Brevet FR2981753A1 — publié le 20130426

B11270 - 11-GR3-0561 1 DISPOSITIF À IMPÉDANCE VARIABLE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif à impédance variable, et en particulier un dispositif à impédance variable comprenant un dispositif d'accord d'impédance passif. ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION On utilise des dispositifs à impédance variable dans diverses applications. Par exemple, ils peuvent être utilisés dans l'instrumentation radiofréquence (RF), pour tester certains dispositifs tels que des transistors dans une plage de condi- tions de charge, et fournir ainsi une caractérisation des dispositifs. De tels dispositifs à impédance variable sont en général des dispositifs hors-puce comportant un réseau d'accord passif comprenant des composants tels que des condensateurs variables, des inductances variables et des résistances variables afin de réaliser une impédance variable. Certaines applications comme des applications WLAN à 60 GHz (réseaux locaux sans fil), HDMI sans fil (interface multimédia à haute définition), USB sans fil (bus série universel) et des radars d'automobiles à 77 GHz, nécessitent des dispositifs actifs capables de hautes performances à des fréquences relativement élevées de 60 GHz ou supérieures. B11270 - 11-GR3-0561 2 Cependant, un inconvénient des dispositifs à impédance variable existants est qu'ils ont tendance à être relativement coûteux et/ou qu'ils ne sont pas adaptés à de telles plages de fréquences élevées. RÉSUMÉ Un objet de modes de réalisation de la présente invention est de résoudre au moins partiellement un ou plusieurs problèmes de l'art antérieur. Selon un aspect, on prévoit un dispositif à impédance variable comprenant : un dispositif d'accord passif comprenant au moins un composant variable contrôlable pour appliquer une valeur d'impédance variable à un signal d'entrée du dispositif d'accord passif ; et un amplificateur à faible bruit, LNA, adapté à fournir le signal d'entrée au dispositif d'accord passif en amplifiant un signal d'entrée RF (radiofréquence). Selon un mode de réalisation, le LNA comprend : un transistor ayant une borne de grille couplée pour recevoir le signal d'entrée RF, et des premières et des deuxièmes bornes de conduction, la première borne de conduction étant couplée à un 20 noeud de sortie du LNA ; et un élément inductif couplé entre la deuxième borne de conduction du transistor et un noeud de masse. Selon un autre mode de réalisation, l'élément inductif est formé par un guide d'onde. Selon un autre mode de réalisation, l'élément inductif 25 est une inductance de dégradation. Selon un autre mode de réalisation, le LNA comprend en outre un premier circuit d'adaptation d'impédance couplé entre un noeud d'entrée du LNA et la borne de grille du transistor, et un deuxième circuit d'adaptation d'impédance couplé entre la 30 première borne de conduction du transistor et le noeud de sortie. Selon un autre mode de réalisation, le premier circuit d'adaptation d'impédance comprend un premier guide d'onde couplé entre le noeud d'entrée et un noeud intermédiaire, et un B11270 - 11-GR3-0561 3 deuxième guide d'onde couplé entre le noeud intermédiaire et un noeud de masse. Selon un autre mode de réalisation, ledit au moins un composant variable comprend : une résistance variable ; ou un 5 condensateur variable ; ou une inductance variable ; ou l'une quelconque de leurs combinaisons. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif à impédance variable comprend en outre un bloc de commande adapté à contrôler ledit au moins un composant variable sur la base 10 d'un signal de sélection indiquant une valeur d'impédance de sortie à programmer. