Dispositif inductif intégré.

Abstract

 Dispositif inductif intégré comprenant une spire centrale (2) disposée entre deux spires externes (3,4) couplées mutuellement à la spire centrale (2) de manière à former deux motifs sensiblement en forme de huit ayant une partie commune correspondant à ladite spire centrale (2).

Description

[0001] L'invention concerne les circuits intégrés, notamment les dispositifs inductifs intégrés et en particulier ceux réalisés dans les oscillateurs commandés en tension des appareils de communication sans fil.

[0002] Actuellement, les dispositifs inductifs intégrés au sein des circuits électroniques sont des dispositifs qui comprennent une pluralité de bobines, dites « spires ». Mais ces spires induisent des champs électromagnétiques dans les zones voisines du dispositif inductif et perturbent le fonctionnement des composants qui se situent dans le voisinage proche du dispositif inductif.

[0003] En outre, les dispositifs inductifs doivent être intégrés dans des circuits qui sont de plus en plus miniaturisés.

[0004] Il est donc avantageux de concevoir des dispositifs inductifs qui ont une surface suffisamment faible pour être facilement intégrés dans lesdits circuits électroniques.

[0005] Par ailleurs, il est intéressant de fournir des dispositifs inductifs ayant une inductance suffisamment élevée et qui génèrent des champs électromagnétiques les plus faibles possibles afin de réduire les perturbations électromagnétiques au voisinage du dispositif inductif.

[0006] On peut par exemple citer la demande de brevet américain US 2005/0195063, qui décrit un dispositif inductif intégré comprenant deux spires coplanaires couplées mutuellement de manière à former sensiblement un huit avec une boucle haute et une boucle basse, lesdites spires étant sensiblement symétriques par rapport à un axe horizontal de l'inductance. Mais ce dispositif inductif comporte dissymétrie qui entraîne une non-homogénéité des champs électromagnétiques induits au voisinage du dispositif inductif. Ce dispositif inductif ne permet pas non plus de réduire de manière suffisante les champs électromagnétiques induits.

[0007] Il est donc proposé selon un mode de réalisation un dispositif inductif intégré permettant de réduire les niveaux de couplage avec l'environnement, c'est-à-dire réduire les champs électromagnétiques induits au voisinage de ce dispositif inductif, tout en conservant une surface faible pour le dispositif inductif intégré considéré.

[0008] Selon un aspect, il est proposé un dispositif inductif intégré comprenant une spire centrale disposée entre deux spires externes couplées mutuellement à la spire centrale, de manière à former deux motifs sensiblement en forme de huit ayant une partie commune correspondant à ladite spire centrale.

[0009] Ce dispositif permet de réduire les niveaux de couplage avec l'environnement, notamment grâce à la spire centrale qui génère un champ électromagnétique induit opposé aux champs électromagnétiques induits par les deux spires externes. Un tel dispositif permet également d'obtenir un diamètre externe suffisamment faible, ce diamètre externe étant par exemple compris entre 150 et 400 micromètres.

[0010] Avantageusement, la spire centrale est intégralement insérée entre les spires externes.

[0011] Cette disposition des spires permet d'améliorer l'homogénéité du champ électromagnétique induit généré dans les zones voisines du dispositif inductif. Ainsi, on empêche la création d'un champ électromagnétique induit important dans une zone privilégiée voisine du dispositif inductif.

[0012] Le dispositif peut également comprendre un axe de symétrie situé dans le plan du dispositif.

[0013] Ceci permet de fournir un dispositif inductif sensiblement parfaitement symétrique (aux tolérances de fabrication près) par rapport à un axe du dispositif, ce qui améliore l'homogénéité du champ électromagnétique induit en périphérie de ce dispositif. Par ailleurs, un dispositif inductif qui présente une symétrie sensiblement parfaite permet de faciliter sa fabrication et favoriser son intégration au sein d'un circuit électronique.

[0014] Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un axe supplémentaire situé dans le plan du dispositif et perpendiculaire audit axe de symétrie du dispositif, chaque spire externe étant sensiblement symétrique par rapport à l'axe supplémentaire.

[0015] Selon encore un autre mode de réalisation, la spire centrale est ouverte et symétrique par rapport audit axe de symétrie et le dispositif comprend deux moyens d'alimentation connectés à la spire centrale au voisinage de son ouverture.

