2.2.1 Injection en mode conduit
L’injection de l’agression en mode conduit, est largement répandue et utilisée dans la communauté de la Compatibilité Electromagnétique (CEM). L’expérimen-tation menée en mode conduit possède l’avantage de pouvoir coupler un maximum de puissance en un point spécifique du circuit de test. Ceci va permettre de
me-transistor. Cependant, elle possède un inconvénient, puisqu’elle introduit l’impé-dance d’entrée du générateur « d’attaque ». Ce mode d’injection est dit « invasive », puisque la mesure de la réponse du composant se fait sous certaines conditions d’im-pédance à ses accès, qui dépendent du générateur d’attaque. Le choix d’une étude de la susceptibilité EM menée de façon conduite a été préférée à celle réalisée en mode rayonnée. En effet cette dernière requiert un équipement spécial pour la forte puissance et des antennes adaptées à la bande de fréquences d’étude. Par ailleurs elle présente des problèmes liés au phénomène de champ proche et des difficultés à connaître précisément la puissance incidente au circuit d’étude. Néanmoins, elle possède l’avantage de ne pas affecter le circuit d’étude, tout en gardant l’intégrité du dispositif sous test le plus idéal possible.
2.2.2 Présentation du banc d’expérimentation
Ce banc d’expérimentation, mis en place à l’Université de Montpellier II, permet d’étudier la réponse statique du transistor face à un signal HF. Les équipements de mesure utilisés pour l’injection conduite sont représentés par les schémas blocs conte-nus dans la figure 2.1. L’utilisation d’un synthétiseur de fréquence (EXG N5171B distribué par keysight) permet de générer un signal dans une gamme de fréquences allant de 9 kHz jusqu’à 6 GHz suivant plusieurs types de modulation. Pour augmen-ter la puissance du signal parasite en sortie du synthétiseur, ce dernier est connecté à un amplificateur de puissance HF. L’amplificateur a été développé par nucle-tudes, possédant un gain de 35 ± 2 dB sur une gamme de fréquences allant de 10 MHz jusqu’à 1 GHz. La sortie de l’amplificateur est branchée sur le té de polari-sation (figure 2.13). La capacité du té est couplée à l’entrée de la grille du transistor, tandis que son inductance est reliée à un module USM 1 (pour Unité de Source et Mesure) de l’analyseur paramétrique pour semi-conducteurs (KEITHLEY 4200). Le principal intérêt d’utiliser un tel module, est son fonctionnement dit à quatre quadrants. Cette caractéristique lui permet de générer et d’absorber de la tension et/ou du courant, offrant ainsi la possibilité à l’appareil de fonctionner aussi bien comme une alimentation que comme une charge. Celle (USM) utilisée est dite de moyenne puissance, capable de mesurer une tension maximale de 210 V et un courant maximal de 110 mA, soit une puissance de 2 W. Pour une configuration de mesure ou de source de tension la résolution de l’appareil est respectivement de 20 µV ou
500 µV.
Figure 2.1 – Schémas blocs du banc d’expérimentation permettant de mener une étude de susceptibilité en mode d’injection conduit.
Le module USM 2, connecté à l’inductance du deuxième té de polarisation en sortie du transistor possède une résolution de 100 nA pour la mesure du courant de drain. Les niveaux de courants et tensions mesurés au sein du dispositif sont de l’ordre du mA, ainsi la connectique utilisée entre les inductances des tés et des modules USM est réalisée par des câbles coaxiaux avec terminaison BNC (courant de fuite du câble 1 nA). L’utilisation d’un deuxième té de polarisation, connecté au terminal drain du transistor, permet de séparer le signal HF vis-à-vis du module USM 2, pour le protéger. La capacité du deuxième té de polarisation est terminée par une charge 50 Ω. Cette configuration est importante car elle permet de minimiser les réflexions qui peuvent apparaître en haute fréquence et qui peuvent notamment perturber la précision et la stabilité de la mesure.
L’utilisation d’une sonde de tension permet de mesurer les excursions du signal HF au terminal grille et au niveau du drain du transistor. Cette méthode de prise de mesure renseigne à la fois sur le niveau HF et continu du signal perturbateur.
dernière introduit une capacité de charge, d’une valeur approximative de 0,6 pF, et permet de réaliser une mesure jusqu’à 4 GHz. La ZS4000 est fournie avec différents types de connexions (signal+masse) ; l’utilisation de connectiques les plus courtes possibles permet à la tête de sonde d’être au plus près du point de mesure, rédui-sant au maximum les inductances parasites. La sonde est connectée à un oscilloscope WaveRunner 640Zi, distribué également par Teledyne LeCroy. En configura-tion une voie, l’oscilloscope possède une fréquence maximale d’échantillonnage de 40 GS s−1.
