Le laboratoire XLIM possède des équipements et des bancs de test RF et microondes permettant la caractérisation de composants, de circuits et de sous-systèmes dans des conditions réelles de fonctionnement en régime établi fortement non linéaire. Ces équipements sont différents selon les gammes de puissance, les gammes de fréquences des dispositifs à tester.
Il est possible de distinguer actuellement des bancs de caractérisation matures permettant :
Les bancs de caractérisation mature sont les suivants :
Ce banc permet de caractériser des transistors de puissance RF dans un environnement de type charge et/ou source active/passive multiharmoniques.
Les caractéristiques techniques et les applications possibles de ce banc sont les suivantes :
Type d'excitation
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Polarisation
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Variation de Charge
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Gamme de fréquence
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Gamme de Puissance
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CW (1 ton)
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Continue /impulsionnelle
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Active / Passive
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500MHz-26,5GHz
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<33 dBm
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CW (1 ton) impulsionnel
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Continue /impulsionnelle
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Active / Passive
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500MHz-26,5GHz
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<40 dBm
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Biporteuse (2 tons)
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Continue /impulsionnelle
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Active / Passive
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500MHz-26,5GHz
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<33 dBm
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Biporteuse impulsionnelle
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Continue /impulsionnelle
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Active / Passive
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500MHz-26,5GHz
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<40 dBm
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Le fonctionnement du transistor polarisé en continu ou par des impulsions peut alors être optimisé en adaptant les impédances de sourceet/ou de charge suivant des critères de puissance, de rendement ou de linéarité.
Une fois étalonné par une procédure d’étalonnage complète, précise et rigoureuse, ce banc permet d'extraire les caractéristiques suivantes :
Les objectifs finaux sont :
Le banc de caractérisation de paramètres S à chaud dans le domaine fréquentiel dans un environnement de type charge et de source active est dédié à l’étude fondé sur l’utilisation d’un signal de pompe et d’une perturbation, permettant ainsi de prédire les phénomènes d’instabilités paramétriques hors bandes en fonction des conditions de fermetures aux accès du dispositif sous test et du niveau de puissance du signal de pompe. Ce banc de mesure s’avère précieux comme outil pour l’analyse prédictive des conditions de fonctionnement vis à vis de la stabilité hors bande
LSNA (Large Signal Network Analyser)
Fondé sur un matériel prototype au mode de fonctionnement innovant, il donne accès à la mesure absolue (et non relative) des ondes incidentes et réfléchies aux fréquences fondamentales et harmoniques dans les plans du transistor.
L’étalonnage de ce banc de caractérisation nécessite une étape supplémentaire par rapport à l’étalonnage du premier banc de caractérisation fonctionnelle dans le domaine fréquentiel : il s’agit d’un calibrage en phase à partir d’un nouveau standard de référence en phase dont le signal de sortie constitué, dans le domaine fréquentiel, d’un peigne de Dirac est parfaitement connu en amplitude et en phase.
Grâce à cet étalonnage supplémentaire il est donc possible de mesurer la forme temporelle des ondes de puissances aux accès du dispositif sous test lorsqu’il fonctionne en régime fortement non linéaire avec des signaux tests d’excitation monoporteuse.
Les caractéristiques techniques et les applications possibles de ce banc sont les suivantes :
Type d'excitation
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Polarisation
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Variation de Charge
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Gamme de fréquence
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Gamme de Puissance
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CW (1 ton)
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Continue
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Active / Passive
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500MHz-50GHz
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<33 dBm
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Une fois étalonné, ce banc permet :
Banc de caractérisation d'enveloppes
Ce banc permet de réaliser des mesures calibrées d’enveloppes temporelles de modulation de signaux micro-ondes aux accès de modules d'amplificateurs de puissance.
Ce banc de mesure permet de caractériser la linéarité des amplificateurs de puissance « multi-porteuses » par le critère du NPR : « Noise power ratio ».
Cette activité permet aussi la caractérisation et l’identification de phénomènes non linéaires a dynamique lente d’origine électrique ou thermique.
Ce banc a aussi pour vocation de permettre l’élaboration de modèle qualifié de modèle comportemental (boîte noire).