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif d'accord passif comprend une résistance variable, un condensateur variable et une inductance fixe. 15 Selon un autre aspect, on prévoit un circuit intégré comprenant : le dispositif à impédance variable susmentionné ; un dispositif soumis à un test couplé à une sortie du dispositif à impédance variable ; et un bloc d'extraction de bruit couplé pour recevoir un signal de sortie du dispositif soumis à un test 20 et agencé pour détellidner la caractéristique de bruit et/ou le facteur de bruit du dispositif soumis à un test. Selon un mode de réalisation, le circuit intégré comprend le dispositif à impédance variable susmentionné, dans lequel le bloc d'extraction de bruit est en outre adapté à 25 générer le signal de sélection. Selon un autre aspect, on prévoit une sonde RF comprenant le dispositif à impédance variable susmentionné. Selon un autre aspect, on prévoit un système pour la caractérisation de dispositifs, comprenant : un circuit intégré 30 comprenant un dispositif soumis à un test ; la sonde RF susmentionnée, adaptée à être couplée au circuit intégré pour fournir le signal d'entrée RF avec la pluralité de valeurs d'impédance à au moins une entrée du dispositif soumis à un test ; et une autre sonde RF adaptée à être couplée au circuit B11270 - 11-GR3-0561 4 intégré pour recevoir un signal de sortie provenant du dispositif soumis à un test. Selon un mode de réalisation, le système comprend en outre un circuit d'extraction de bruit couplé à l'autre sonde RF et adapté à déterminer, sur la base du signal de sortie, la caractéristique de bruit et/ou le facteur de bruit du dispositif soumis à un test. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Les objets, caractéristiques, aspects et avantages susmentionnés de l'invention, et d'autres, apparaîtront clairement à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation, donnée à titre d'illustration et non de limitation, en faisant référence aux dessins joints, dans lesquels : la figure 1 illustre un dispositif à impédance 15 variable selon un mode de réalisation ; la figure 2 illustre un exemple de résistance variable d'un dispositif d'accord passif du dispositif de la figure 1 ; la figure 3 illustre un exemple de condensateur variable du dispositif d'accord passif de la figure 1 ; 20 la figure 4 illustre plus en détail le dispositif d'accord passif de la figure 1 selon un mode de réalisation ; la figure 5 illustre un amplificateur à faible bruit de la figure 1 selon un exemple ; la figure 6 illustre plus en détail l'amplificateur à 25 faible bruit de la figure 5 selon un exemple ; la figure 7 illustre un circuit intégré comprenant un dispositif d'accord à impédance variable selon un mode de réalisation ; et la figure 8 illustre un système de test comprenant des 30 sondes RF (radiofréquence) à impédance variable. DESCRIPTION DÉTKUirtE DES MODES DE REALISATION DE LA PRÉSENTE INVENTION Dans la description qui suit, certains composants sont décrits comme étant des "guides d'onde". Comme cela apparaîtra clairement à l'homme de l'art, les guides d'onde décrits ici 35 sont adaptés à la transmission de signaux électromagnétiques RF, B11270 - 11-GR3-0561 et ont par exemple une valeur d'impédance caractéristique déterminée par leurs dimensions. Des exemples de types de guides d'onde comprennent des lignes de transmission et des micro-bandes. D'autres dispositifs décrits comme étant des résis- 5 tances, des condensateurs et/ou des inductances, peuvent être considérés comme des composants localisés adaptés pour réaliser la fonction correspondante. En outre, dans la description qui suit, le terme "couplé" est utilisé de façon générale pour couvrir à la fois une connexion directe entre deux éléments et une connexion entre deux éléments par l'intermédiaire d'un autre composant, tel qu'un transistor, une résistance, un condensateur, un guide d'onde ou similaire. La figure 1 illustre un circuit intégré 100 comprenant 15 un dispositif à impédance variable 101. Le dispositif à impédance variable 101 comprend un noeud d'entrée 102 recevant un signal d'entrée RF (radiofréquence) RFin, ayant par exemple une fréquence comprise entre 60 et 110 GHz, bien que des signaux de fréquences supérieures ou 20 inférieures puissent être fournis. Une impédance d'entrée Zin détermine. l'impédance d'entrée du noeud d'entrée 102, celle-ci étant par exemple de 50 ohms, bien que d'autres valeurs soient possibles. Le noeud d'entrée 102 est couplé à un dispositif 25 d'accord passif 104, par l'intermédiaire d'un amplificateur à faible bruit (LNA) 106. Dans l'exemple de la figure 1, le dispositif d'accord passif 