FR2641127A1

FR2641127A1 -

Info

Publication number: FR2641127A1
Application number: FR8817091A
Authority: FR
Original assignee: Thomson Hybrides et Microondes
Current assignee: Thomson Hybrides et Microondes
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1990-06-29
Anticipated expiration: 2008-12-23
Also published as: FR2641127B1; JPH02264310A; EP0376787B1; US4952865A; DE68916774T2; EP0376787A1; DE68916774D1

Abstract

L'invention concerne la stabilisation en température des caractéristiques d'un circuit intégré. Elle est obtenue en intégrant sur la même pastille de matériau semiconducteur le circuit intégré et un dispositif de contrôle composé d'un capteur comportant au moins deux résistances R1, R2 et/ou R3, R4 alimentés entre deux tensions DC1, DC2 utilisé seul ou complété par un circuit de structure différentielle T2, T3, alimenté par une source de courant T1, comportant une impédance de charge variable à transistors T4, T5, T6, T7. Les résistances sont à coefficients de température différents, et la tension de sortie VA ou VB du pont est fonction de la température. Le circuit intégré doit comporter un élément transistor, diode commandable par une tension. Application à la stabilisation des circuits intégrés.

Description

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DISPOSITIF DE CONTROLE EN TEMPERATURE

DES CARACTERISTIQUES D'UN CIRCUIT INTEGRE

La présente invention concerne un dispositif de contrôle en température des circuits intégrés monolithiques, plus particulièrement ceux qui sont réalisés sur des matériaux

rapides du groupe III-V tel que GaAs.

Le comportement en température des circuits réalisés sur substrats III-V est un des paramètres importants pour l'utilisateur. Il doit donc être pris en compte par le concepteur du circuit, soit en prévoyant une électrode de contrôle accessible, soit en réalisant sur le circuit un dispositif permettant de corriger les variations en fonction de la température de la ou des caractéristiques du circuit devant

être stabilisées.

Les méthodes utilisées actuellement sont toutes extérieures au circuit, qu'il s'agisse de régulation de la température ambiante, ou d'un asservissement comportant un élément variable en fonction de la température, corrigeant

généralement par une tension un paramètre du circuit.

Le dispositif de contrôle en température selon l'invention associe le circuit de contrôle au circuit à stabiliser, en un seul circuit réalisé dans une technologie circuit intégré homogène, microonde sur Arséniure de Gallium par exemple. La fabrication des deux circuits côte à côte sur le même substrat utilise les étapes standards du procédé technologique des filières circuits Intégrés. La température est détectée directement sur le substrat et sert à contrôler une

tension de correction.

Cette technologie doit comporter au minimum deux types d'éléments résistifs, à coefficients de température différents. Il est possible alors de réaliser un pont diviseur associant ces deux types d'éléments, capable de fournir une tension variable en fonction de la température. Le dispositif à contrôler doit, lui, présenter la possibilité d'une compensation de ses dérives thermiques par une tension continue, comme, par exemple, la tension de polarisation grille pour commander le

gain d'un amplificateur à transistors à effet de champ.

De façon plus précise, l'invention concerne un dispositif de contrôle en température des caractéristiques d'un circuit intégré, porté par un substrat, caractérisé en ce qu'il comporte, intégré sur le même substrat que le circuit à stabiliser, au moins un pont diviseur formé par deux résistances alimentées entre deux tensions, les résistances ayant des coefficients de température différents, et de préférence opposés, ce pont délivrant au point commun aux deux résistances une tension fonction de la température, qui est

utilisée pour contrôler le circuit intégré à stabiliser.

L'invention sera mieux comprise par la description

plus détaillée qui suit maintenant d'un exemple de réalisation, en conjonction avec les figures jointes qui représentent: - figure 1: schéma électrique du détecteur intégré sur la pastille de circuit intégré, figure 2: schéma électrique d'une structure différentielle fournissant des tensions complémentaires fonction de la température, - figure 3: courbes de résistances en fonction de la température, pour les capteurs de mesure - figure 4: courbes de réponses de la structure de la figure 2,

en fonction de la température.

