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Université Paris-Diderot - Paris VII (2003-06-17), Alquié Georges (Dir.)
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Circuits intégrés amplificateurs à base de transistors HEMT pour les transmissions numériques à très haut débit (>=40 Gbit/s)
Chafik MELIANI1

La systématisation de la conversion analogique/numérique a eu pour effet d'uniformiser le mode de transmission de données aux transmissions numériques ; et notamment sur fibre optique. Dans ce cadre, cette thèse traite des méthodologies de conception et faisabilité de circuits amplificateurs de signaux rapides. Après l'étude de l'effet des éléments parasites sur les structures amplificatrices de base (spécifiquement, les problèmes de chemins de masse, et de référencement de signaux d'entrée), la théorie de distribution est appliquée à la technologie coplanaire InP ; où via une méthodologie que nous avons cherché à systématiser (notamment pour les conditions d'égalité et de faible variation des délais de groupe), sont réalisés des amplificateurs large bande avec Fc=92GHz et entre autres, un produit gain-bande à l'état de l'art de 410 GHz. Au delà des problèmes posés par la technologie coplanaire tels que les discontinuités de masse et la nécessité de préserver le mode de propagation coplanaire, elle ouvre de nouvelles possibilités telles que des lignes artificielles d'entrée/sortie à longueurs identiques, et permet une compacité plus élevée que celle des techniques micro-ruban. Les limites de l'amplification différentielle sont ensuite investies et repoussées, en proposant une structure innovante : la paire différentielle distribuée ; alliant ainsi le fonctionnement à courant constant du mode différentiel (donc avec un degré de liberté supplémentaire, pour le potentiel DC en sortie), à l'aspect large bande du distribué. Des amplificateurs avec 4 Vpp en sortie à 40 Gbit/s ont ainsi été réalisés en pHEMT GaAs. Ce résultat, permettrait à terme, l'élimination des capacités de passage dans les modules driver et la conception de drivers de modulateur mono-puce.
1:  OPTO+ (Alcatel R&I - FranceTelecom R&D)
Electronique – Communications optiques – Amplificateurs large bande – High Electron Mobility Transistor (HEMT) – Circuits intégrés rapides – Technologies InP – GaAs – Driver de modulateur – Distribués – Electronics – Optical communications – Broadband amplifiers – Very high speed integrated circuits – InP – GaAs Technologies – modulator drivers – Distributed

In the framework of optical long haul transmissions, this thesis analyses design methodologies and feasibility of front-end electrical amplifiers for optical fibre transmissions. Following the study of the layout parasitics effect (especially the ground paths and the referenced input signals aspects) on the conventional amplifying structures, the theory of distribution was applied to our InP coplanar technology. Through a methodology that we aimed to systematise, especially for the low variation and equality group delay conditions, broadband amplifiers with Fc=92GHz and amongst others, a state of the art gain-bandwidth product of 410 GHz were fabricated. Despite the difficulties inherent to the coplanar techniques such as the ground areas discontinuity, they allow for more compact chips than the micro-strip techniques, as well as identical length input/output artificial transmission lines. The limits of the differential amplification were subsequently studied and extended, by proposing an innovating structure: the distributed differential pair. Thus, combining the constant current operation of the differential-mode (then less critical bias conditions) with the distributed broadband aspect. Amplifiers with 4 Vpp output voltage at 40 Gbit/s were fabricated in pHEMT GaAs. This is a promising result for the one-chip integration of future modulator drivers by avoiding broadband bypass capacitors.

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