2.2.3 Présentation de la carte de test
La carte de test en circuit imprimé, ou PCBs (pour Printed Circuits Boards), utilisée pour souder le transistor d’étude, a été dessinée à l’aide du logiciel KiCAD, puis gravée à l’aide d’une graveuse LPKF pour circuits imprimés et distribuée par Laser & Electronics. L’élaboration de la carte de test est faite dans l’idée d’étu-dier exclusivement la réponse propre du composant en essayant d’éliminer au maxi-mum l’ajout d’éventuel éléments parasites qui peuvent masquer son comportement sous agression EM.
Le dispositif sous test est monté dans un boî-tier CMS (Composant Monté en Surface) de ré-férence SOT 143B. De plus le transistor pos-sède quatre broches d’accès, permettant l’accès à ses différents terminaux. Les broches 1, 2, 3 et 4 correspondent respectivement aux terminaux
substrat, source, drain et grille. De plus il existe deux diodes zener de protection montées têtes bêches entre la grille et le substrat permettant d’écrêtrer une excur-sion de tenexcur-sion à ±12 V.
La dimension du boîtier est telle que l’espacement entre chaque broche du tran-sistor est de 1,9 mm, ce qui entraîne une contrainte pour le choix des dimensions des pistes. Ainsi, il est primordial d’avoir un réseaux de pistes d’impédance carac-téristiques ZC = 50 Ω, afin d’éliminer les différents parasites lors de la montée en fréquence du signal.
C’est pourquoi, un substrat hyperfréquence a été choisi, puisque pour avoir des impédances de pistes 50 Ω avec un substrat classique FR4, ces dernières doivent
pos-séder une largeur de pistes proche de 3 mm. Le substrat hyperfréquence RODGERS utilisé a ses spécifications caractéristiques représentées dans le tableau 2.1.
Table 2.1 – Spécifications du substrat hyperfréquence. Permittivité relative, ǫr 11,2
Perte fréquentielle, tan δ 0,0022 Épaisseur du substrat 1,28 mm
Épaisseur du cuivre 35 µm
L’élaboration de la carte de test respecte des conventions bien définies, puisque nous avons utilisé un plan de masse métallique homogène d’épaisseur de 35 µm placé en face arrière. De plus, toutes les connexions de la carte mises à la masse sont faites à l’aide d’un « via » métallisé, qui ramène une inductance < 1 nH jusqu’à une fréquence de 1 GHz. Finalement, toutes les pistes possèdent des largeurs w = 1,2 mm, et leurs longueurs sont inférieures à 2 cm, afin de respecter le critère L < λ
10, évitant ainsi l’apparition d’ondes stationnaires à une fréquence de 1 GHz. L’atelier d’électronique est représenté à la figure 2.2.
Figure2.2 – Disposition de l’atelier d’électronique au CEA Gramat. L’atelier est composé d’une machine à graver les circuits imprimés, d’un poste de soudure et de différents accessoires qui permettent de réaliser proprement les différents prototypes de test nécessaires au bon déroulement de ce travail de thèse.
Le banc d’expérimentation mis en place à l’Université de Montpellier permet d’étudier le comportement statique du transistor. De plus les modules USM assurent
D DS D GS
ou sans agressions EM. Cela a permis de réaliser une étude générale de la sus-ceptibilité EM d’un composant nMOS. La présentation des résultats montrant la modification du comportement statique sous agression sera faite au chapitre 4 du manuscrit. La précision de la mesure a donné lieu à l’élaboration d’un modèle semi-empirique, permettant la prédiction de la valeur du courant de drain ID dans tous les régimes (faible, moyenne et forte inversion) et zones de fonctionnement (linéaire, non saturée et saturée) avec un signal HF appliqué au terminal grille du dispositif.
La section suivante présentera le banc d’expérimentation mis en place au CEA Gramat, qui a pour objectif la mesure précise des formes d’onde des quatre courants du composant et des tensions aux accès du composant. Cette mesure des courants renseigne sur les variations des charges naissant au sein de la structure sous pertur-bation EM.