104 comprend un noeud d'entrée 107 couplé à une résistance variable 112, un condensateur variable 114 et une inductance 116 fixe, tous couplés en série. Plus 30 généralement, le dispositif d'accord passif comprend par exemple un ou plusieurs composants variables comme des résistances variables, des condensateurs variables et/ou des inductances variables, pour assurer une impédance variable. Les composants variables du dispositif d'accord passif 35 104 sont contrôlés par un ou plusieurs signaux de commande B11270 - 11-GR3-0561 6 fournis par un bloc de commande (CTRL) 108, qui génère les signaux de commande sur la base d'un signal de sélection S sur une ligne d'entrée 110. Par exemple, le signal de sélection S est un signal numérique indiquant une impédance souhaitée du dispositif d'accord, de la forme a+jb, où a et b sont les parties réelle et imaginaire de l'impédance de sortie du dispositif d'accord, respectivement. Une ligne de sortie 118 du dispositif d'accord passif 104 fournit un signal de sortie RFout, qui peut par exemple être utilisé pour tester ou piloter un bloc de circuit 120, comme cela va être expliqué plus en détail ci-après. Une sortie du bloc de circuit 120 est couplée à la masse par l'intermédiaire d'une impédance Zout, qui représente l'impédance de sortie du bloc de circuit 120, qui est par exemple la même que l'impédance d'entrée Zin du noeud d'entrée 102, ou une valeur différente. Ainsi, le dispositif à impédance variable 101 permet d'appliquer une plage d'impédances d'entrée au niveau de l'entrée du bloc de circuit 120. Par exemple, cela permet au bloc de circuit 120 d'être testé sur une plage d'impédances d'entrée relativement grande. La figure 2 illustre plus en détail la résistance variable 112 de la figure 1, selon un exemple. Un noeud d'entrée 202 de la résistance variable 112 est couplé à un noeud intermédiaire 204 par l'intermédiaire d'un guide d'onde 206, et le noeud 204 est lui-même couplé à un noeud de sortie 208 de la résistance variable 112 par l'intermédiaire d'un autre guide d'onde 210. Le noeud intermédiaire 204 est aussi couplé à un noeud de masse par l'intermédiaire d'un guide d'onde 212 et d'un transistor MOS à canal N 214 connectés en série. Le noeud de grille du transistor 214 est contrôlé par une tension de commande V g. En fonctionnement, les guides d'onde 206, 210 et 212, qui sont par exemple mis en oeuvre par des lignes de transmission, ont des largeurs choisies pour assurer des 35 résistances appropriées, et le niveau de la tension de commande B11270 - 11-GR3-0561 7 Vg, par exemple dans une plage de -1,5 à 1,5 V, détermine la résistance équivalente du dispositif. A titre de variante, dans certaines applications, la résistance variable pourrait être mise en oeuvre par un réseau de résistances ayant une pluralité de branches résistives, chaque branche étant activée par un commutateur correspondant, comme cela sera clair pour l'homme de l'art. La figure 3 illustre plus en détail le condensateur variable 114 de la figure 1, selon un exemple dans lequel le 10 condensateur est une capacité à réglage numérique (DTC). Le condensateur variable 114 comprend un noeud d'entrée 302 couplé à une ligne 304. Quatre condensateurs 305 à 308 formés dans des branches respectives ont chacun une de leurs bornes couplée à la ligne 304, et l'autre borne couplée à la 15 masse par l'intermédiaire de transistors correspondants 315 à 318, respectivement. Les condensateurs 305 à 308 sont par exemple des condensateurs MOM (métal oxyde métal), bien qu'on puisse utiliser d'autres types de condensateurs. Les transistors 315 à 318 sont respectivement commandés 20 au niveau de leurs noeuds de grille par des tensions de commande Vci à Vc4, qui sont utilisées pour activer ou désactiver la branche de condensateur correspondante. Ainsi, les tensions de conuande Vcl à Vc4 peuvent être utilisées pour activer une, deux, trois ou les quatre branches de condensateurs, amenant la 25 ligne 304 à avoir une capacité égale à la valeur d'un seul des condensateurs, ou de la somme de deux, trois ou quatre des condensateurs. Les capacités de chacun des condensateurs 315 à 318 peuvent être identiques, ou chaque