[0016] Une ouverture pratiquée au niveau de la spire centrale permet de libérer l'accès au point milieu du dispositif inductif.

[0017] En outre, la spire centrale peut être en vis-à-vis de la totalité des spires externes.

[0018] Ainsi, les trois spires de l'inductance possèdent sensiblement un même diamètre externe, ce qui favorise d'une part, l'homogénéité du champ électromagnétique induit, et d'autre part, améliore la réduction des niveaux de couplage.

[0019] Selon un autre aspect, il est proposé un circuit intégré comprenant un dispositif inductif intégré tel que défini précédemment.

[0020] Selon encore un autre aspect, il est proposé un oscillateur commandé en tension comprenant un circuit intégré muni d'un dispositif inductif intégré tel que défini précédemment.

[0021] Selon encore un autre aspect, il est proposé un appareil de communication sans fil comprenant un oscillateur commandé en tension tel que défini ci-dessus.

[0022] On peut ainsi, notamment, fournir un dispositif inductif intégré dans un oscillateur commandé en tension afin de réduire les champs électromagnétiques induits provenant, par exemple, d'un amplificateur de puissance situé dans le voisinage de l'oscillateur commandé en tension et qui sont susceptibles de perturber le fonctionnement de l'oscillateur commandé en tension. Un tel dispositif inductif intégré permet d'améliorer le signal de sortie délivré par l'oscillateur commandé en tension lorsque ce dernier est placé dans un environnement à fortes perturbations électromagnétiques.

[0023] D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation de l'invention, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :

• la figure 1 illustre de façon schématique un mode de réalisation d'un dispositif inductif intégré ;
• la figure 2 illustre de façon schématique des courbes d'inductance de différents dispositifs inductifs intégrés ;
• les figure 3 et 4 illustrent de façon schématique les niveaux de couplage de trois dispositifs inductifs intégrés ; et
• la figure 5 illustre de façon schématique un appareil de communication sans fil.

[0024] Sur la figure 1, on a représenté de façon schématique un mode de réalisation d'un dispositif inductif intégré 1 destiné à être intégré dans un circuit intégré.

[0025] Le dispositif inductif intégré comprend une spire centrale 2 et deux spires externes 3, 4. Le dispositif inductif 1 comprend également un axe de symétrie A et un axe supplémentaire B qui est perpendiculaire audit axe de symétrie A.

[0026] La spire centrale 2 comprend une ouverture C, située dans l'axe de l'axe de symétrie A du dispositif inductif 1, afin de pouvoir alimenter ce dernier. Le dispositif inductif 1 comprend en outre deux moyens d'alimentation 5, 6 connectés à la spire centrale 2 et au voisinage de son ouverture C. La spire centrale 2, ainsi que les spires externes 3, 4 sont coplanaires, selon un plan P du dispositif inductif intégré 1.

[0027] L'axe de symétrie A et l'axe supplémentaire B sont également coplanaires auxdites spires 2 à 4.

[0028] Le dispositif inductif intégré 1 comprend au moins deux niveaux de métallisation (un niveau supérieur et un niveau inférieur) séparés par un diélectrique. On a représenté sur la figure 1 le niveau de métallisation supérieur du dispositif inductif 1 en traits pleins et le niveau inférieur en pointillés.

[0029] Les deux spires externes 3, 4 sont couplées mutuellement à la spire centrale 2 de manière à former deux motifs sensiblement en forme de huit, ayant une partie commune correspondant à ladite spire centrale 2. La première spire externe 3 est couplée mutuellement à la spire centrale 2 par une première liaison 7. La deuxième spire externe 4 est également couplée mutuellement à la spire centrale 2 via une deuxième liaison 8. La première liaison 7 comporte une partie 7a sur le niveau de métallisation supérieur et une partie 7b sur le niveau de métallisation inférieur, la partie 7b étant reliée au niveau de métallisation supérieur par des vias (non représentés ici à des fins de simplification). La deuxième liaison 8 comporte une partie 8a sur le niveau de métallisation supérieur et une partie 8b sur le niveau de métallisation inférieur, la partie 8b étant reliée au niveau de métallisation supérieur par des vias (non représentés ici à des fins de simplification).

[0030] On a également représenté sur la figure 1 le sens du parcours D du courant traversant le dispositif inductif 1. Le courant d'alimentation du dispositif inductif 1 entre par le premier moyen d'alimentation 5 et sort par le deuxième moyen d'alimentation 6.

