Brevet FR2623951A1 — publié le 19890602

apusq aun sawau xtid jupassod inb 'solsTsuol1 sal la sapolp sal anb slat sinalatipuoa!tuas sluusodwoa ap ii-7iBd V? sashBa'T luos 'xna a-qua salqlludwuoj lualos senbIol xnseAtu sel anb.nod uoilSlae[od ap la oU.luqa op sluatuala sal anb ao ap lucia alBzl Z s a-i aTuuBssud apuuq autu apassod anb[lo I 1naa-o un allanbel inod uosll- u-1 ztilD OOL yutbn[ saauanbea.j sal saTnoI lue.Anoa aliJrl sail1 aluuasud apuuq dUtl luo sanblâol sl[na.la sal anb ailuou inb aa 'sapuoaasoald aiJ auluzip aunp euquitu uotlvisdo.d ap sdmal sap,aloa lua,&nad sanbleul sanasiaAul sal 'nsauus ua 'ztqú OZ ap sauluzip slinaistild estbbstig zq1 sanblanb ap luelrvA saouanbeaa sap V iauuo!louo} Iluoiantl sva0 ua sanb[lol slinaala sal anb liBs uO 'A - IIl diiltUJ el ap apide- n1aI-aletu ua eluiau9al snld uoSbi ap no uwilliuU dp. oanluas-s ua sas[IuaZ aouanbael-TadA&q slinaila xns luawu-el[ailudsanbllddes uolueAuiq Sl anbllol ua.astllnp apnllqUtll v uoj[ aub taiuluow sap.zd aeasi-zlod Isa ajieaUla uollezaltl[duup aliaud us.ta 'anb[loI la allaauq afXflu adAI un,p lsa uo!Iu.Auli uolas inalea[jtldws,'l 'nuuoo 1l.,l SuBp lue.1noa e98sgp luob inb salloadeu la sjlas 'saouslSlsa, OT sap uluul.odwoz sl!uaala sap uolsnlaxaI B 'sapolp sap la s.xolsisu.zl sap anb iudula;a!,a[oxa lueliodtuoa au slinalza sap 3sd saluXnoJ 'sa[lqils suoiual sap B sa. aslilod luos u&IlaaUlIdtuep salulga sap s.Lo!s uw.1I sap SaT.tij sal '. nalTeolTdUw lea suul 'zltaq-aID WOt la 1 a-lua asl.dmoa 'altel sa.l alusssd S apusq aun.loAu,p o-allatad [n[.nod sanblssela snaTsalIdum xne lioddu, dud solj1pou luos uollsldepsp sllnoaia sal luop lanbloio uatib aluguil ua luej lusuuo[louot 'aouanbaztad q inaesualldwuu un uioaauuj uoluaAul aluas.a).d rI a'.LNVSSVd R(MVU UI sZ. IV passante très large. On sait par ailleurs qu'un transistor hyperfréquence peut amplifier, dans les circuits linéaires, jusqu'à des fréquences très élevées, mais les problèmes des amplificateurs hyperfréquences viennent des circuit dtiadaptatlon, c'est à dire de polarisation et de charge, qui ont des bandes passantes assez étroites. En effet les circuits de polnrisation, par exemple, sont généralement réalisés, A partir d'une tension -de polarisation, au moyen de résistance, de solfs et de capacités qui ont elles-mêmes des bandes passantles asoez étroites. L'invention consiste donc A mettre en oeuvre des circuits connus en logique pour adapter et polariser les étages amplificateurs, de façon à obtenir in amplifieateur linéaire de très large bande passante. Pour fonctionner dans do hbonnes conditions, un transistor hyperfréquence - très généralemont de type à effet de champ - doit avoir sa grille polarisée au repos à une tension de polarisation correctement choisie selon les diagrammes de caractéristiques I(V) de transistor. mais cette tension de polarisation doit être stable. Il est classique de fournir la tension de polarisation à partir d'une souree qui débite à travers une résistance en série avec une self, une capacité étant montée en parallèle et mise à la mnsco: ces composants consomment une grande surface en intégratinn monolithique, ce qui fait qu'ils ne sont pas désirés pour la fabl)ricantion de circuit intégré hyperfréquence en GaAs, mais ils ont ent outre une bande passante étroite qui limite cello do l'amplificateur. Selon l'invention, la grille d'au moins un transistor à effet de champ dans un amplificateur hyperfréqtuence est polarisée au repos par un circuit conrnu en logique qui comprend un inverseur de type BFL(Bufferedç fet logic), suivi par un décaleur. Le signal d'entrée est appliqué simultanément sur la grille du transistor à effet de champ d'entré'o de l'Inverseur