Ainsi, il est possible d'identifier certains défauts présents dans les composants, et l'analyse du bruit peut contribuer à l'évaluation de leur fiabilité. Dans la thèse, nous présenterons notre contribution à l'étude du bruit de fond dans les composants actifs aux fréquences micro-ondes. La deuxième partie est consacrée à l'étude du bruit de fond dans les composants actifs aux fréquences micro-ondes.
TECHNIQUE DES IMPEDANCES MULTIPLES
- Introduction
- Comparaison des méthodes d’extraction
- Robustesse des méthodes d’extraction
- Conclusion
Récemment, Boudiaf et Laporte [11] ont proposé une méthode d'extraction des paramètres de bruit prenant en compte les incertitudes de mesure dans l'algorithme de calcul. La précision atteinte sur la résistance au bruit équivalente est indépendante des valeurs des paramètres de bruit et reste inférieure à 3 Ω. La précision obtenue sur la phase de Γo semble être corrélée avec la valeur de la résistance au bruit équivalente.
MESURE DES PARAMETRES DE BRUIT
- Introduction
- Instrumentation
- Précision des mesures
- Extension aux basses fréquences micro-ondes
- Autres approches expérimentales
- Conclusion
La mesure classique du facteur de bruit d'un quadripôle est basée sur la méthode des deux températures (source froide/source chaude) [16]. L'amplificateur à faible bruit utilisé en amont de l'analyseur de spectre minimise le facteur de bruit du récepteur. L'étalonnage du récepteur peut être vérifié régulièrement à l'aide d'une source de bruit de référence [28] ou en mesurant les paramètres de bruit d'un quadripôle passif [29].
MESURE DES PARAMETRES DE BRUIT A BASSE TEMPERATURE
- Introduction
- Principe de mesure
- Conclusion
De plus, la contribution au bruit de ce dernier doit être connue pour pouvoir extraire les paramètres de bruit de l'élément actif seul. Les paramètres de bruit de Qin et Qout sont alors calculés en supposant qu'ils sont également ramenés à des températures moyennes équivalentes Tin et Tout [53]. Nous avons détaillé dans cette partie les spécificités des mesures des paramètres de bruit à basse température.
MESURE DES PARAMETRES DE BRUIT DANS LA GAMME DES
- Introduction
- Principe de mesure
- Conclusion
Bien que la détermination des paramètres de bruit se fasse automatiquement, les manipulations à effectuer sont relativement longues et demandent de longues heures de patience et d'abnégation. La technique des impédances multiples peut également être utilisée pour déterminer les sources de bruit ramenées à l'entrée du composant et celle-ci a été retenue par R. Les mesures de bruit sont réalisées à l'aide d'un analyseur de spectre monocanal (Hp3588A) incluant une source oscillante en fréquence qui permet de mesurer « in situ » le gain de la chaîne de mesure.
La procédure de mesure pour déterminer les paramètres de bruit est classique et se décompose en plusieurs étapes. La figure 9 représente l'évolution fréquentielle du facteur de bruit minimum pour un TBH GaAlAs/GaAs. On peut remarquer que les spectres de bruit se superposent bien malgré le matériel utilisé et le traitement.
Par contre, notez que le banc de mesure développé sur les fréquences VHF permet d'observer le niveau de bruit blanc obtenu pour des fréquences supérieures à quelques mégahertz. Ainsi, nous avons tracé sur la figure 10 la densité spectrale de la source de bruit actuelle renvoyée à l'entrée du TBH. On peut observer que le spectre résulte de la superposition de plusieurs sources de bruit de génération-recombinaison (caractérisées par des spectres lorentziens) et d'une source de bruit blanc correspondant au bruit de grenaille à la jonction émetteur-base (2qIb).
Dans cette dernière partie nous avons présenté la mesure des paramètres de bruit dans la gamme de fréquences VHF.
