Inductances, capacités et filtresELEC2700 - Hyperfréquences   1    Chapitre 2: filtres
PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes      - théorie d...
Obstacles shunts dans les guides d’onde           Obstacle symétrique         Mode fondamental: TE10                      ...
Inductances localisées en technologie microrubanInductance shunt microruban→ court-circuit suivi d’une faible longueur de ...
Inductances localisées en technologie coplanaire                                 Inductance série                         ...
PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes      - théorie d...
Obstacles shunts dans les guides d’onde                                           Mode fondamental: TE10y                 ...
Capacités localisées en technologie microrubanCapacité shunt microruban→ circuit ouvert suivi d’une faible longueur de lig...
Capacités MIM    UltraSource, Inc., USA                                         Capacité MIM                              ...
Capacités localisées en technologie coplanaire                                  Couplage par champ de bord                ...
Inductance en technologie MEMS                                            Structure relevée grâce aux                     ...
Capacité variable en technologie MEMS                  Vbiassource Prof. J.P. Raskin            déphasage sur coplanaire i...
PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes      - théorie d...
Exemples                  d    s                                viaw                                 métal                ...
PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes      - théorie d...
Circuit équivalent de deux lignes coupléesEquations des tensions/courants     Inductance mutuelle Lm                      ...
Equations de ligne de transmission pour deux lignes couplées En fréquentiel: Système d’équations différentielles du premie...
Circuit équivalent de deux lignes coupléesDans le cas classique où on aOn peut redessiner le circuit comme ceci, en sépara...
Circuit équivalent de deux lignes coupléesL’excitation impaire (V1=-V2) fournit la symétrie dans leplan transverse:       ...
Circuit équivalent de deux lignes coupléesL’excitation paire (V1=V2) fournit la symétrie dans le plantransverse:          ...
Configuration des champs dans les microrubans couplées                s                     wh     ELEC2700 - Hyperfréquen...
Configuration des champs dans les lignes coupléesLignes à fente couplées            Guides coplanaires couplés ELEC2700 - ...
Coupleur à lignes parallèles                    1               L                3                                        ...
Coupleur à lignes parallèles                    1               L               3                                         ...
PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes      - théorie d...
Filtre DC-bloquant                                                              1          L                    3 ouvert  ...
Capacités interdigitéesELEC2700 - Hyperfréquences           27                Chapitre 2: filtres
Capacité MOSréalisée comme un transistor MOS interdigité(plusieurs doigts de grille)ELEC2700 - Hyperfréquences      28    ...
PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes      - théorie d...
Topologie spirale                 d                                            Cunderpass                                 ...
Généralisation à 3 (n) lignes couplées    Circuit équivalent des 3 lignes couplées                                 12     ...
Modélisation de la spirale      1. Décomposition de l’inductance en sections de lignes couplées                           ...
Inductances intégrées  w   s                                      Utilisation possible de                Eh               ...
Validation du modèle lignes couplées                                                     Résonance:                       ...
Influence du nombre de tours                 d                                  Cunderpas                                 ...
Influence du nombre de toursLe facteur de qualité est influencé par les pertes conducteur                                 ...
Lignes planaires - Caractéristiques du substrat• circuits hybrides: épaisseur H=127 µm 254 µm 508 µm 1.27 µm          alum...
Influence du substratLe facteur de qualité est influencé par les pertes du substrat                                       ...
Application aux capteursLa résonance est influencée par la valeur de la capaApplication aux capteurs ADN: détection de la ...
PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes      - théorie d...
Exemples de filtres planairespasse-baspasse-bande                                                                         ...
PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes      - théorie d...
Filtre DC-bloquant                           1                                     2     -1     -2     -3                 ...
Résonateurs planaires - Filtre passe-bande                                              Chaque paire de résonateurs formei...
Filtre passe-bande                                   Filtre intégré réalisé à l’aide                                   d’é...
PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes      - théorie d...
Prochain SlideShare
Chargement dans…5
×

Lc filtres rayonnement50307final

1 855 vues

Publié le

ada 3ilm

Publié dans : Formation
0 commentaire
0 j’aime
Statistiques
Remarques
  • Soyez le premier à commenter