et sur la grille du transistor à effol do champ d'entrée de l'amplificateur, lui-même connecté A In sortie du décaleur: chaque fois que la tension de polari.ation sur la grille du transistor amplificateur varie, la réaention rle la porte BFL et du décaleur ramène cette tension à SA valeur initiale. Par ailleurs, l'amplificateur comporte au moins un étage dans lequel deux transitors sont montés en amplificateur différentiel, à la façon d'une porte logique OU-NON. La grille du premier transistor reçoit le signal d'entrée. La grille du second transistor est polarisée par le signat de sortie de cet étage, à travers un circuit comprenant un inverseur et un décaleur identiques au circuit décrit ri-dcs.us: ce montage permet de stabiliser la tension rcl polarisation du second transistor de cet étage et en môme temps la tension de polarisation du transistor d'entrée d'utn étage d'amplification suivant. Plusieurs étages d'amplification peuvent alors être montés en cascade, puisque leurs entréesq ns leurs sorties sont autoadaptées. De façon plus précise l'invention concerne un amplificateur linéaire hyperfréquene- h très large bande passante, comportant au moins un transistor à effet de champ dont la grille reçoit un signal dl'entréoe. cet amplificateur étant caractérisé en ce que le circuit de polarisation au repos de la grille de ce transistor d'entrée est constitué par un circuit logique de type BFL comportant: - un inverseur formé par un transis.tor nt sa charge active, alimentée à partir d'une première source de tension - un décaleur formé par un transistor clont la grille est réunie au drain du transistor de l'inverspur, et dont la source est réunie à au moins une diode et A uin transistor source de courant, le décaleur étant alimenté entre la première source de tension et une deuxième source de tension négative, - le signal d'entrée étant appliqué imultanément sur la grille du transistor de l'inverseur, et su,,r la grille du transistor d'entrée de l'amplificateur, ladite grille étant en outre réunie au point de sortie du décaleur commun à la cathode de la diode et au drain du transistor source de enurant. L'invention sera mieux comprise par la description plus détaillée qui suit maintenant dl'un exemple de réalisation d'amplificateur hyperfréquence de très large bande, cette description s'appuyant sur les figuires jointes en annexe, qui représentent: - figure 1: circuit de polarisation d'lun transistor à effet de champ hyperfréquence selon l'art connu, - figure 2: circuit de polarisation d'un transistor à effet de champ hyperfréquence selon l'invention, - figure 3: diagramme élec1trique d'un amplificateur hyperfréquence à très large bande passante sqolon l'invention. La figure 1, qui représente uin circuit de polarisation d'un transistor A effet de champ hlyperfrquence selon l'art connu, a pour objet de rappeller les limitations apportées par les techniques de l'art connu. Un transistor à effet de champ 1, qui est par exemple le transistor ld'entrée d'un amplificateur, reçoit sur sa grille un signal d'entrée Vl qui est souvent appliqué à travers une capacité de liaison 2, avec une impédance d'entrée 3 qui est très généralement normalisée à 50 Ohms. Pour que le transistor 1 fonctionne correctemont il convient de polariser cette grille à une tension fixe fournie par une source de tension de polarisation Vp, mais cette tension est appliquée à travers un circuit tel que celui qui est représente, ou à travers d'autres types de circuit qui ultilisent des composants passifs, par opposition aux composant semiconducteurs. Dans le cas de la figure 1, qui n'est donc pas limitatif de l'art connu, la tension de polarisation