Le capteur de mesure du dispositif de contrôle selon l'invention comprend deux résistances R1 et R2 montées en pont diviseur de tension, alimenté à ses deux bornes par des générateurs extérieurs de tension continue, stables en

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température, DC1 et DC2; l'une de ces deux tensions peut être

en potentiel OV du circuit (masse).

Les résistances R1 et R2 ont des coefficients thermiques différents cx 1 et o 2. La variation de résistance en fonction de la température peut s'écrive

R1 - 1 + 0<1 (T - T0) R{10

avec TO = 20oC R0lo R1 pour T = 20 C De même

R2 = I + <2 (T-T0)2 R20

Pour simplifier les expressions, posons /-T = 1 C 1 (T-To) OVT = 1 * 2 (TTo) La tension de sortie Vel du pont diviseur est variable

en fonction de la température, et permet de contrôler le circuit.

Le calcul des résistances du pont diviseur se fait à l'aide des équations suivantes Pour T = T1 RI0 /Tl DCI -VCI(T1)

R20 'T1 VCI(T1)- DC2

Pour T = T2

R10 12 DCI1 - VCI(T2)

R20 gT2 VCI(T2) - DC2 Soit un transistor à effet de champ, dont la dérive en température peut être compensée en modifiant sa tension grille

de OV (à 800C) à -0,3 V (à -40 C).

T1 = - 40 C --VC1 (T1) = -0,3 V

T2 = + 80 C - VC1 (T2) = 0V

On peut écrire: Ri10 'T2 DCI

R20 / T2 DC2

/STl --. DCl. VCI(Tl) YT I DC2 =

AT 2 'T1

S C /2 [DCI - VCl (T1)]- T_. DCl

T2 T 1

Le choix de la valeur de DC1 permet de calculer la valeur de DC2 et le rapport des résistances R1 et R2. La valeur de ces résistances est déterminée par la consommation acceptable dans le circuit contrôlé par rapport à la

consommation dans le circuit de commande.

Les valeurs des tensions d 'alimentation DC1 et DC2 peuvent alors servir de moyens de réglage à posteriori du

dispositif de contrôle en température.

Considérons maintenant un dispositif de contrôle complet, capt eur et circuit de mise en forme, de tel structure différentielle que représenté en figure 2: il est intégré à la même pastille de matériau semiconducteur que le circuit à contrôler en température. La température, détectée directement sur le substrat, sert à contrôler le gain d'une structure différentielle fournissant des tensions complémentaires

fonctions de la température.

Ainsi, un amplificateur peut être stabilisé en contrôlant un étage de cet amplificateur à contrôle automatique de gain. Une structure à effet de champ bigrille peut aussi être contrôlée si la tension contrôlante est appliquée sur la deuxième grille. Un oscillateur peut être stabilisé en température en appliquant une tension de contrôle sur un varactor du circuit. D'autres applications peuvent être concernées à partir du moment o la tension contrôlante peut être appliquée sur une grille d'un transistor ou bien sur une diode. La structure différentielle de la figure 2 comprend deux parties: une première partie qui détecte les variations de température et une seconde partie qui met en forme le signal

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destiné à la commande du circuit à contrôler en température.

La détection des variations de - température se fait avec un pont de résistances équilibré à TO0 (20 C par exemple) et qui fournit une tension proportionnelle à la température au fur et à mesure qu'elle varie. Ce pont est formé d'une part par les résitances R1 et R2, alimentées entre DC1 et la masse, et d'autre part les résistances R3 et R4, alimentées de la même façon. Les résistances du pont ont des coefficients de

température opposés, montées en diagonales.

