Contributions à la conception des circuits micro

UNIVERSITE DE LIMOGES
ECOLE DOCTORALE Science – Technologie – Santé
FACULTE des Sciences
Année : 2005 Thèse N° 24-2005
Thèse
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE LIMOGES
Discipline / Spécialité : Electronique des Hautes Fréquences et
Optoélectronique
présentée et soutenue par
Stéphane DELLIER
le 18 Juillet 2005
Outil informatique d’assistance à la conception et méthodologie de
conception de drivers pour la génération d’impulsions optiques
Thèse dirigée par le Professeur Michel Campovecchio
JURY :
R. QUERE Professeur à l’Université de Limoges Président
E. BERGEAULT Professeur à l’ENST de Paris Rapporteur
J.L. GAUTIER Professeur à l’ENSEA de Cergy Rapporteur
D. BAILLARGEAT Professeur à l’Université de Limoges Examinateur
F. BLACHE Ingénieur Alcatel – Thales III-V Lab Examinateur
M. CAMPOVECCHIO Professeur à l’Université de Limoges Examinateur
C. DUPERRIER Maître de Conférence à l’ENSEA de Cergy Examinateur
L. LAPIERRE Expert CNES Examinateur
A. MALLET Ingénieur CNES Examinateur
Contributions à la conception des circuits micro-ondes

Remerciements
Ces travaux ont été réalisés à l’Institut de Recherche en Communications Optiques et Micro-
ondes (IRCOM), unité mixte de recherche CNRS-Université de Limoges, dirigée par le
Professeur A. BARTHELEMY.
J’exprime ma vive reconnaissance à Monsieur R. QUERE, Professeur à l’Université de
Limoges, pour m’avoir accueilli au sein de l’équipe « Circuits et Sous-Ensembles
Electroniques Non Linéaires ».
J’exprime également toute ma gratitude à Messieurs E. BERGEAULT, Professeur à l’Ecole
Nationale Supérieure des Télécommunications (ENST) de Paris et J.L. GAUTIER, Professeur
à l’Ecole Nationale Supérieure de l’Electronique et de ses Applications (ENSEA) de Cergy-
Pontoise, qui ont accepté de juger ce travail en qualité de rapporteurs.
Mes remerciements vont à Monsieur F. BLACHE, Ingénieur à Alcatel-Thales III-V Lab, pour
son intérêt et sa participation très forte dans le domaine des mesures, des montages des
modules, et sa gestion du projet.
Mes remerciements vont également à Messieurs L. LAPIERRE et A. MALLET, Expert et
Ingénieur au Centre National d’Etudes Spatiales (CNES), sans lesquels rien n’aurait été
possible, pour leur intérêt et leur motivation sans faille dans le développement de l’assistant.
Je tiens tout particulièrement à témoigner ma gratitude à M. CAMPOVECCHIO, Professeur à
l’Université de Limoges, pour les conditions de travail et d’encadrement idéales dans
lesquelles ce sont déroulées ce travail. Il a su durant ces années de thèse me faire partager ses
connaissances scientifiques et sa passion pour le domaine des micro-ondes, et de la
conception de circuits en particulier. Je le remercie pour sa disponibilité, son implication, son
enthousiasme, et la confiance qu’il m’a toujours accordé.
Je remercie D. BAILLARGEAT, Professeur à l’Université de Limoges, et C. DUPERRIER,
Maître de Conférence à l’ENSEA de Cergy-Pontoise, d’avoir accepté de participer à ce jury.

J’associe à mes remerciements tous les membres de l’équipe « circuits actifs », de Limoges et
de Brive, pour l’ambiance conviviale dans laquelle s’est déroulée cette thèse, et pour avoir
contribué de près ou de loin à l’accomplissement de ce travail, ainsi que Marie-Claude
LEROUGE, pour sa gentillesse et son efficacité.
Bien sûr, un grand merci à tous les thésards que j’ai eu l’occasion de côtoyer durant ces
années (ils se reconnaîtront), anciens et nouveaux, pour tous les bons moments partagés, les
discussions, les cafs, les soirées …

Table des matières
Introduction générale ................................................................................................................. 2
Partie A : Driver MMIC en technologie pHEMT AsGa à 40GHz de modulateur électro-
absorbant InP pour la génération d’impulsions optiques........................................................... 4
I. Introduction.................................................................................................................... 6
II. Les systèmes de communication sur fibre optique ........................................................ 8
II.A. Généralités ............................................................................................................. 8
A.1. Le support de transmission ................................................................................ 8
A.2. Les éléments du bloc de transmission.............................................................. 14
A.3. Le module d’émission...................................................................................... 17
A.4. Le module de réception.................................................................................... 27
A.5. Les techniques de transmission pour la montée en débit................................. 33
II.B. La prochaine hiérarchie haut-débit à 160 Gbit/s.................................................. 37
B.1. Le projet TOPRATE........................................................................................ 37
B.2. La génération d’impulsions optiques............................................................... 39
B.3. Les modulateurs électro-absorbants................................................................. 41
B.4. Principe de la génération d’impulsions à partir d’un MEA............................. 47
B.5. Principales réalisations de générateurs d’impulsions à partir de MEA ........... 49
III. Conception en technologie pHEMT AsGa d’un driver MMIC à 40 GHz de
modulateur électro-absorbant pour la génération d’impulsions optiques............................ 52
III.A. Caractéristiques et modélisation du MEA InP d’Opto+ .................................. 53
A.1. Structure........................................................................................................... 53
A.2. Mesure et modélisation du taux d’extinction statique ..................................... 54
A.3. Modèle électrique équivalent........................................................................... 57
III.B. Spécifications du driver MMIC ....................................................................... 59
III.C. Topologie du driver actif.................................................................................. 61
C.1. Cellule cascode ................................................................................................ 62
C.2. Quadripôles de polarisation et d’adaptation..................................................... 63
III.D. Méthode de conception.................................................................................... 67