VP est Imitéoe à travers une résistance 4, montée en série avec une self 5, landis qu'une capacité 6 assure le découplage la masse. le principal Inconvénient de ce type de circuit do polarisation réside en ce que la self 5 et la capacité 6 occupent une place importante sur la pastillfie d'un circuit intégré, s'il s'agit d'un circuit hyperfréquence intégré sur un matériau rapide Tll-V, mals de toutes façons le circuit composé par une self 5 et une capacité 6 a lui-même une bande passante relativoment étroite qui limite 262395 1 donc la bande passante de l'amplifienteur polarisé à travers ce circuit de polarisation. Le fondement de l'invention consiste donc à fournir une tension de polarisation au moyen d'un circuit qui n'utilise que des composants semiconducteurs., ayant eux-mêmes une bande passante aussi large que les cnmposants semiconducteurs qui constituent l'amplificateur. l, cirelit de polarisation selon l'invention est représenté en figure 2. Si l'on considère que le transistor 1 est le transistor d'entrée d'un amplificateur hyperfréquenee, il reçoit sur sa grille le signal d'entrée VI à travers une capacité 2, et sous une impédance généralement normalisée à 50 Ohms par la résistance 3, par conséquent dans les mêmes conditions que dans l'art connu. Mais la tension de polarisation appliquée sur sa grille, au repos, c'est à dire lorsqu'il n'y a pas de signal d'entrée, est obtenue au moyen d'un circuit comportant -un inverseur de type BFL, suivi par un décaletir. La porte BFL est constituée par un transistor à effet d(le champ 7, chargé par un transistor de charge 8, lui-même alimenté A partir d'une tension VDD. Le drain du transistor 7 est réuni à la source d'un transistor 8, elle même court-circuitée avec sa grille. La grille du transistor 7 est réunie on un point A au signal d'entrée de l'amplificateur. Au point P commun entre le drain du transistor 7 et la source du transisntr 8, le signal inversé est appliqué sur la grille dtun transistor 9, dont le drain est lui aussi alimenté par la tension VDD. Ia tension de la source du transistor 9 est décalée selon une technique par ailleurs connue à travers une ou deux diodes 10 et 1l1, bien que selon l'importance du décalage désiré il puisse y avoir un plus grand nombre de diodes. La cathode de la dernière des diocdes de décalage est réunie à un transistor 12 dit de rappel, dont la source et la grille, court-circutées sont alimentées par une tension négative VR. Enfin le point commun entre la dernière des diodes de décalage et le drain du transistor do rappel 12, qui constitue la sortie de cet étage de décalage, est connectée sur Ia grille du transistor d'entrée 1 de l'étage amnplificletir, mais en outre ce point est rebouclé sur le point A, o est connectée la grille du transistor d'entrée de la porte 13F1,. Le transistor d'entrée 7 do il'étage Inverseur a une transconductance G7; le transistor charge active 8 fournit un courant IBI et soit VA la tension au point A, et VT la tension de seuil du transistor 7. Chaque fois qu In tension VA varie, le signal de variation est inversé par l'inverseur BFL 7 + 8, puis décalé à travers le trnnsistor 9 monté en source suiveuse et à travers les diodes 10 et 11: la réaction de l'étage décaleur ramène VA vers sa valeur initiale. En effet on peut observer que la tension au point commun entre la diode 11, la grille du transistor 1 et le drain dl} transistor 12 est la même que la tension en A. A l'équilibre, on a: IB = G7 (VA - V.r) (1) Ce montage permet donc do polnriser la grille du transitor d'entrée 1 de l'étage amplifincatemr à uin niveau fixe et optimum choisi selon les courbes de carnctéristiques de ce transistor 1. La