Les résistances Ri à R4 ont même valeur à To mais des coefficients de température opposés: Rl et R4 ont même coefficient et sont réalisées par exemple en titane (coefficient de température positif), tandis que R2 et R3 sont réalisées par exemple en tantale et ont un coefficient de température négatif, opposé à celui de R1I et R4. Les variations de ces résistances,

avec la température, sont représentées en figure 3.

Dans ce type de pont, les potentiels aux points milieux A et B, égaux à l'équilibre à T, se déplacent en sens

opposés, ce qui augmente la valeur du signal de sortie.

La seconde partie du dispositif est une structure différentlelle à transistors. La charge des deux voies est active et peut donc être adaptée au circuit à compenser en température. Les transistors T2 et T3 sont alimentés, à travers la source de courant T1, entre DC1 et la masse:les tensions de déséquilibres aux points A et B du pont de résistances sont appliquées sur les grilles de T2 et T3. Les transistors de charge T4 et T7 servent à obtenir le bon point de fonctionnement à T0. Les transistors T 5 et T6, commandés par les tensions DC3 et DC4, permettent de contrôler le gain de ce circuit différentiel en fonction du circuit à stabiliser. Les tensions de sortie sont délivrées aux points V2 et V3, communs respectivement à T2/T5 et à T3/T6. La tension V2, appliquée par exemple sur la grille d'un transistor du circuit à contrôler - qui est intégré sur la même pastille - permet d'en stabiliser

les caractéristiques si la température évolue.

La réponse du circuit, en fonction de la température, est donnée en figure 4. Les courbes V2 et V3 (trait plein)

correspondent à une réponse équilibrée parce que DC3 = DC4.

On peut déplacer l'équilibre en faisant varier l'une des tensions DC3 ou DC4, ce qui donne alors, par exemple, la courbe V3 en pointillé: DC3 ' DC 4 La structure différentielle simplifiée présentée sur le schéma de principe peut être conçue plus complètement de

0 manière à obtenir une réponse V2 ou V3 linéaire, parabolique.

t0 logarithmique, etc... en fonction des circuits à stabiliser. Les schémas de ces circuits de mise en forme sont de l'art connu en

conception logique.

L'intérêt de ce nouveau dispositif est son entière compatibilité avec les étapes de réalisation des filières microondes. Le circuit est de petite taille et peut être implanté à côté d'un transistor ou d'un varactor dans le circuit

microonde à stabiliser en température.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de contrôle en température des caractéristiques d'un circuit intégré, porté par un substrat, caractérisé en ce qu'il comporte, intégré sur le même substrat que le circuit à stabiliser, au moins un pont diviseur formé par deux résistances (R1, R?2) alimentées entre deux tensions (DC1,DC2), les résistances (R1,R2) ayant des coefficients de température différents, ce pont délivrant au point commun aux deux résistances une tension (VC1) fonction de la température,

qui est utilisée pour contrôler le circuit intégré à stabiliser.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, intégré sur la même pastille de matériau semiconducteur que le circuit intégré à stabiliser, il est

réalisé au moyen des mêmes technologies.

3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte:' - un pont de mesure formé par quatre résistances (R1 A R4), alimenté entre deux tensions (DC1,DC2) ces résistances étant deux à deux de coefficients de température différents, montées en diagonales, et délivrant deux tensions de déséquilibre en leurs point milieux (A,B) - une structure différentielle de mise en forme des signaux qui est formée par deux premiers transistors (T2,T3) et leurs transistors de charges (T4, T7), alimentés à partir d'une source de courant (T1), ainsi que deux transistors (T5,T6) de réglage, commandés par deux tensions (DC3,DC4), montés en parallèle avec les deux transistors de charge (T4,T7) - les tensions de déséquilibre du pont de mesure étant appliquées aux grilles des deux premiers transistors (T2,T3) et les tensions de sorties (V2,V3) étant recueillies aux points communs entre les premiers transistors (T2, T3) et leurs

transistors de charges (T4,T7).