  • Soyez le premier à aimer ceci

Aucun téléchargement
Vues
Nombre de vues
1 855
Sur SlideShare
0
Issues des intégrations
0
Intégrations
5
Actions
Partages
0
Téléchargements
35
Commentaires
0
J’aime
0
Intégrations 0
Aucune incorporation

Aucune remarque pour cette diapositive

Lc filtres rayonnement50307final

  1. 1. Inductances, capacités et filtresELEC2700 - Hyperfréquences 1 Chapitre 2: filtres
  2. 2. PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes - théorie des lignes couplées - capacités interdigitées - inductances intégréesApplication à la synthèse de filtres - filtre passe-bande (résonateurs couplés) - filtre passe-bas (succession de L,C) introduction au projet ELEC2700 - Hyperfréquences 2 Chapitre 2: filtres
  3. 3. Obstacles shunts dans les guides d’onde Obstacle symétrique Mode fondamental: TE10 • Pas de variation suivant y ni pour le mode ni poury l’obstacle, donc modes de type n=0 (TE, car m.n ≠ 0 d pour TM) • symétrie suivant x (m impair) • Ce sont donc des modes TEm0 et donc de l’énergie x magnétique Y=jB B ≅ −( λg a ) cotg 2 ( πd 2a ) aL’admittance est donnée par CL sur TEmo INDUCTANCE Obstacle asymétrique Mode fondamental: TE10 d Pas de variation suivant y ni pour le mode ni pour l’obstacle, donc modes de type n=0 (TE) Ce sont donc des modes TEm0, m quelconque D INDUCTANCE a [ B ≅ −( λg a ) cotg 2 ( πd 2a ) 1 + sec 2 ( πd 2a ) cotg 2 ( πD a ) ] ELEC2700 - Hyperfréquences 3 Chapitre 2: filtres
  4. 4. Inductances localisées en technologie microrubanInductance shunt microruban→ court-circuit suivi d’une faible longueur de ligne L Z P = Z c tanh γL L ≈ jZ c βL = jωZ c L / v ph = jωL pInductance série microruban voir projet non valable à haute fréquence ELEC2700 - Hyperfréquences 4 Chapitre 2: filtres
  5. 5. Inductances localisées en technologie coplanaire Inductance série Allongement du trajet du courant sur conducteur central Inductance shunt L+∆l court-circuit suivi d’une faible longueur de ligne p Z L = Z c tanh γ ( L + ∆l ) ≈ jZ c β ( L + ∆l ) = jωZ c ( L + ∆l ) / v ph = jωLPELEC2700 - Hyperfréquences 5 Chapitre 2: filtres
  6. 6. PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes - théorie des lignes couplées - capacités interdigitées - inductances intégréesApplication à la synthèse de filtres - filtre passe-bande (résonateurs couplés) - filtre passe-bas (succession de L,C) introduction au projet ELEC2700 - Hyperfréquences 6 Chapitre 2: filtres
  7. 7. Obstacles shunts dans les guides d’onde Mode fondamental: TE10y d Pas de variation suivant x pour l’obstacle, donc b modes de type m=1x symétrie suivant y (n pair) Ce sont donc des modes TE1n et TM1n.. Chacun de a ces modes a une composante suivant x, mais au total, Ex doit être nulle Les composantes Ex des modes TE1n et TM1n de même ordre m s’annulent: E x1n = V1e C1n [ − ( π a ) cos( πx a ) sin ( nπy b ) ] e n E x1n = V1h C1n [ ( nπ b ) cos( πx a ) sin ( nπy b ) ] h n Cette condition permet de calculer les constantes des modes et les énergies emmagasinées CAPACITE Y=jB B ≅ ( 4b λ g ) ln cosec( πd 2b ) ( d << λg ) ELEC2700 - Hyperfréquences 7 Chapitre 2: filtres
  8. 8. Capacités localisées en technologie microrubanCapacité shunt microruban→ circuit ouvert suivi d’une faible longueur de ligne L+∆L Z P = Z c coth γ ( L + ∆l ) L ≈ Z c / jc β ( L + ∆l ) = Z c v ph / jω ( L + ∆l ) = 1 / jωC PCapacité série microruban version chip ou intégrée: capa MIM ELEC2700 - Hyperfréquences 8 Chapitre 2: filtres