condensateur peut avoir une capacité différente, ce qui permet d'obtenir une plus grande 30 plage de valeurs de capacité. Naturellement, le nombre de branches de condensateur couplées à la ligne 304 pourrait être différent, quatre branches n'étant qu'un exemple. B11270 - 11-GR3-0561 8 La figure 4 illustre plus en détail le dispositif d'accord passif 104 de la figure 1, selon un exemple particulier. Le noeud d'entrée 107 reçoit un signal d'entrée RFinT, qui correspond au signal d'entrée RFin après amplification par le LNA 106. Le noeud d'entrée 107 est couplé à la résistance variable 112 de la figure 2, dont la sortie est couplée à un noeud 402. Le noeud 402 est lui-même couplé à un noeud 404 par l'intermédiaire d'un condensateur 406. Le noeud 404 est couplé au condensateur variable 114 de la figure 3, qui dans cet exemple comprend un guide d'onde 408 couplé entre le noeud d'entrée 302 et un noeud 410 connecté aux condensateurs 305, 307, et un guide d'onde 412 couplé entre le noeud 410 et un noeud 414 connecté aux condensateurs 306, 308. Le noeud 404 est aussi couplé à un noeud 416 par l'intermédiaire d'un condensateur 410. Les condensateurs 406 et 410 forment par exemple des capacités de transmission. Le noeud 416 est couplé à une tension de polarisation Vbias par l'intermédiaire d'une résistance 418 qui a une valeur de résistance relativement élevée. Le noeud 416 est en outre couplé au noeud de sortie 118 par l'intermédiaire de l'inductance fixe 116, qui est par exemple mise en oeuvre par une microbande ou un élément d'inductance. En fonctionnement, les tensions de commande Vcl à Vc4 et Vg sont appliquées pour sélectionner une impédance de sortie 25 souhaitée du dispositif d'accord passif 104. La figure 5 illustre schématiquement les composants principaux de l'amplificateur à faible bruit 106 de la figure 1 selon un exemple. Le noeud d'entrée 102 est par exemple couplé par un 30 bloc de circuit 502 au noeud de grille d'un transistor à canal N 504. Le transistor 504 est couplé par l'intermédiaire d'un élément inductif 506 à la masse, et par l'intermédiaire d'un bloc de circuit 508 à la tension d'alimentation VDD. Une sortie du bloc de circuit 508 est couplée au noeud d'entrée 107 du 35 dispositif d'accord passif 104, et fournit le signal RF RFinT. B11270 - 11-GR3-0561 9 Les blocs de circuit 502 et 508 assurent par exemple une adaptation d'impédance des bornes d'entrée et de sortie 102, 107, respectivement, du LNA. L'élément inductif 506 est par exemple une inductance de dégradation qui assure une adaptation d'impédance additionnelle du noeud d'entrée 102 ainsi qu'une adaptation de bande de fréquence améliorée, comme cela va être décrit plus en détail en référence à la figure 6. La figure 6 illustre plus en détail le LNA de la figure 5, selon un exemple. Le bloc de circuit 502 comprend par exemple un guide d'onde 602 couplé entre le noeud d'entrée 102 et un noeud intermédiaire 604, et un condensateur 606 couplé entre le noeud 604 et le noeud de grille du transistor 504. Le noeud 604 est en outre couplé, par l'intermédiaire d'un guide d'onde 608, à la masse. Le noeud de grille du transistor 504 est aussi couplé à une tension d'alimentation VBB par l'intermédiaire d'une résistance 610. L'élément inductif 506 comprend par exemple un guide d'onde 612, qui est adapté pour jouer le rôle d'une inductance 20 de dégradation, et est par exemple mis en oeuvre par une microbande. Par exemple, l'inductance du guide d'onde 612 est dans la plage de 1 à 10 pH, bien que d'autres valeurs soient possibles en fonction de l'impédance d'entrée souhaitée pour le noeud d'entrée 102. Une telle inductance de dégradation a ten- 25 dance à étendre l'adaptation de bande de fréquence du LNA. Le bloc de circuit 508 comprend un guide d'onde 614 et un condensateur 616 couplés en série entre la borne de drain du transistor 504 et le noeud 107. La borne de drain du transistor 504 est aussi couplée par l'intermédiaire d'un guide d'onde 618 30 à une tension d'alimentation VCC. Les tensions VBB et Vcc sont des tensions de polarisation pour polariser les noeuds du transistor 504. Un condensateur 620 est par exemple couplé entre Vcc et la masse, et a