Brevet FR2640445A1 — publié le 19900615

La présente invention concerne un circuit comportant un élément inductif commuté, permettant la commutation d'un élément inductif spiralé afin que celui-ci soit mis en circuit et déconnecté. Des circuits, tels que les oscillateurs commandés en tension, les filtres commutés et en particulier les cir- cuits de déphasage, doivent souvent pouvoir commuter un ou plusieurs éléments inductifs afin qu'ils soient compris ou non dans le circuit. Un circuit de déphasage en hyperfréquences à large bande et à phase constante tel que représenté sur la figure 1, est un exemple d'un tel circuit et comporte un élément inductif commuté. Le circuit, pour assurer le déphasage, est commuté entre des états passe-haut et passe-bas par l'élément inductif commuté, par couplage d'un élément inductif spiralé 2 et d'un transistor à effet de champ MESFET 4, montés en parallèle. A l'état passe-bas, l'élé- ment inductif 2 est en court-circuit avec la masse, grâce à la polarisation du transistor 4 à son état conducteur si bien que l'élément inductif spiralé 2 est commuté hors circuit. A l'état passe-haut, le transistor 4 est polarisé à son état non conducteur si bien que l'élément inductif 2 peut fonctionner normalement. Une réalisation pratique de l'élément inductif spi- ralé 2 et du transistor 4 est représentée sur la figure 2. Le transistor 4 est monté partiellement sur une structure active du type "mesa" de GaAs. Le transistor 4 est couplé à l'élément inductif spiralé 2 par une ligne 4 de trans- mission. En outre, les figures 3a et 3b représentent deux exemples de schémas de circuit de l'élément inductif 2 et du transistor 4 représentés sur la figure 2. Le circuit de la figure 3a représente l'état passe-haut lorsque le tran- sistor 4 est polarisé à son état non conducteur et la figu- re 3b représente l'état passe-bas dans lequel le transistor 4 est polarisé à l'état conducteur. Dans les deux états, l'élément inductif commuté souffre des capacités parasites dues aux capacités source-drain Cds, drain-masse Cd et de l'élément spiralé C1. Lorsque l'élément inductif commuté travaille en hyperfréquences, ces capacités parasites peu- vent être de l'ordre de quelques ohms. En conséquence, ces capacités parasites, qui sont montées en parallèle avec l'élément inductif 2, peuvent réduire la fréquence fonda- mentale de résonance de l'élément inductif 2 et en consé- quence peuvent provoquer une détérioration des performances à plus haute fréquence de l'élément inductif commuté. En outre, l'élément inductif commuté souffre des signaux- parasites dus aux discontinuités aux jonctions entre le transistor 4 et l'élément 2, aux pertes dues à la longueur de la ligne et aux interconnexions. En conséquence, l'invention concerne un circuit comprenant un élément inductif commuté ne présentant pas les inconvénients précédents. L'invention concerne un circuit qui comporte un élément inductif commuté destiné à commuter un élément inductif spiralé afin qu'il soit en circuit ou non, compre- nant l'élément inductif spiralé qui est couplé électrique- ment en parallèle avec un transistor à effet de champ MESFET, l'élément inductif spiralé ayant un certain nombre de spires, chaque spire ayant un certain nombre de sec- tions, le transistor MESFET ayant un certain nombre de grilles, chaque grille étant montée sur une structure acti- ve de type "mesa", une grille au moins et une section au moins d'au moins une spire de l'élément inductif spiralé étant montées à proximité sur la structure active mesa. De préférence, l'élément inductif spiralé comporte au moins deux spires, une grille au moins étant placée entre deux sections de spires adjacentes de l'élément inductif spira- lé, la grille et les deux sections étant montées sur la structure mesa active. Dans une variante, le circuit peut comporter deux transistors à effet de champ MESFET, l'élé- ment inductif spiralé ayant un nombre impair de spires. Il est avantageux qu'une section respective d'au moins une spire de l'élément inductif spiralé soit associée à chaque grille, les sections étant montées les unes près des autres sur la structure active mesa. La position rela- tive de chaque grille par rapport à au moins une section peut alors permettre à l'élément inductif spiralé d'avoir une inductance variant par paliers. En outre, le circuit peut comporter un dispositif de mise à la masse de l'élément inductif spiralé, pouvant comporter une ligne de transmission couplée électriquement à une plage de liaisons de masse, cette plage étant en communication électrique avec un potentiel de masse, ou il peut comporter un trou de passage qui est communication électrique avec un potentiel de masse. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels, les figures 1 à 3b ayant déjà été décrites: la figure 1 représente un schéma d'un circuit de d6phasage de la technique antérieure; la figure 2 est un schéma à l'échelle d'un élément inductif et d'un transistor MESFET de la technique anté- rieure; les figures 3a et 3b sont de schémas du circuit de l'élément inductif et du transistor de la figure 2; la figure 4 est un schéma à la même échelle que la figure 2 représentant l'élément inductif commuté dans un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 5 est un schéma agrandi du mode de réali- sation préféré représenté sur la figure 4; les figures 6a et 6b sont deux schémas du circuit de l'élément inductif commuté dans le mode de réalisation préféré; la figure 7 est un schéma d'un premier mode de réa- lisation de l'invention; la figure 8 est un schéma de l'élément inductif commuté d'un second mode de réalisation; et la figure 9 est un schéma d'un élément inductif commuté d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Il faut noter que les éléments de la technique anté- rieure et de l'invention qui sont analogues portent des références identiques sur les dessins annexés. On se réfère aux figures 4 et 5; le mode de réali- sation préféré de l'invention comporte un élément inductif spiralé 2 et un transistor à effet de champ MESFET 4, cou- plés en parallèle afin qu'ils forment un élément inductif commuté. Le transistor 4 a deux grilles 6, chacune étant montée sur une structure active mesa 8 de GaAs. La structure active mesa 8 de GaAs est une structure mesa convenablement dopée formée sur un substrat de GaAs (non représenté). Les techniques utilisées pour la forma- tion de la structure active mesa 8 et pour le montage des grilles 6 sur la structure active 8 sont connues dans la technique et on ne les décrit donc pas dans la suite. L'é- lément inductif spiralé 2 a deux spires 12 délimitant cha- cune quatre sections. L'élément inductif spiralé 2 est couplé à une source 10 et est monté partiellement sur le substrat. L'élément inductif commuté est tel que les grilles-6 du transistor 4 sont placées entre les sections adjacentes 12 de l'élément inductif spiralé 2. Cependant, ces sections 12 entre lesquelles sont placées les grilles 6 sont aussi montées sur la structure active mesa 8 de GaAs. Cette com- binaison du transistor 4 et de l'élément inductif spiralé 2 permet un couplage en parallèle, avec réduction considéra- ble de la surface de la structure mesa, observée par compa- raison des figures 2 et 4. L'élément inductif commuté permet la commutation de l'élément inductif spiralé 2 afin qu'il soit mis en circuit et hors circuit par rapport au circuit (non représenté) auquel il est couplé, de la manière suivante. Lorsqu'une polarisation négative est appliquée aux grilles 6, par un organe 14 de commande en courant continu, la structure active mesa 8 de GaAs s'épuise en porteurs si bien que les sections 12 sont isolées en fait les unes des autres. La conduction peut alors être réalisée par l'inter- médiaire de la métallisation normale des spires 12 et l'élément inductif commuté permet le fonctionnement normal de l'élément inductif spiralé 2. Lorsqu'une polarisation nulle est appliquée par le dispositif 14 de commande en courant continu aux grilles 6, la structure active mesa 8 conduit. Ainsi, les spires 12 forment des courts-circuits directement reliés au centre de la spirale, et l'élément inductif spiralé 2 est commuté hors circuit. La figure 6a représente l'élément inductif commuté décrit précédemment, dans lequel l'élément inductif spiralé est commuté dans le circuit, alors que la figure 6b repré- sente l'élément inductif commuté lorsque l'élément inductif spiralé n'est pas en circuit. La comparaison des figures 6a, 6b avec les figures 3a, 3b montre que les signaux para- sites dus aux capacités source-drain et drain-masse sont évités. En outre, l'élément inductif commuté ne nécessite pas une ligne de transmission 5 (représentée sur la figure 2) et supprime les incertitudes dues aux discontinuités aux jonctions entre le transistor 4 et la ligne 5 de transmis- sion et entre la ligne 5 de transmission et l'élément in- ductif spiralé 2. L'exemple' de circuit d'élément inductif commuté, lorsque le transistor 4 est à son état non conducteur (voir figure 6) est presque identique au modèle de circuit ne comprenant que l'élément inductif spiralé 2. Cependant, le signal parasite dû à la capacité parasite C2 est nettement supérieur à la capacité propre C1 de l'élément inductif spiralé 2 seul. Ceci est dû à la présence des grilles 6 et de la structure active mesa 8 entre les sections 12. Néan- moins, la capacité parasite C2 de l'élément inductif commu- té est encore inférieure à la capacité parasite du circuit de la technique antérieure. En outre, il reste la résistance R de l'élément inductif spiralé 2 et la résistance Ron observée lorsque le transistor est à l'état conducteur, ces résistances contri- buant aussi au mauvais rendement du circuit. L'élément inductif spiralé 2 du mode de réalisation préféré est couplé à un plan de masse (non représenté) par une ligne 16 de transmission de