Filtre RF passe bande accordable multi-pôles à inductance active

Topologie du filtre étudié : résonateur à adaptation active

. Généralités Pour mieux comprendre le principe de fonctionnement de la topologie étudiée, nous commençons par rappeler quelques définitions sur le circuit résonnant. La Figure 4.1 (a) présente la fonction de filtrage idéale d’un circuit résonnant passe bande. Elle montre une forme rectangulaire parfaite avec une atténuation infinie de part et d’autre de la bande passante. La réalisation de ce filtre est bien sur impossible à cause des caractéristiques physiques des composants électriques qui le constituent. La Figure 4.1 (b) présente la fonction de filtrage réelle d’un filtre passe bande. De manière générale, pour pouvoir comparer les filtres passe bande, il est nécessaire de définir un certain nombre de paramètres qui déterminent le comportement fréquentiel de ces Chapitre IV 95 derniers. Ces paramètres permettent de définir le cahier des charges. La Figure 4.1 (b) présente ces différents paramètres. -a- -bFigure 4. 1: Fonction de filtrage d’un filtre passe bande (a) idéale (b) réelle.  Bande passante : La bande passante à -3dB est définie comme étant la différence entre la fréquence supérieure et la fréquence inférieure (F2-F1) où l’amplitude du signal diminue de 3dB par rapport à l’amplitude maximale transmise dans la bande passante.  Réjection: La réjection est l’atténuation minimale que le circuit résonnant présente à l’extérieur de la bande passante.  Gain : Ou plutôt l’atténuation dans la bande de transmission. Il correspond au rapport entre la puissance transmise Ps et la puissance incidente Pe, il est exprimé en dB: (4.1)  La fréquence de coupure : Pour les filtres passe-bas et passe-haut, la fréquence de coupure correspond à la fréquence pour laquelle l’atténuation varie d’une valeur déterminée. Pour les filtres passe-bande on parle plutôt de la fréquence centrale. C’està-dire la fréquence qui se situe au centre de la bande passante du filtre.  Perte d’insertion: Lorsqu’un composant ou un ensemble de composants est inséré entre un générateur et sa charge, une partie du signal transmis par le générateur est absorbée par ces composants en raison de leurs propres pertes résistives. Cette atténuation est appelée « perte d’insertion » et elle est souvent exprimées en dB. 

Principe de filtre

Le principe de notre filtre est basé sur l’utilisation d’un résonateur RLC parallèle du second ordre correspondant à l’inductance active présentée au chapitre II. L’adaptation active de ce résonateur consiste à le placer entre deux étages qui permettent d’une part l’adaptation en entrée et en sortie à 50 et d’autre part de présenter au résonateur des impédances élevées modifiant peu son cœfficient de surtension [Lida95, Tem01], l’étage d’entrée est réalisé par un étage transconducteur (grille commune) et l’étage de sortie est réalisé par un étage drain commun de gain proche de l’unité (noté Av sur la figure 4.4). La figure 4.4 représente la structure de base de filtre à un pôle utilisant le principe mentionné ci-dessus. AC Response 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100 1 10 Fréquence (GHz) (dB) Chapitre IV 98 Figure 4.4: Schéma de principe du filtre. Dans un premier temps, nous présentons dans l’équation 4.1 l’expression la fonction de transfert du filtre (sans l’étage de sortie) : ) 0 ; ( 2 1 2 2 0 2 0 0 1 2 0 2 0             s j s s s A j j A Ve V r                (4.1) avec G gm A0  le gain en bande passante LC 1 0  la pulsation de résonance du résonateur et 0 1 1 2 GL Q QL    le coefficient d’amortissement où G est la conductance parallèle du résonateur. Ceci correspond donc à un filtre passe-bande du second ordre dont la fréquence centrale correspond à celle du résonateur et le coefficient de surtension Q au coefficient de qualité de l’inductance QL. Ce coefficient est limité à quelques unités en technologie intégrée monolithique. Pour compenser les pertes dans l’inductance et augmenter ce coefficient de surtension, on associe en parallèle à notre résonateur, un dipôle actif présentant une conductance négative ʺ-Gn ʺ (où Gn >0), présentée au chapitre 3