par exemple une capacité de 500 fF ou plus, afin d'assurer un découplage RF/DC. B11270 - 11-GR3-0561 10 La figure 7 illustre un exemple d'application du dispositif à impédance variable 101 de la figure 1. Un circuit intégré 700 comprend le dispositif à impédance variable (VID) 101 ayant son noeud d'entrée 102 qui reçoit le signal RF 5 d'entrée RFin, et produisant au niveau de sa ligne de sortie 118 le signal RF de sortie RFout- Dans cet exemple, le bloc de circuit 120 est un dispositif soumis à un test comprenant un transistor à canal N 702, dont le noeud de grille est couplé à la ligne 118. Le transistor 702 est polarisé par une tension 10 d'alimentation VDD. Un bloc d'extraction de bruit (NE) 704 reçoit le signal RF de sortie RFoutT provenant du dispositif 120 soumis à un test, et fournit un signal de commande S au dispositif à impédance variable 101 pour programmer sa valeur d'impédance. Le 15 bloc d'extraction de bruit 704 mesure par exemple, pour une fréquence donnée, au moins la caractéristique de bruit (NF) et/ou le facteur de bruit (F) associés au transistor 702 en fonction de l'impédance de sortie du dispositif à impédance variable 101. Par exemple, trois méthodes de mesure de la 20 caractéristique de bruit ou du facteur de bruit, connues sous les noms de "Procédé de gain", "Procédé du facteur Y" et "Procédé de mesure de caractéristique de bruit", sont décrits plus en détail dans la publication intitulée "Three methods of Noise Figure Measurement", 21 Novembre 2003, référencé "Application 25 note 2875", disponible par exemple en ligne à l'adresse http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/2875. La figure 8 illustre un autre exemple d'application du dispositif à impédance variable 101 de la figure 1. Un système 800 comprend un dispositif soumis à un test (DUT) 802, qui est 30 sur un circuit intégré et comprend par exemple un ou plusieurs composants à tester. Une sonde RF (RF PROBE) 804 est un dispositif séparé du dispositif 802 soumis à un test, et comprend le dispositif à impédance variable (VID) 101, et un certain nombre de broches de test 806, dans cet exemple trois, 35 qui sont adaptées à être couplées à des plots de connexion B11270 - 11-GR3-0561 11 d'entrée 808 correspondants du circuit intégré 802. Une autre sonde RF (RF PROBE) 810 surveille la sortie du dispositif 802 soumis au test, et comprend un bloc d'extraction de bruit (NE) 812. En particulier, la sonde RF 810 comprend des broches de test 814 adaptées à être couplées à des plots 816 correspondants du dispositif 802 soumis au test. En fonctionnement, le bloc d'extraction de bruit 812 mesure par exemple, sur la base d'un signal de sortie du dispositif soumis au test, au moins la caractéristique de bruit (NF) 10 et/ou le facteur de bruit (F) du dispositif 802 soumis au test. Un avantage des modes de réalisation décrits ici est que, en prévoyant un amplificateur à faible bruit à l'entrée d'un dispositif d'accord passif d'un dispositif à impédance variable, le dispositif peut avoir des performances élevées dans 15 une grande plage de fréquences relativement élevées, et en particulier, à des fréquences comprises entre 60 GHz et 110 GHz. Avec la description ainsi faite d'un mode de réalisation illustratif, diverses altérations, modifications et améliorations apparaîtront facilement à l'homme de l'art. 20 Par exemple, il sera clair pour l'homme de l'art que les transistors MOS à canal N décrits ici pourraient être remplacés par des dispositifs à canal P, ou par des transistors formés en utilisant d'autres technologies comme des technologies bipolaires ou HBT (transistor bipolaire à hétérojonction). 