masse. Cette ligne 16 est couplée au plan de masse par une plage 20 de liaison à la masse qui est normalement placée au bord d'une pastille (non représentée). Cependant, dans un premier mode de réa- lisation de l'invention tel que représenté sur la figure 7, l'élément inductif spiralé 2 est couplé au plan de masse par un trou débouchant 18. La ligne 16 de transmission et la plage 20 de liaison de masse sont donc superflues si bien que la capacité de l'élément inductif C2 est réduite. En outre, ceci permet une économie plus grande de surface de la structure mesa de GaAs, sans qu'il soit nécessaire que l'élément inductif commuté soit placé au bord de la pastille. Dans un second mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 8, le nombre de spires 12 de l'é- lément inductif spiralé 2 est impair. En conséquence, deux transistors à effet de champ MESFET 4 sont utilisés de part et d'autre de l'élément inductif spiralé 2 afin qu'ils permettent une mise parfaite en court-circuit lorsque l'é- lément spiralé 2 est commuté hors du circuit. Dans un troisième mode de réalisation représenté sur la figure 9, l'élément inductif spiralé 2 a un nombre pair de spires 12, si bien qu'un court-circuit efficace peut étre obtenu lorsqu'un seul transistor 4, disposé comme représenté sur la figure 9 ou comme représenté sur la figu- re 5, est utilisé. - Les éléments inductifs commutés représentés sur les figures 8 et 9 comprennent un ou deux transistors & effet de champ MESFET 4 ayant plusieurs grilles 6. Chaque grille 6 est placée entre des spires adjacentes 12 de l'élément inductif spiralé 2, si bien que les grilles séparées 6 peuvent être polarisées afin qu'elles soient isolées mu- tuellement. Ceci permet la commutation de nombres diffé- rents de spires 12 dans le circuit ou hors circuit si bien que l'inductance de l'élément inductif spiralé 2 peut va- rier par paliers. Ce type d'élément inductif commuté s'ap- plique en particulier à des circuits tels que les oscilla- teurs commandés en tension et les filtres commandés en tension. Dans les modes de réalisation décrits précédemment, l'expression "élément inductif commuté" désigne un élément inductif spiralé couplé en parallèle avec un transistor à effet de champ MESFET. 2640445S REVENDICATIONS 1. Circuit du type qui comporte un élément inductif commuté destiné à commuter un élément inductif spiralé afin qu'il soit en circuit ou hors circuit, caractérisé en ce qu'il comprend l'élément inductif spiralé (2) qui est cou- plé électriquement en parallèle avec un transistor à effet de champ MESFET (4), l'élément inductif spiralé ayant un certain nombre de spires (12), chaque spire formant un certain nombre de sections, et le transistor MESFET (4) ayant un nombre pair de grilles (6), chaque grille étant montée sur une structure active mesa, une grille au moins et une section au moins d'une spire au moins de l'élément inductif spiralé étant montées à proximité mutuelle sur la structure active mesa. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément inductif spiralé (2) comporte au moins deux spires (12), une grille au moins (6) étant placée entre deux sections de spires adjacentes de l'élément in- ductif spiralé, la grille et les deux sections étant mon- tées sur la structure active mesa. 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux transistors à effet de champ MESFET (4), avec l'élément inductif spiralé (2) qui a un nombre impair de spires. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour chaque grille (6), une section respective d'au moins une spire (12) de l'élé- ment inductif spiralé est montée à proximité de la grille sur la structure active mesa. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que la position relative de chaque grille (6) et d'au moins une section permet à l'élément inductif spiralé d'avoir une inductance variant par paliers. 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en-outre une source d'énergie couplée électriquement au transistor a effet de champ MESFET (4). 7. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une source de fréquence couplée électriquement & l'élément inductif spiralé (2). 8. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif destiné à mettre àla masse l'élément inductif spiralé (2) et le dispositif couplé à l'élément inductif spiralé. 9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif destiné à mettre à la masse l'élément inductif spiralé (2) comporte une ligne de transmission (16) couplée êlectriquement à une plage (20) de liaison de masse, cette plage étant en liaison électrique avec un potentiel de masse. 10. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de mise à la masse de l'élément induc- tif spiralé (2) comporte un trou débouchant (18) qui commu- nique électriquement avec un potentiel de masse. 11. Circuit selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il est partielle- ment monté sur un substrat de GaAs.