figure 3 représente Ie sehéma électrique d'un amplificateur à très large bande, utilisant le circuit de polarisation qui vient d'être décrit en figure 2, pour son étage d'entrée, ainsi que le même circuit poulir assurer l'adaptation entre les étages de l'amplificateur. Sur notte figure ont été séparés par des traits pointillés voerticaux l'étage de polarisation d'entrée, le premier étage d'amplification, le premier étage de décalage, un deuxième étage d'amplification et un deuxième étage de décalage, suivi par in étage de sortie. Considérons pour l'instant l'étage de polarisation et le premier étage d'amplification, avec son étage de décalage ou d'adaptation. Deux étages d'amplification ont été représentés sur cette figure 3 mais de façon pluis générale l'amplificateur selon l'invention peut être cascadabin et comporter un nombre quelconque d'étages d'amplification. L'étage de polarisation est exactement identique, aux modifications de représentation graphliqie près, à l'étage de polarisation représenté en figure 2. le transistor 7 die la porte BFL a été représenté de façon différente pour faciliter la constatation de la répétabilité du circuit entre l'étage de polarisation et les étages d'amplification. Le premier étage d'amplificrtion comporte un amplificateur différentiel constitué par lI transistor 1, qui constitue donc le transistor d'entrée do l'amplificateur, et le transistor 13. Ces deux transitors sont montés en source commune et leurs drains réunis, ce qtui dnnne une ressemblance avec une porte OU-NON à deux entrées on logique BFL. Le drain commun aux deux transistors 1 et 13 est réuni à une charge active 80, elle-même alimentée A partir d'une tension VDD, comme d'ailleurs tous les transistors de l'amplificateur. La source de la charge 80, connectée A la grille, alimente la grille d'un transistor 90 monté en source suiveuse. Celui-ci débite à travers deux diodes de décalage 100 et 110, avec point commun entre la grille du transistor 13, la grille du transistor d'entrée 14 d'un étage d'amplification suivante, et le drain d'un transistor de rappel 120, connecté par sa source à une tension négative VR. On peut observer que les indices de repère des composants de l'étage d'amplification et de l'étage de décalage ou d'adaptation à l'étage suivant ont été intentionnellement choisis pour mettre en évidenee la similitude de circuit avec le circuit de polarisation Dans cet étage d'amplification, l'inverseur BFEL est ponstitué par les transistors 1 et 80 et l'étage de polarisation avec décalage est constitué par le transistor 90 et par les diodes 100 et 110 et le transistor de rappel 120. La différence entre l'étage de polarisation et ce premier étage d'amplification est qu'un transistor 13 est branché en parallèle avec le transistor 1, et qu'il a sa grille reliée au point communm D. Appellons C le point commun entre la source du transistor 80, le drain de l'amplificateur différentiel 11 + 13 et IR grille du transistor suiveur 90. A l'équilibre on a IC 1+ 113 si l'on appelle I et I13 les courants. qui traversent les transistors 1 et 13. 1C - G1 (VA - VT) + G13 (VD - VT) (2) G1 et G13 étant les transconductrnces des transistors 1 et 13, les tensions de seuil VT étant les mêmes pour tous les transistors d'un même circuit intégré. Cette équation 2 permet de fixer lA tension d'équilibre VD au point D, c'est à dire la tension de polarisation à la fois du transistor 13 et di transistor 14 donc la tension de polarisation sur le transistor d'entrée de l'état suivant. Par dérivation dans l'équation 2 on na: G VA + G13 A VI = puisque IC est une constante. On en tire GI A VD A3A 1 Ai A VA 1 13 (3) avec A1 = G1 G= qui