CONCLUSION
Rakem, "Evaluation de la précision dans la détermination des paramètres de bruit des transistors hyperfréquences", rapport de DEA, Université Paul Sabatier, juin 1991. Boudiaf, "Mise au point d'un banc automatique de mesure des paramètres de bruit hyperfréquence, caractérisation de champ et modélisation du bruit III-effectif". V.″, Thèse de l'Université Paris Sud, soutenue le 27 mai 1993. Graffeuil, "Mesure automatique des paramètres de bruit des transistors hyperfréquences à l'aide d'un analyseur de réseau et d'un analyseur de spectre", 7e Journées nationales de l'hyperfréquence, mars 1991 .
Graffeuil, "Caractérisation du bruit des transistors GaAs pour la conception d'amplificateurs hyperfréquences refroidis". Graffeuil, "Une technique rentable pour étendre la gamme de basses fréquences d'un ensemble de test de paramètres de bruit micro-ondes". Plana, "Measurement of S parameters and noise parameters of spiked field effect transistors", rapport DEA, Université Paul Sabatier, juin 1992.
Graffeuil, "Application de la technique d'étalonnage TRL pour la caractérisation hyperfréquence des HEMT à des températures allant jusqu'à 77K". Plana, "Bound noise in field-effect and bipolar micro-onde transistors", thèse de l'Université Paul Sabatier, soutenue le 12 février 1993. Graffeuil, "Wideband on-wafer noise measure setup for noise characterization of active devices in the low VHF band".
Graffeuil, "Banque de caractérisation du bruit de fond dans les dispositifs actifs aux radiofréquences (300 kHz-150 MHz)".
DETERMINATION DU SCHEMA EQUIVALENT PETIT-SIGNAL
- Introduction
- Transistors à effet de champ
- Transistors bipolaires à hétérojonction
- Conclusion
Le schéma équivalent des transistors est déterminé par les mesures des paramètres S effectuées avec un analyseur de réseau vectoriel. La méthode d'extraction directe, d'autre part, suppose une source et une résistance de drain indépendantes de la polarisation. La détermination de l'inductance, dont la plus grande partie provient des lignes d'accès au transistor intrinsèque [18], est réalisée à partir des variations des parties imaginaires des paramètres d'impédance en fonction de la fréquence.
Une fois les éléments extrinsèques déterminés, il est facile de réaliser les éléments intrinsèques représentés dans l'encadré pointillé de la figure 11 à partir des expressions analytiques des paramètres d'admittance intrinsèque [10,11]. Pour chacune des topologies utilisées, les différents éléments du circuit équivalent sont supposés indépendants de la fréquence. Ainsi, dans le cadre de la thèse de Tartarino [32], nous nous sommes attachés à développer une technique d'extraction du diagramme équivalent TBH.
Le diagramme équivalent aux basses fréquences hyperfréquences est alors un diagramme capacitif Π, et les capacités équivalentes sont extraites des variations des parties imaginaires des paramètres Y en fonction de la fréquence. L'utilisation d'un modèle physique [36] associé aux capacités de jonction permet alors d'extraire les capacités parasites des variations des capacités équivalentes en fonction de la tension VBE. Quant aux inductances, elles sont déterminées à partir des variations des parties imaginaires des paramètres Z en fonction de la fréquence.
Les éléments intrinsèques représentés dans le cadre pointillé de la figure 14 sont alors déterminés à partir de relations analytiques après s'être affranchis des différents éléments extrinsèques.
BRUIT DE FOND DANS LES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP
- Introduction
- Modélisation
- Etudes expérimentales
- Conclusion
Celle-ci consiste à affecter les résistances Rgs et Rds du schéma équivalent interne de la Fig. 11 deux températures de bruit équivalentes Tg et Td. Les valeurs quadratiques moyennes de ces sources de bruit sont données par les expressions suivantes. Les expressions des valeurs quadratiques moyennes de ig et id et leur corrélation en fonction d'autres sources de bruit sont données par Pospiezalski [47].