  9. 9. Capacités MIM UltraSource, Inc., USA Capacité MIM Metal-Insulator-Metal isolantmétal métalELEC2700 - Hyperfréquences 9 Chapitre 2: filtres
  10. 10. Capacités localisées en technologie coplanaire Couplage par champ de bord Effet « gap » Circuit ouvert suivi d’une L+∆l faible longueur de ligne Z L = Z c coth γ ( L + ∆l ) p ≈ Z c / jβ ( L + ∆l ) = Z c v ph / jω ( L + ∆l ) = 1 / j ωC pELEC2700 - Hyperfréquences 10 Chapitre 2: filtres
  11. 11. Inductance en technologie MEMS Structure relevée grâce aux contraintes résiduelles entre métal et substrat obtenues après process Solénoide dans l’air → moins de pertesTechnologie UCL, source Prof. J.P. Raskin MEMS= Micro-Electro-Mechanical Systems ELEC2700 - Hyperfréquences 11 Chapitre 2: filtres
  12. 12. Capacité variable en technologie MEMS Vbiassource Prof. J.P. Raskin déphasage sur coplanaire induit par capacité ELEC2700 - Hyperfréquences 12 Chapitre 2: filtres
  13. 13. PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes - théorie des lignes couplées - capacités interdigitées - inductances intégréesApplication à la synthèse de filtres - filtre passe-bande (résonateurs couplés) - filtre passe-bas (succession de L,C) introduction au projet ELEC2700 - Hyperfréquences 13 Chapitre 2: filtres
  14. 14. Exemples d s viaw métal inférieur Inductance spirale Inductance méandreCapacité de découplage « DC block » Capacité interdigitée ELEC2700 - Hyperfréquences 14 Chapitre 2: filtres
  15. 15. PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes - théorie des lignes couplées - capacités interdigitées - inductances intégréesApplication à la synthèse de filtres - filtre passe-bande (résonateurs couplés) - filtre passe-bas (succession de L,C) introduction au projet ELEC2700 - Hyperfréquences 15 Chapitre 2: filtres
  16. 16. Circuit équivalent de deux lignes coupléesEquations des tensions/courants Inductance mutuelle Lm tient compte du flux induit par une ligne sur l’autre Capacité de couplage Cm tient compte du champ électrique entre lignesELEC2700 - Hyperfréquences 16 Chapitre 2: filtres
  17. 17. Equations de ligne de transmission pour deux lignes couplées En fréquentiel: Système d’équations différentielles du premier ordre à coefficients constants, réduit en système homogène d’ordre 2 Admet 4 solutions: βΙ, − βΙ, βΙΙ, − βΙΙ qui sont les valeurs propres du ELEC2700 - Hyperfréquences 17 système Chapitre 2: filtres
  18. 18. Circuit équivalent de deux lignes coupléesDans le cas classique où on aOn peut redessiner le circuit comme ceci, en séparantles éléments capacitifs et inductifs: V2ELEC2700 - Hyperfréquences 18 Chapitre 2: filtres
  19. 19. Circuit équivalent de deux lignes coupléesL’excitation impaire (V1=-V2) fournit la symétrie dans leplan transverse: Potentiel nul Chacune des deux lignes V2 peut être décrite parELEC2700 - Hyperfréquences 19 Chapitre 2: filtres
  20. 20. Circuit équivalent de deux lignes coupléesL’excitation paire (V1=V2) fournit la symétrie dans le plantransverse: Chacune des deux lignes peut être décrite par (les capacités Cm ont une différence de potentiel nul V2 à leurs bornes)ELEC2700 - Hyperfréquences 20 Chapitre 2: filtres