constitue le facteur d'amplification. On peuti noter donc que pour avoir amplification il faut que G1 soit supérieur à G13, mais on peut également avoir atténutfion.si on choisit G13 plus grand que G1. L'équation 3 montre que chaque r-ois que la tension d'entrée VA varie de A VA, la tension de sortie Vi) du premier étage d'amplification est amplifiée en - A 1AVA: le circuit fonctionne bien comme un amplificateur linérire. Mais en outre puisque l'on n observé qu'une partie de cette étage d'amplification fonctionne exactelment de aIn même façon que l'étage de polarisation d'entrée, on en conclut que la tension VD est stabilisée de la même façon. que la tension de polarisation VA du transistor I: par conséquent la tension de polarisation du transistor d'epnitrée 14 d'un étage d'amplification suivant est elle au.l stahbllisée. Il y a donc adaptation entre les étages cascadéq dans tun amplificateur à plusieurs étages. Considérons maintenant un amplificateur qui comporterait deux étages d'amplification tel que représenté sur la figure 3. Le second étage d'amplification va fonctionner exactement de la même façon que le premier étage d'amplification et si l'on appelle E le point commun entre les drains de l'amplificateur différentiel, eonstitué par les transistors 14 et 15, et le transistor 81, et F Io point commuin entre les diodes décaleuses 101 et 111, le drain du transistor 121 et la grille du transistor 15, on a de la même façon que précédemment E 114 + 15 E = G14 (VD - VT) + G15 (VF - VT) (4) G14 et G15 étant les transcond,,ctaneq des transistors 14 et 15, VD la tension appliquée sur la grille du transistor d'entrée 14, VF la tension de sortie appliquée sur la grille du transistor 15, VT leur tension de seti l commutne qui est la même pour tous les transistors du circuit inte gré. VD étant fixé par l'équation 2, l'équation 4 fixe la tension VF De même façon que pré.efdemment on obtient l'ampliflcation en petit signaux G A VF = 1 a V = -A2 aVD D'o Az D'o VF = Al A2 VA Les deux étages d'amplification donnent tin gain en décibels qui est la somme des gains en décibels de chaqute étage. Les signaux de sortie au point F du second étage peuvent être amplifiés par un dernier étage de puissance constitué par un transistor 16, qui ptrmet do sortir des signaux utilisables dans des liaisons à 50 Ohms par oxeomple. e eoat tuWJoj U!u twdt las9aTjTIdwusanb[lol xnful8s sap luilqo uo e 'oull Ud 'uoiluaAull uolas.nayealjTldwal T ap, uaAou nu taljlidu bal luawalqaIiaLad Inad uo sanbTioI xnuuâls sal.1a-audeaJ anod: aouelsip apuez aun nnoo.ed ÀIOA1 sdIdu s!lql|jju juos XtnUuls sal alduaxa.zd sanbii.tunu suoisslwsuudl sael uu sanbjloj xneuuls ap inaleo[lî;due luaeaoxo un a.-tno uao sa! suw 'apueq a.Tel ap aouanb,.JJiadRq 01I slina. Ja sal suup 9gilll o.ta Inad inasljtldwu laD g.,eajid uoilsi.Ilod ap lutod a1nal y sanluaujjldtue s.lolssuewl sal iquaeutwu ap la sa.ilnu xnu bui sI sataau sap.aldepp,p Tauued a.,aegutr lTnalT la aonbiloi l!nilaj oalua aouuiue alaD anblâol adl ap s1lnalJl sai suup.aSllPhP> opnllqeq[l uonb sitw nuuooD los ua Isa uwuqos al luop suo!ioas sap anb Isule 'saâTel xnap sap Slalluaa.Jjp sJnalulJlduidwu sol anb slal alie.aull ad,& ap luos inb suoolas sop auop d-audwoa liaap JalOaaliwduIdtule, 56Z9Z REVENDICATIONS 1 - Amplificateur linéaire hyperfréquence à très large bande passante, comportant au moins un transistor à effet de champ (1) dont la grille reçoit un signal d'entrée (Vi), cet amplificateur étant caractérisé en ce que le circuit de polarisation au repos de la grille r1i son transistor d'entrée (1) est constitué par un circuiit logique de type BFL comportant: - un inverserseur formé par un tran.is.tor (7) et sa