Brevet FR3126826A1 — publié le 20230310

BOBINE D’INDUCTANCE D’ARRÊT RÉPARTIE À HAUTE PUISSANCE ET À LARGE BANDE POUR AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE RÉPARTIS L'invention concerne une bobine d’inductance d’arrêt à large bande utilisée dans un circuit de polarisation pour des amplificateurs répartis à haute puissance à large bande. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 8 BOBINE D’INDUCTANCE D’ARRÊT RÉPARTIE À HAUTE PUISSANCE ET À LARGE BANDE POUR AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE RÉPARTIS L'invention concerne une bobine d’inductance d’arrêt utilisée dans un circuit de polarisation pour des amplificateurs à haute puissance répartis à large bande, permettant une amélioration de la bande passante. Les produits à large bande d'aujourd'hui utilisent des technologies à faible longueur de grille. Certains produits à large bande utilisent des structures avec différentes topologies de transistors (cascode, transistors à effet de champ (TEC) empilés). Les technologies à faible longueur de grille sont difficiles à utiliser et coûteuses à fabriquer. Afin d'utiliser des structures avec différentes topologies de transistors dans des conceptions connexes, des modèles avec des fréquences élevées, une grande précision et différentes structures (source commune, grille commune) sont nécessaires. Dans les conceptions d'amplificateurs de puissance répartis, le circuit de polarisation consistant en une bobine d’inductance d’arrêt et en un condensateur de découplage est mis en œuvre sur puce. Dans les conceptions visant une puissance élevée avec un rendement élevé en large bande, le circuit de polarisation sur puce est préféré pour réduire les capacités parasites et les pertes. La bobine d'inductance dans le circuit de polarisation a un effet direct sur les performances et la bande passante du circuit. La valeur optimale de la bobine d’inductance est très importante pour des amplificateurs de puissance à large bande. La largeur de ligne de la bobine d’inductance doit être suffisamment large pour supporter le courant de drain de crête et, en même temps, elle doit avoir une valeur d'inductance qui peut bloquer une transmission RF (radiofréquence) à haute fréquence avec de faibles pertes. La valeur de la bobine d’inductance doit avoir une réactance élevée à basse fréquence pour empêcher suffisamment une transmission RF et une faible capacité parasite de shunt pour diminuer les pertes à haute fréquence. Bien que la technologie d'aujourd'hui permette d'atteindre des fréquences plus élevées en termes de puissance et de gain, une bobine d’inductance d’arrêt sur puce réalisée en pratique peut limiter les performances de l'amplificateur de puissance au-dessus de 18 GHz en raison d'une capacité parasite de shunt pas suffisamment petite par rapport à un amplificateur de puissance qui peut fonctionner au-dessus de 18 GHz avec l'utilisation d'un circuit de polarisation idéal (sans perte). Par conséquent, l'un des facteurs affectant directement les performances de l'amplificateur de puissance est cette bobine d’inductance non idéale. Suite aux recherches sur le sujet, le brevet européen EP3195471B1 a été trouvé. Ce brevet concerne un amplificateur de puissance radiofréquence à large bande. Cependant, la structure de la bobine d'inductance d’arrêt utilisée dans le circuit de polarisation ne peut être trouvée dans le document en question. Par conséquent, en raison des aspects négatifs décrits ci-dessus et de l'inadéquation des solutions existantes en la matière, il est devenu nécessaire de procéder à un développement dans le domaine technique concerné. L'invention s'inspire de la situation actuelle et vise à résoudre les problèmes susmentionnés. L’objectif principal de l'invention est de réduire les capacités parasites de shunt dans les circuits de polarisation, et ainsi d'obtenir des valeurs à large bande. Un autre objectif de l'invention est de réduire les pertes résistives provoquées par le courant circulant à travers la bobine d’inductance. Un autre objectif de l'invention est d'augmenter la bande passante sans perte de performances. Un autre objectif de l'invention est de réduire l'effet de la bobine d'inductance d’arrêt sur la bande passante dans le circuit de polarisation. Afin de remplir les objectifs susmentionnés, l'invention concerne un circuit de polarisation comprenant au moins une bobine d’inductance d’arrêt (de préférence, au moins deux bobines d’inductance d’arrêt), dont une extrémité est connectée à la borne de drain d'au moins un transistor et dont l'autre extrémité est connectée à une tension d'alimentation, et à la masse par l’intermédiaire d’un condensateur de découplage, dans le but de réduire les capacités parasites de shunt et les pertes de la bobine l'inductance dans des conceptions ciblées à large bande, à haut rendement et à haute puissance. Avantageusement, chaque bobine d’inductance d’arrêt a une largeur de ligne de transmission de 15 µm. On va maintenant décrire des configurations préférées de la présente invention, à titre illustratif et non limitatif, avec référence aux dessins annexés. Sur ces dessins : est une vue de la configuration de mesure utilisée dans les évaluations de performances de la bobine d’inductance dans le circuit de polarisation conventionnel utilisé dans les conceptions d'amplificateur de puissance réparti selon l’invention. est une vue comparant les résultats de simulation et de mesure de la bobine d'inductance Lc dans le circuit de polarisation conventionnel utilisé dans les conceptions d'amplificateur de puissance réparti selon l’invention. est une vue du modèle à éléments localisés haute fréquence de la bobine d’inductance Lc de circuit de polarisation selon l’invention. est une vue du résultat de simulation montrant les pertes de transmission et la fréquence de résonance lorsque deux bobines d’inductance ayant la même valeur