  21. 21. Configuration des champs dans les microrubans couplées s wh ELEC2700 - Hyperfréquences 21 Chapitre 2: filtres
  22. 22. Configuration des champs dans les lignes coupléesLignes à fente couplées Guides coplanaires couplés ELEC2700 - Hyperfréquences 22 Chapitre 2: filtres
  23. 23. Coupleur à lignes parallèles 1 L 3 accès direct: de 1 vers 3 4 2 accès couplé: de 1 vers 4 0 -1 0 Transfert total -2 0 de 1 vers 4 pour |βe- βo|=π/L -3 0dB -4 0 S 11 S 13 S 14 -5 0 -6 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 GHz ELEC2700 - Hyperfréquences 23 Chapitre 2: filtres
  24. 24. Coupleur à lignes parallèles 1 L 3 accès direct: de 1 vers 3 4 2 accès couplé: de 1 vers 4 0 -5 -1 0 Transfert total -1 5 de 1 vers 4 pour -2 0 L |βe- βo|=π/L -2 5dB -3 0 2xL -3 5 couplage à plus basse -4 0 fréquence si L augmente -4 5 -5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 GHz ELEC2700 - Hyperfréquences 24 Chapitre 2: filtres
  25. 25. PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes - théorie des lignes couplées - capacités interdigitées - inductances intégréesApplication à la synthèse de filtres - filtre passe-bande (résonateurs couplés) - filtre passe-bas (succession de L,C) introduction au projet ELEC2700 - Hyperfréquences 25 Chapitre 2: filtres
  26. 26. Filtre DC-bloquant 1 L 3 ouvert 4 2 ouvert 0 -5 Transfert total -1 0 de 1 vers 4 pour -1 5 L=λ/4 -2 0dB -2 5 -3 0 S 11 S 14 adaptation -3 5 -4 0 pas de transmission en DC -4 5 0 5 10 15 20 GHz ELEC2700 - Hyperfréquences 26 Chapitre 2: filtres
  27. 27. Capacités interdigitéesELEC2700 - Hyperfréquences 27 Chapitre 2: filtres
  28. 28. Capacité MOSréalisée comme un transistor MOS interdigité(plusieurs doigts de grille)ELEC2700 - Hyperfréquences 28 Chapitre 2: filtres
  29. 29. PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes - théorie des lignes couplées - capacités interdigitées - inductances intégréesApplication à la synthèse de filtres - filtre passe-bande (résonateurs couplés) - filtre passe-bas (succession de L,C) introduction au projet ELEC2700 - Hyperfréquences 29 Chapitre 2: filtres
  30. 30. Topologie spirale d Cunderpass L RL s viaw Cin Rin Rout Cout métal inférieur Liao: L = 8.5 A n 53 Aire A en cm2 et nombre de tours nInductances planaires réalisées sur substrat micro-onde ouintégrée sur Si ou GaAs.Réfs:B. C. Wadell, Transmission Line Design Handbook, Artech House, 1991.Liao S. Y., Microwave Circuit Analysis and Amplifier Design, Prentice Hall, 1987. ELEC2700 - Hyperfréquences 30 Chapitre 2: filtres
  31. 31. Généralisation à 3 (n) lignes couplées Circuit équivalent des 3 lignes couplées 12 1+2 → Y param. ELEC2700 - Hyperfréquences 31 Chapitre 2: filtres
  32. 32. Modélisation de la spirale 1. Décomposition de l’inductance en sections de lignes couplées 2. Calcul des matrices Y et mise en cascade In Out Cunderpass 3. Conversion de la matrice Y globale(a) (b) L RL en circuit équivalent Cin Rin Rout Cout ELEC2700 - Hyperfréquences 32 Chapitre 2: filtres
  33. 33. Inductances intégrées w s Utilisation possible de Eh plusieurs couches métalliques + vias pour les spires Ev hox hELEC2700 - Hyperfréquences 33 Chapitre 2: filtres
  34. 34. Validation du modèle lignes couplées Résonance: si f > fr, L devient capaELEC2700 - Hyperfréquences 34 Chapitre 2: filtres
