une réfle- xion approximativement égale à zéro, l'impédance de source et l'impédance d'entrée de la ligne de transmission de com- posant 20 sont intentionnellement désadaptées, et il appa- raît de façon générale une réflexion comprise entre environ et 80% dans la ligne de transmission de composant 20. La ligne de transmission de composant est de façon générale une ligne à bande métallisée qui recouvre une plaque de cé- ramique, et on forme la ligne en bande par des techniques classiques de photolithographie et de gravure. Le composant 22 est de façon caractéristique une diode laser qui peut être modélisée par une résistance en parallèle sur un condensateur. La résistance a une valeur comprise de façon caractéristique entre environ 1 et 10-l, et la capacité est comprise de façon caractéristique entre environ 5 et 200 pF. Il faut:noter que l'invention s'appli- que également à d'autres composants, tels que des circuits ou des semiconducteurs, y compris des transistors, dont le signal de sortie diminue à des fréquences élevées. Comme le montre la figure 3, un laser 302 est monté de manière ca- 262 1754 ractéristique de façon qu'un premier contact électrique soit brasé sur une embase 304 en cuivre. Un fil 310 en forme de ruban d'environ 0,5 millimètre (mm) de longueur connecte la ligne de transmission de composant 320, qui est formée sur une plaque de céramique 321, à un second contact électrique du laser 302. Une source de tension continue 322 pour pola- riser la laser est connectée à une inductance d'arrêt 324, pour bloquer la polarisation continue provenant de la source de signal, et l'inductance 324 est connectée à la ligne de transmission de composant 320. Un condensateur de blocage du courant continu 325 est également placé sur la ligne de transmission de composant 320. Une impédance de couplage 326 telle qu'une résistance de type plaquette, est montée sur la plaque de céramique 321 et est connectée à la fois à la li- gne de transmission de composant 320 et à une ligne de transmission de source 328 qui est formée sur la plaque de céramique. Cette impédance de couplage est de préférence placée à l'extérieur du bottier du laser 302. Le signal est appliqué à la ligne de transmission de source 328 par un câble coaxial 330. En fonctionnement, comme le montre la figure 1, les moyens de génération de signal 11 fournissent un signal dont la fréquence peut aller du continu jusqu'aux hyperfré- quences. Ce signal traverse la ligne de transmission de source 16, l'impédance de couplage 18 et la ligne de trans- mission de composant 20, pour atteindre le composant 22. Lorsque la fréquence de la source de signal augmente, le signal de sortie du composant 22 diminue du fait de l'impé- dance décroissante de ce composant. Cette diminution du si- gnal de sortie est compensée par l'effet d'accentuation de la ligne de transmission de composant quart d'onde 20. On obtient donc une réponse en fréquence plate bien qu'il existe une désadaptation d'impédance entre la ligne de transmission de composant 20 et le composant 22, du fait que le niveau de réflexion reste approximativement constant à toutes les fréquences. Il faut noter que du fait que l'im- pédance adaptée de source 14 sur la figure 1 est approxima- tivement égale à la première impédance caractéristique Z1, il n'apparaît pas de maximums résonnants ou parasites sup- plémentaires dans le signal de sortie, du fait que toute la réflexion provenant de la charge est absorbée par la résis- tance adaptée de source 14. L'invention étend la réponse en fréquence plate d'un composant, tel qu'une diode laser. En outre, les caractéristiques de phase du signal de sortie sont approxi- mativement linéaires, et par conséquent, toute information numérique transmise ne sera pas notablement affectée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement de signal connecté à un composant (22) dont le signal de sortie diminue lorsque la fréquence d'un signal d'entrée augmente au-delà d'une première fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de génération de signal (11) destinés à fournir un signal ayant une gamme de fréquences; et une ligne de transmission de composant (20) connectée aux moyens de gé- nération de signal (11) et au composant (22), cette ligne de transmission de composant résonnant à une seconde fré- quence qui est supérieure à la première fréquence et ayant une impédance caractéristique, une impédance de source et une impédance d'entrée, l'impédance de source étant diffé- rente de l'impédance d'entrée et de l'impédance caractéris- tique, et cette impédance de source étant supérieure à l'impédance du composant (22). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la différence entre l'impédance de source et l'impédance d'entrée de la ligne de transmission de compo- sant (20) a une valeur telle que la tension aux bornes du composant (22) à une fréquence de limite basse, est appro- ximativement égale à la tension aux bornes du composant (22) à la seconde fréquence. 3. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'une ligne de transmission de source (16), ayant une impédance caractéristique, est placée entre les moyens de génération de signal (11) et la ligne de trans- mission de composant (20), et une impédance de couplage (18) est connectée entre la ligne de transmission de source (16) et la ligne de transmission de composant (20). 4. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que l'impédance de couplage (18) a une valeur telle que la tension aux bornes du composant (22) en cou- rant continu soit approximativement égale à la tension aux bornes du composant (22) à la seconde fréquence. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'impédance caractéristique de la ligne de trans- mission de source (16) est approximativement égale à l'impé- dance caractéristique de la ligne de transmission de compo- sant (20). 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'impédance de source est approximativement égale à l'impédance de couplage (18) en série avec l'impédance ca- ractéristique de la ligne de transmission de source (16). 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de génération de signal (11) comprennent une source de signal (12) ayant une impédance adaptée de source (14). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la source de signal (12) est connectée à une ligne de transmission de source (16), et la ligne de transmission de source est connectée à la ligne de transmission de compo- sant (20). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'impédance caractéristique de la ligne de trans- mission de source (16) est approximativement égale à l'impé- dance adaptée de source (14). 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur de la ligne de transmission de compo- sant (20) est approximativement égale au quart de la longueur d'onde correspondant à la seconde fréquence. 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde fréquence est d'environ 1,5 fois à en- viron 3 fois supérieure à la fréquence à laquelle le signal de sortie du composant (22) est au niveau de -3 décibels. 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant consiste en une diode laser à semi- conducteur (22). 13. Procédé pour étendre la réponse en fréquence plate d'un composant (22) dont l'amplitude du signal de sor- tie diminue lorsque la fréquence du signal de sortie augmente au-delà d'une première fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: on fournit un signal de sortie provenant d'une source (12); on forme une ligne de transmission de composant (20) qui résonne à une seconde fré- quence qui est supérieure à la première fréquence; on appli- que le signal d'entrée à la ligne de transmission de compo- sant (20); on connecte la ligne de transmission de composant (20) au composant (22); et on établit une différence entre l'impédance de source et une impédance d'entrée de la ligne de transmission de composant (20), de façon que la tension aux bornes du composant (22) à une limite de fréquence basse soit approximativement égale à la tension aux bornes du com- posant à la seconde fréquence. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'opération d'établissement d'une différence entre l'impédance de source et une impédance d'entrée de la ligne de transmission de composant (20) comprend en outre les opé- rations suivantes: on sélectionne une impédance de couplage (18) pour laquelle la tension aux bornes du composant (22) en courant continu est approximativement égale à la tension aux bornes du composant à la seconde fréquence; et on con- necte cette impédance de couplage (18) à la ligne de trans- mission de composant (20), du côté opposé au composant (22). 15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'opération de formation d'une ligne de transmis- sion de composant (20) comprend en outre les opérations suivantes: on sélectionne la seconde fréquence de façon qu'elle soit d'environ 1,5 fois à environ 3 fois supérieure à la fréquence à laquelle le signal de sortie du composant (22) est au niveau de -3 décibels; et on fabrique une ligne de transmission (20) ayant une longueur d'environ un quart de longueur d'onde à la seconde fréquence. 16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'opération d'établissement d'une différence entre l'impédance de source et l'impédance d'entrée de la ligne de transmission de composant (22), comprend le réglage de l'impédance de source de façon que le signal de sortie du composant (22) soit approximativement plat entre le courant continu et la seconde fréquence. 17. Procédé selon la revendication I6, caractérisé en ce que le signal de sortie varie de moins de 30% entre le courant continu et la seconde fréquence. 18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le signal de sortie varie de moins de 10% entre le courant continu et la seconde fréquence. 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la différence entre l'impédance de source et l'impédance d'entrée de la ligne de transmission de compo- sant (20) est suffisante pour produire une réflexion com- prise entre environ 70% et 80% dans la ligne de transmission de composant (20).