[0031] En outre, le courant d'alimentation parcourt les spires externes 3, 4 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Le courant génère ainsi dans la première spire externe 3 un premier champ électromagnétique induit selon un premier axe de direction E qui est perpendiculaire au plan P du dispositif inductif 1 et orienté dans une première direction. De manière similaire, le courant génère également dans la deuxième spire externe 4 un deuxième champ électromagnétique induit selon un deuxième axe de direction F qui est également perpendiculaire au plan P du dispositif inductif 1 et orienté dans la même première direction que le premier axe de direction E.

[0032] Le courant d'alimentation parcourt la spire centrale 2 dans le sens des aiguilles d'une montre, et génère ainsi un troisième champ électromagnétique induit selon un troisième axe de direction G qui est perpendiculaire au plan P du dispositif inductif 1 et orienté dans une deuxième direction opposée à la première direction des axes de direction E, F des spires externes 3, 4. Ce troisième champ électromagnétique induit permet de compenser les deux premiers champs électromagnétiques, permettant ainsi de réduire les niveaux de couplage entre le dispositif inductif 1 et les composants du circuit intégré situés dans le voisinage de ce dernier.

[0033] On notera que le troisième axe de direction G est situé sensiblement au point milieu du dispositif inductif 1 et que ce point milieu est accessible à partir de l'ouverture C de la spire centrale 2.

[0034] On notera également que les spires externes 3,4 comportent chacune un point milieu et que les deux axes de direction E, F passent respectivement par lesdits points milieu des spires externes 3,4.

[0035] Par ailleurs, la spire centrale 2 est intégralement insérée entre les spires externes 3, 4 de manière que les points milieu des spires externes 3,4 sont alignés avec le point milieu du dispositif inductif. C'est-à-dire que les trois points milieux sont alignés selon l'axe supplémentaire B, ce qui favorise l'homogénéité du champ électromagnétique global induit par le dispositif inductif 1.

[0036] En outre, la spire centrale 2 est en vis-à-vis de la totalité des spires externes de manière que les trois spires 2, 3, 4 ont sensiblement le même diamètre.

[0037] Sur la figure 2, on a représenté, à titre de comparaison, trois courbes d'inductance S1, S2, S3 en fonction du diamètre externe De du dispositif inductif intégré 1.

[0038] La première courbe S1 est obtenue à partir d'un dispositif inductif intégré comportant une seule spire. La deuxième courbe S2 est obtenue à partir d'un dispositif inductif intégré comportant deux spires tel que décrit dans la demande de brevet américain US 2005/0195063. La troisième courbe S3 est obtenue à partir d'un dispositif inductif intégré 1 comportant trois spires tel que décrit à la figure 1.

[0039] L'axe des abscisses correspond à l'inductance L d'un dispositif inductif intégré exprimée en nano henry. L'axe des ordonnées correspond au diamètre De du dispositif inductif intégré exprimé en micromètres.

[0040] La comparaison des trois courbes permet de mettre en évidence l'augmentation de l'inductance L, pour un même diamètre De, du dispositif inductif intégré 1 tel que décrit à la figure 1, par rapport à l'état de la technique représenté par les deux premières courbes S1, S2.

[0041] Sur la figure 3, on a représenté de façon schématique trois systèmes Sy1, Sy2, Sy3 comprenant chacun un premier dispositif inductif de référence LS1 et un deuxième dispositif inductif différent pour chaque système Sy1, Sy2, Sy3, afin de mesurer le niveau de couplage entre chaque deuxième dispositif inductif et le dispositif inductif de référence LS1 en vue de pouvoir comparer le niveau de couplage généré par chacun des différents dispositifs inductifs.

[0042] Le dispositif inductif de référence LS1 comporte une spire unique.

[0043] Le premier système Sy1 comprend le premier dispositif inductif de référence LS1 situé à une distance de 200 micromètres d'un deuxième dispositif inductif LS1 identique au premier.

[0044] Le deuxième système Sy2 comprend le dispositif inductif de référence LS1 situé à une distance de 200 micromètres d'un deuxième dispositif inductif LS2 comportant deux spires tel que décrit dans la demande de brevet américain US 2005/0195063.

[0045] Le troisième système Sy3 comprend le dispositif inductif de référence LS1 situé à une distance de 200 micromètres d'un deuxième dispositif inductif LS3 comportant trois spires tel que décrit à la figure 1.