Nous avons également utilisé l'approche proposée par Ikalainen [53] pour extraire les sources de bruit intrinsèques d'un transistor HEMT pseudomorphique (PHEMT). Comme pour la représentation tension-courant, les variations des valeurs quadratiques moyennes de vh et ih sont indépendantes de la fréquence, conformément aux expressions (8) et (9), permettant ainsi de déterminer les températures de bruit équivalentes Tg et (9) faire. Td. L'accord entre les paramètres de bruit mesurés et calculés est satisfaisant sur Fmin, Rn et la phase de Γ0.
Les résultats rapportés dans la thèse de Séjalon [58] montrent une diminution du facteur de bruit minimum et une augmentation du gain associé lorsque les transistors sont refroidis à 77 K. La figure 19 présente la variation du facteur de bruit minimum mesuré à 18 GHz et 77 K pour deux transistors HEMT GaAlAs/GaAs. Ceci est vérifié sur la figure 20, où les évolutions du facteur de bruit minimum mesuré à 12 GHz sont tracées en fonction de Vgs.
Les éléments intrinsèques du transistor et les paramètres de bruit qui présentent de grandes variations avec Vgs près du pincement sont les éléments les plus sensibles à l'illumination dans les transistors à effet de champ [60].
BRUIT DE FOND DANS LES TRANSISTORS BIPOLAIRES A
- Introduction
- Modélisation
- Etudes expérimentales
- Conclusion
Les sources de bruit et les éléments du circuit équivalent sont supposés être indépendants de la fréquence. Il fournit également des expressions analytiques pour le facteur de bruit minimum et l'impédance de bruit optimale Z0. Pucel et Rohde [74] ont complété ce modèle en 1993 en calculant l'expression de l'impédance de bruit équivalente.
Comme proposé par Van der Ziel, le diagramme de la figure 22 peut être transformé pour décorer les sources de bruit ie et ic. La représentation de la figure 23 a été popularisée par Hawkins, ce qui lui a notamment permis de donner une expression du facteur de bruit minimum. Nous avons montré le chiffre de bruit minimum calculé à partir des expressions (12)-(14) et le diagramme équivalent complet de la figure 14 (#M1).
Une autre manière de décorréler les sources de bruit ie et ic de la figure 22 consiste à utiliser la représentation courant-courant de la figure 25. La corrélation entre les sources de bruit i1 et i2 est nulle à basse fréquence et augmente avec la fréquence du fait de la dégradation du facteur de transport dans la base α et au temps de transport τ des porteurs dans le dispositif [80]. La figure 26 représente les variations du facteur de bruit minimum et du gain associé Ga d'un GaAlAs/GaAs TBH mesuré à 6 GHz en fonction du courant de base IB.
La diminution du facteur de bruit est principalement attribuée à la réduction du bruit thermique dans les résistances d'accès.
CONCLUSION
Perdomo, ″Full RF Characterization for Extracting the Small Signal Equivalent Circuit in Microwave FETs″, IEEE Trans. Weinreb, “A Note on Experimental Determination of Small-Signal Equivalent Circuit of Millimeter-Wave FOOTs”, IEEE Trans. Holzapfl, ″Analytical parameter extraction of the HBT equivalent circuit with T-like topology from measured S-parameters″, IEEE Trans.
Tait, ″Parameter extraction method for heterojunction bipolar transistors″, IEEE Microwave and Guided Wave Letters, vol.2, no.12, pp.502-504, December 1992. Ikalainen, ″Extraction of device noise sources from measured data using a simulator circuits software,” IEEE Trans. Russer, ″An efficient method for computer-aided noise analysis of linear amplifier networks″, IEEE Trans.
Graffeuil, ″Microwave noise figure in MESFETs and HEMTs with kink-effect and (or) parallel conversion″, IEEE MTT-S Digest, p. Blanck, ″Small-signal and noise model extraction technique for the heterojunction bipolar transistor at microwave frequencies″, IEEE Trans. Graffeuil, ″Low Frequency Noise Properties of SiGe HBT and Application to Ultra-Low Phase Noise Oscillators″, IEEE Trans.
Koostaa, "Dhiibbaa walnyaatinsa Al fakkii sagalee RF tiraanzistaroota baay'ee poolaarii AlGaAs/GaAs heterojunction irratti", IEEE Trans.