25 En outre, les diverses fonctionnalités décrites ici pourraient être combinées dans des variantes de réalisation selon des combinaisons quelconques. De telles altérations, modifications et améliorations sont considérées comme étant dans le domaine de l'invention. En 30 conséquence, la description précédente est donnée uniquement à titre d'exemple et n'est pas destinée à être limitative. L'invention n'est limitée que par les revendications jointes et leurs équivalents. REVENDICATIONS1. Dispositif à impédance variable, comprenant : un dispositif d'accord passif (101) comprenant au moins un composant variable (112, 114) contrôlable pour appliquer une valeur d'impédance variable à un signal d'entrée (RFin,) du dispositif d'accord passif ; et un amplificateur à faible bruit, LNA, (106) adapté à fournir le signal d'entrée au dispositif d'accord passif en amplifiant un signal d'entrée radiofréquence, RF. 2. Dispositif à impédance variable selon la revendi10 cation 1, dans lequel le LNA comprend : un transistor (504) ayant une borne de grille couplée pour recevoir le signal d'entrée RF, et des premières et des deuxièmes bornes de conduction, la première borne de conduction étant couplée à un noeud de sortie (107) du LNA ; et 15 un élément inductif (506) couplé entre la deuxième borne de conduction du transistor et un noeud de masse. 3. Dispositif à impédance variable selon la revendication 2, dans lequel l'élément inductif est formé par un guide d'onde (612). 20 4. Dispositif à impédance variable selon la revendi- cation 2, dans lequel l'élément inductif est une inductance de dégradation. 5. Dispositif à impédance variable selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le LNA comprend en 25 outre un premier circuit d'adaptation d'impédance (502) couplé entre un noeud d'entrée (102) du LNA et la borne de grille du transistor, et un deuxième circuit d'adaptation d'impédance (508) couplé entre la première borne de conduction du transistor et le noeud de sortie. 30 6. Dispositif à impédance variable selon la revendica- tion 4, dans lequel le premier circuit d'adaptation d'impédance (502) comprend un premier guide d'onde (602) couplé entre le noeud d'entrée (102) et un noeud intermédiaire (604), et unB11270 - 11-GR3-0561 13 deuxième guide d'onde (608) couplé entre le noeud intermédiaire et un noeud de masse. 7. Dispositif à impédance variable selon l'une quel- conque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit au moins un composant variable comprend : une résistance variable ; ou un condensateur variable ; ou une inductance variable ; ou l'une quelconque de leurs combinaisons. 8. Dispositif à impédance variable selon l'une quel- conque des revendications 1 à 7, comprenant en outre un bloc de conEande (108) adapté à contrôler ledit au moins un composant variable sur la base d'un signal de sélection (S) indiquant une valeur d'impédance de sortie à programmer. 9. Dispositif à impédance variable selon l'une quel- conque des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif d'accord passif comprend une résistance variable (112), un condensateur variable (114) et une inductance (116) fixe. 10. Circuit intégré comprenant : le dispositif à impédance variable selon l'une quel- conque des revendications 1 à 9 ; un dispositif (120) soumis à un test couplé à une sortie (118) du dispositif à impédance variable ; et un bloc d'extraction de bruit couplé pour recevoir un 25 signal de sortie du dispositif soumis à un test et agencé pour déterminer la caractéristique de bruit (NF) et/ou le facteur de bruit (F) du dispositif soumis à un test. 11. Circuit intégré selon la revendication 10, comprenant le dispositif à impédance variable de la revendication 8, 30 dans lequel le bloc d'extraction de bruit est en outre adapté à générer le signal de sélection. 12. Sonde RF comprenant le dispositif à impédance variable de l'une quelconque des revendications 1 à 9. 13. Système pour la caractérisation de dispositifs, 35 comprenant :B11270 - 11-GR3-0561 14 un circuit intégré comprenant un dispositif (802) soumis à un test; la sonde RF (804) de la revendication 12, adaptée à être couplée au circuit intégré pour fournir le signal d'entrée 5 RF avec la pluralité de valeurs d'impédance à au moins une entrée du dispositif soumis à un test ; et une autre sonde RF (810) adaptée à être couplée au circuit intégré pour recevoir un signal de sortie provenant du dispositif soumis à un test. 10 14. Système selon la revendication 13, comprenant en outre un circuit d'extraction de bruit (812) couplé à l'autre sonde RF et adapté à déterminer, sur la base du signal de sortie, la caractéristique de bruit (NF) et/ou le facteur de bruit (F) du dispositif soumis à un test.