[0046] Sur la figure 4, on a représenté, à titre de comparaison, trois courbes de mesure du niveau de couplage T1, T2, T3 respectivement des trois systèmes Sy1, Sy2, Sy3 décrits à la figure 3 précédente.

[0047] Les niveaux de couplage sont exprimés en décibels en fonction de la fréquence (en gigahertz) du courant qui parcourt les dispositifs inductifs. On notera que l'unité décibel (notée dB) est une unité logarithmique de mesure du rapport entre deux puissances. Cette unité est sans dimension et définit une échelle d'intensité connue de l'homme du métier.

[0048] La comparaison des trois courbes permet de mettre en évidence la réduction du niveau de couplage du dispositif inductif LS3, tel que décrit à la figure 1, par rapport à l'état de la technique représenté par les deux dispositifs inductifs LS1 et LS2. Ainsi, on peut noter que le dispositif inductif LS3 permet d'améliorer le couplage d'environ 15 dB par rapport au dispositif inductif LS2 tel que décrit dans la demande de brevet américain US 2005/0195063.

[0049] Sur la figure 5, on a représenté de façon schématique un appareil de communication sans fil 10.

[0050] Cet appareil de communication sans fil 10 comprend une antenne 11 pour émettre et recevoir des signaux de communication avec une station de base distante.

[0051] Cet appareil comporte une chaîne de transmission comprenant, de façon classique, un étage de traitement numérique ETN, un étage de traitement analogique ETA et l'antenne 11.

[0052] L'étage de traitement numérique ETN génère un signal en bande de base destiné à l'étage de traitement analogique ETA.

[0053] L'étage de traitement analogique ETA comprend notamment un mélangeur MIX, un préamplificateur de puissance PPA, un amplificateur de puissance PA et une boucle à verrouillage de phase PLL comportant un oscillateur commandé en tension VCO. L'oscillateur commandé en tension VCO comprend un circuit intégré CI qui comporte au moins un dispositif inductif intégré 1 tel que décrit à la figure 1. La sortie de l'oscillateur commandé en tension VCO fournit un signal de transposition pour le mélangeur MIX.

[0054] Le mélangeur MIX reçoit également le signal, par exemple en bande de base, depuis l'étage de traitement numérique ETN et transpose en fréquence le signal en bande de base en un signal radiofréquence destiné à être émis pour la station de base distante. Ce signal radiofréquence est amplifié par une chaîne d'amplification comprenant le préamplificateur de puissance PPA et l'amplificateur de puissance PA, puis est émis grâce à l'antenne 11 de l'appareil 10.

[0055] Ainsi, grâce à un tel dispositif inductif intégré 1, on réduit les niveaux de couplage entre l'oscillateur commandé en tension VCO et, en particulier, l'amplificateur de puissance PA, favorisant ainsi la réduction des signaux parasites provenant de l'amplificateur de puissance PA et améliorant le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension VCO.

Revendications

1. Dispositif inductif intégré, caractérisé en ce qu'il comprend une spire centrale (2) disposée entre deux spires externes (3,4) couplées mutuellement à la spire centrale (2) de manière à former deux motifs sensiblement en forme de huit ayant une partie commune correspondant à ladite spire centrale (2).

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la spire centrale (2) est intégralement insérée entre les spires externes (3,4).

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant un axe de symétrie (A) situé dans le plan (P) du dispositif.

4. Dispositif selon la revendication 3, comprenant un axe supplémentaire (B) situé dans le plan (P) du dispositif et perpendiculaire audit axe de symétrie (A) du dispositif, chaque spire externe (3,4) étant sensiblement symétrique par rapport à l'axe supplémentaire (B).

5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel la spire centrale (2) est ouverte et symétrique par rapport audit axe de symétrie (A) et le dispositif comprend deux moyens d'alimentation (5,6) connectés à la spire centrale (2) au voisinage de son ouverture (C).

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la spire centrale (2) est en vis-à-vis de la totalité des spires externes (3,4).

7. Circuit intégré comprenant un dispositif inductif intégré selon l'une des revendications 1 à 6.

8. Oscillateur commandé en tension (13), comprenant un circuit intégré selon la revendication 7.

9. Appareil de communication sans fil (10) comprenant un oscillateur commandé en tension (13) selon la revendication 8.

Dessins