Type d'excitation
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Polarisation
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Variation de Charge
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Bande passante (signaux modulés)
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Dynamique |
Gamme de fréquence (fréquence porteuse)
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Gamme de Puissance
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Multiporteuses (signaux modulés)
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Continue
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Active / Passive
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<250 MHz
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<48 dB |
1 GHz-4GHz
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<33 dBm
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Les objectifs de recherche à l’avenir concernent principalement :
Objectifs avérés
Objectif : extraire des formes d’ondes temporelles à partir de signaux de test multiporteuses dans des bandes pouvant atteindre 250 à 500 MHz.
Principe de l'Echantillonnage Ultra Haute Fréquence
Les techniques d'échantillonnage rapides sont la base pour la caractérisation du comportement non-linéaire des composants à haute fréquence.
Les convertisseurs analogiques numériques ultra hautes fréquences 4 voies synchronisées n'existent pas actuellement pour mesurer simplement et directement des signaux hyperfréquence ou microondes.
La principale limitation concernant cette technologie est liée à la fréquence maximale d’entrée des têtes d’échantillonnage (limitée à 50 GHz) qu’il faudrait étendre à 100 voire 200 GHz et à la bande passante des signaux analysables avec les technologies actuelles (20 MHz) qu’il faudrait étendre à 50, 100 ou 250 MHz. Ces modifications de performances impliquent une recherche de composants adéquats pour concevoir de nouvelles têtes d’échantillonnage. Le développement de circuits intégrés associés à la conception de ces nouvelles têtes d’échantillonnage est très coûteux mais la recherche dans ce domaine constitue la clef de voûte de l’instrumentation avancée dans les année à venir.
XLIM institute pools of equipments and benches allow RF and microwaves test and characterization on components, circuits and materials in linear domain. These equipments can assess various ranges of frequencies according devices to be tested.
9 Vector Network Analyzers for conventional and pulse mode [S] parameters measurement:
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This bench uses a probe station equipped with a controlled temperature chuck (from -180°C to 250°C) inside a hermetic chamber allowing operating in high vacuum or in nitrogen controlled atmosphere. This station guaranteeing an atmosphere devoid of humidity is mainly used to lead reliability studies on not packaged RF MEMS switches, capacitors and varactors.
Tried for several years, the cavity method allows to characterize in a very wide domain of frequencies, dielectric materials at room temperature or in temperature. Thanks to a set of varied size cavities, materials characterization can be made in relevant frequencies of telecommunications sector from 2GHz until 90GHz.
The sample must cover all the section of the cavity.
The gap in frequency of the mode of cavity loaded by the sample compared with that of the vacuous cavity allows to raise to the value of its real permittivity.
The comparison between quality factors in charge of the cavity with and without allows to go back up to its dielectric losses tangent.
Other resonants characterization methods are available such as, the dielectric resonator method, the open cavity method, the two-tier dielectric resonator method, … to characterize low losses and very low losses dielectric materials, very high permittivity materials as well as thin films materials.
Reflexion/transmission methods have been developped for losses dielectric materials characterisation in a very wide range of frequencies such as coaxial guide radiant or loaded methods and waveguide rectangular or circular methods.
Engraving machine by laser ablation of wavelength 1064 nm and of strong power (20W max). It bases on a system piloted by computer accepting CAO files such as Gerber and IGS (2D and 3D).
This machine allows us ablation of metallic layers for the creation of transmission lines, circuits, ….The strong power of this laser allows ceramic substrats cut of and their drilling (cylindrical vias for example).
"Double- wavelength digital holography microscope in reflection mode (DHM- R2100 from Lyncéetec, Switzerland). It allows real time, 2D and 3D measurements with nanometer-scale resolution of micro-and nanometric devices (NEMS/MEMS, MOEMS etc.), phase-change materials, surface topography, morphology of biological specimens, etc. Equipped with a video stroboscopic module (7.5-ns pulses) allowing measurements in dynamic mode (from 0.1Hz to 25MHz) of switching times, specific resonant frequencies etc."
MOEMS in high state, not activated state (a), and during activation in 1450 kHz (b). The suspended membrane in Z axis in longitudinal sections are illustrated (c).