  35. 35. Influence du nombre de tours d Cunderpas L RL s w Cin Rin Rout Cout L augmente avec N, mais C aussi → fr diminueELEC2700 - Hyperfréquences 35 Chapitre 2: filtres
  36. 36. Influence du nombre de toursLe facteur de qualité est influencé par les pertes conducteur Facteur de qualité d’inductances 3,5 et 5,5 tours sur Si faible résistivité Cunderpas L RL Cin Rin Rout CoutR augmente avec N, car la longueur totale du conducteur spirale augmente ELEC2700 - Hyperfréquences 36 Chapitre 2: filtres
  37. 37. Lignes planaires - Caractéristiques du substrat• circuits hybrides: épaisseur H=127 µm 254 µm 508 µm 1.27 µm alumine εr’ = 9.8 tgδ = 10-4 quartz εr’ = 3.78 tgδ = 10-4 teflon et PTFE εr’ = 2.2→10.8 tgδ = 10-3• circuits intégrés (substrat semiconducteur) pertes substrat fonction de sa résistivité (qui dépend du dopage) ρ = 1/σ: 20 Ωcm → 10000 Ωcm épaisseur H: 300 → 500 µm Si εr’ = 11.7 AsGa εr’ = 12.9 tgδ = σ/j ω εr’ InP εr’ = 13.1 L’angle de perte dépend donc de la fréquence ELEC2700 - Hyperfréquences 37 Chapitre 2: filtres
  38. 38. Influence du substratLe facteur de qualité est influencé par les pertes du substrat Cunderpas L RL Cin Rin Rout CoutELEC2700 - Hyperfréquences 38 Chapitre 2: filtres
  39. 39. Application aux capteursLa résonance est influencée par la valeur de la capaApplication aux capteurs ADN: détection de la variation de fr Résonance Process bio Décalage [GHz] avant 10,17 30 nm 3,64=35% Al2O3 après 6,53 avant 10,3920 nm TiO2 4,31=41% après 6,08ELEC2700 - Hyperfréquences 39 Chapitre 2: filtres
  40. 40. PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes - théorie des lignes couplées - capacités interdigitées - inductances intégréesApplication à la synthèse de filtres - filtre passe-bande (résonateurs couplés) - filtre passe-bas (succession de L,C) introduction au projet ELEC2700 - Hyperfréquences 40 Chapitre 2: filtres
  41. 41. Exemples de filtres planairespasse-baspasse-bande Stop- bande ELEC2700 - Hyperfréquences 41 Chapitre 2: filtres
  42. 42. PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes - théorie des lignes couplées - capacités interdigitées - inductances intégréesApplication à la synthèse de filtres - filtre passe-bande (résonateurs couplés) - filtre passe-bas (succession de L,C) introduction au projet ELEC2700 - Hyperfréquences 42 Chapitre 2: filtres
  43. 43. Filtre DC-bloquant 1 2 -1 -2 -3 Transfert total -4 de 1 vers 2 pour -5 L=λ/4dB -6 -7 -8 Si L varie, S 11 S 12 fcentrale varie -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 GHz L= 5 mm, 4 mm, 3.25 mm ELEC2700 - Hyperfréquences 43 Chapitre 2: filtres
  44. 44. Résonateurs planaires - Filtre passe-bande Chaque paire de résonateurs formein un circuit résonant à une fréquence out f1 f2 f3 f2 passe-bande profil tchebycheff nj nj nj nj njin out f1 f2 f3 f3 f2 f1 ELEC2700 - Hyperfréquences 44 Chapitre 2: filtres
  45. 45. Filtre passe-bande Filtre intégré réalisé à l’aide d’éléments discrets ELEC2700 - Hyperfréquences 45 Chapitre 2: filtres
  46. 46. PlanRéalisation de capacités et inductances localiséesRéalisation de capacités et inductances multilignes - théorie des lignes couplées - capacités interdigitées - inductances intégréesApplication à la synthèse de filtres - filtre passe-bande (résonateurs couplés) - filtre passe-bas (succession de L,C) introduction au projet ELEC2700 - Hyperfréquences 46 Chapitre 2: filtres

×