d'inductance à basse fréquence avec des largeurs de ligne de transmission large et étroite sont utilisées dans le circuit de polarisation . est une vue du résultat de simulation montrant les pertes de transmission et la fréquence de résonance lorsque les capacités parasites Cp1 et Co représentés dans le modèle à éléments localisés de la bobine d’inductance selon l’invention sont présentes et lorsqu'elles sont éliminées. est une vue du schéma de l'amplificateur réparti avec des composants discrets, où l'amplificateur réparti selon l’invention est utilisé. est une vue du modèle à éléments localisés de la bobine d’inductance répartie selon l’invention conjointement avec le modèle à éléments localisés de l'amplificateur réparti. est une vue de la configuration de la bobine d’inductance répartie selon l’invention dans un amplificateur de puissance réparti. Liste des chiffres de référence 1 : Bobine d’inductance (L c ) C s , C o , C s1 , C s2 , C p1 , C p2 , C p3 : Condensateur R 1 , R 2 , R g : Résistance L 1 , L 2 : Bobine d’inductance V DD : Tension de drain V G : Tension de grille Dans cette description détaillée, les configurations préférées de la bobine d’inductance 1 dans le circuit de polarisation de l'invention ne seront expliquées que pour une meilleure compréhension du sujet. La bande passante d'une bobine d’inductance 1 optimale, qui remplit le critère selon lequel la valeur de réactance de la bobine d'inductance d’arrêt 1 doit être élevée à basse fréquence et la capacité parasite de shunt C p3 doit être faible afin d'empêcher suffisamment une transmission RF, est comprise entre 2 et 18 GHz. La simulation d'une bobine d’inductance d’arrêt 1 dont les paramètres sont déterminés en fonction de cette valeur optimale est présentée sur la . Des lignes de transmission de grande largeur fournissent une faible résistance R 1 , R 2 mais génèrent davantage de capacités parasites de shunt C p1 , C p2 , C p3 . Ces capacités parasites de shunt C p1 , C p2 , C p3 affectent sérieusement les performances à hautes fréquences. La est une vue du résultat de simulation S21 de la bobine d’inductance 1 selon l’invention avec une largeur de ligne de transmission de 60 µm et une largeur de ligne de transmission de 40 µm. En outre, le modèle à éléments localisés de la bobine d’inductance 1 présenté ci-dessus est illustré en . Ici, l'élément le plus important, déterminant le point de coupure haute fréquence, est la capacité de shunt C p3 . En réduisant cette capacité parasite C p3 , il est possible d'obtenir des bandes passantes plus larges, comme le montre la . Les capacités parasites les plus importantes C p1 , C o , affectant les pertes à haute fréquence, sont Cp1 et Co. En réduisant ces capacités parasites C p1 , C o , il est possible de réduire les pertes à haute fréquence, comme le montre la . Pour augmenter la valeur large bande, la capacité parasite Cp3 doit être réduite. Une réduction de la largeur des lignes de transmission de la bobine d’inductance 1 réduit la capacité parasite Cp3 mais augmente les pertes. Pour réduire les pertes, il est possible d’utiliser plus qu'une bobine d’inductance 1 en parallèle. Comme le courant traversant chaque bobine d’inductance 1 est réduit, les pertes sont également réduites. En outre, lorsqu'une autre petite bobine d’inductance 1 est placée entre les deux bobines d’inductance d’arrêt, cette structure répartie élimine l'effet des capacités parasites de shunt Cp1+Co. Dans la structure d'amplificateur réparti, cette petite bobine d’inductance 1 est déjà présente entre des transistors voisins et est utilisée pour neutraliser le condensateur de shunt du transistor lui-même. En augmentant davantage la valeur de cette petite bobine d’inductance 1, la capacité parasite de shunt de la bobine d'inductance d’arrêt 1 de polarisation peut également être éliminée. La valeur de cette petite bobine d’inductance 1 entre deux transistors adjacents n'est pas égale dans des amplificateurs de puissance non uniformément répartis (NDPA). Dans ces amplificateurs, l'impédance vue par le premier transistor peut être rendue élevée et l'impédance vue par le dernier transistor peut être rendue faible afin d'obtenir une meilleure adaptation de puissance et d'augmenter le rendement. Dans ce contexte, la valeur de chaque bobine d’inductance 1 peut être calculée séparément en fonction des valeurs respectives d'impédance et de capacité parasite de shunt. Dans un mode de réalisation de l'invention, cinq bobines d’inductance 1 ayant une largeur de ligne de transmission de 15 µm sont utilisées dans le circuit de polarisation conjointement avec des bobines d’inductance 1 plus petites. Des mesures de signaux sont effectuées dans le circuit de polarisation avec cinq bobines d’inductance 1 et il est observé que la bande passante augmente sans aucune perte de performances. Une extrémité des bobines d’inductance 1 utilisées dans le circuit de polarisation est connectée à la borne de drain d'un transistor et l'autre extrémité est connectée à la tension d'alimentation V DD , et à la masse par l’intermédiaire du condensateur de découplage. Le circuit de polarisation à cinq bobines d’inductance 1 est connecté à cinq transistors différents. Circuit de polarisation utilisé pour réduire les capacités parasites de shunt et les pertes dans des conceptions à large bande, à haut rendement et à haute puissance, le circuit de polarisation étant caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins deux bobines d’inductance d’arrêt (1) sur ledit circuit de polarisation, dont une extrémité est connectée à la borne de drain d'au moins un transistor et dont l'autre extrémité est connectée à une tension d'alimentation (V DD ), et à la masse par l’intermédiaire d’un condensateur de découplage. Circuit de polarisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bobine d’inductance d’arrêt (1) a une largeur de ligne de transmission de 15 µm.