charge active (8), alimentée à partir d'une première source de tension (VDD) I0 D - un décaleur formé par un tran.si.tor (R) dont la grille est réunie au drain du transistor (7) de l'inverseur, et dont la soruce est réunie à au moins une diode (10) et à un transistor (12) source de courant, le décaleur étant alimenté entre la première source de tension (VDD) et une deuxième source de tension négative (V2), - le signal d'entrée (VI) étant appliqué simultanément sur la grille du transistor (7) de l'inverspur, et sur la grille du transistor (1) d'entrée de l'amplificateur, ladite grille étant en outre réunie au point de sorte du déecleur, commun à la cathode de la diode (10) et au drain du transistor source de courant (12). 2 - Amplificateur linéaire hyperfréquence selon la revendication i comportant- au moins un étage d'amplification dont le transistor d'entrée (1) a sn grille polarisée au repos par un circuit logique de type RBFT, cet amplificateur étant caractérisé en ce que son étage d'amplification comporte: - un amplificateur différentiel formé par ledit transistor d'entrée (1) et par un second transistor (13), leurs sources étant réunies à la masse, et leurs drnins réunis ensemble, - un circuit d'autoadaptation de type BUTI, pour lequel le 12 2623951 transistor d'entrée (1) de l'étage constitue également le transistor d'entrée de l'inverseur (1 + 80), nla sortie (D) du décaleur (90 * 100 * 120) de ce circulit BP1, étant réunie à la grille du second transistor (13) de l'amplificateur différentiel ' et à une charge (14), dont la tension de polarlsation au repos est ainsi autoadaptée, et suit la tension de polarisation de grille du transistor d'entrée (1). 3 - Amplificateur linéaire hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de polarisation au repos (VA) de la grille (lu transistor d'entrée (1) est définie par l'équation IB = G7 (VA - VT) IB étant le courant qui traverse le Iran.sisIor inverseur (7) de transconductance G7, VT étant la tension de seuil commun'e à lou les transistors du circuit. 4 - Amplificateur linéaire hyprfrréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce quo le drcaleur (9 + 10 + 12) dans le circuit de type BFL stabilise IR tension de polarisation au repos (VA) de la grille du trnn.sistor d'entrée (1) à son équilibre. - Amplificateur linéaire hyperfréquence selon la revendication 2, caractérisé en ce qae la tension de polarisation au repos (VD) de la grille du second transistor (13) de l'amplificateur différentiel (1 + 13) est autoadaptée en fonction de la tension de polarisation au repos (VA) de la grille du transistor d'entrée (1) selon l'équation: G1 av G L l VA A i t VA 13 dans laquelle G1 est la transconductance du transistor d'entrée (1) G13 est la transconductance du second trAnsitor (13) de l'amplificateur différentiel (1 + 13) A1 = G1/G13 est le facteur d'amplification. 6 - Amplificateur linéaire hyporfréqiuenre selon la revendication 2, caractérisé en cO quo plusieurs étages d'ampllfication sont cascadables, les tlonsions de polarisation au repos (VA, VD, VF) étant autoadnptées. 7 - Amplificateur linéaire hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications pr.c(cldntos, caractérisé en ce que la bande passante de ses circuits de polnrisation (7 + 8 + 9 + 10 + 12) et d'autoadaptation (80 + 90 + 100 + 120) est la même que celle des circuits d'amplification (1 + 13), tous les transistors de cet amplificateur étant réalisés clans la même technologie. 8 - Amplificateur linéaire hyperfréquenco selon l'une quelconque des revendications précôdonlos, caractérisé en ce qu'il est réalisé en circuit intégré, sur mltériaul rapide de la famille III- V tel que GaAs.