4.3. C IRCUITS SUR SUBSTRATS FLEXIBLES
4.3.4. Simulations sur le circuit
Après avoir réalisé le schéma électronique du détecteur d’amplitude, des simulations ont été réalisées sur le circuit en utilisant le même modèle que pour les transistors organiques. Une nouvelle fois nous avons utilisé le logiciel GoldenGate dans l’environnement CADENCE Virtuoso®.
4.3.4.1. Simulations transitoires (temporelles)
Les simulations transitoires sont nécessaires pour vérifier le bon comportement du circuit. Elles nous permettent de contrôler que les transistors sont polarisés correctement, dans leur régime saturé (VDS > VGS – Vth), ainsi que l’allure des signaux de courant et tensions aux différents nœuds du circuit : entrée de la paire différentielle, entrée du rectifieur de tension, sortie du rectifieur, sortie du détecteur d’amplitude.
Les résultats de l’analyse temporelle en réponse à une tension sinusoïdale de fréquence 10 Hz et d’amplitude 500 mV crête (« mV peak » ; mVp) sont montrés en Figure IV-31.
On remarque sur la Figure IV-31. b) l’amplification de leur amplitude par un facteur 4 après que le signal soit passé dans la paire différentielle.
En sortie du rectifieur on remarque que la fréquence du signal a été doublée par rapport à la tension d’entrée, elle est donc de 20 Hz. La composante continue de ce signal a, elle, varié de - 5,50 à - 5,75 V environ. En effet, la multiplication de deux signaux de fréquence f1 et f2, génère un signal composé de deux fréquences : l’une a f1 - f2, l’autre à f1 + f2. Notre élévateur au carré fonctionne sur le même principe, avec f1 = f2. Dans notre cas, on obtient une composante fréquentielle à 0 Hz (composante continue du signal), et une composante à deux fois f1 (= 20Hz). La composante utile dans notre cas est la composante DC.
Enfin nous pouvons observer en Figure IV-31. d) le signal de sortie du circuit détecteur d’amplitude. En effet, cette courbe correspond au signal à la sortie du rectifieur après filtrage. La composante fréquentielle à 20 Hz a été éliminée pour ne garder que la composante continue (f = 0 Hz).
Afin d’avoir une meilleure vue d’ensemble nous avons regroupé les caractéristiques de chaque signal à la sortie des points critiques du circuit en Figure IV-31. e).
Ces simulations sont en ligne avec le comportement attendu pour ce circuit. Elles nous permettent d’avoir un bon niveau de confiance dans la réalisation de notre montage.
a) b)
c) d)
e)
Figure IV-31. Représentations graphiques des analyses temporelles effectuées sur le circuit. a) Signal d’entrée appliqué à la paire différentielle ; b) signal de sortie de la paire différentielle ; c) signal rectifié à la sortie de l’élévateur au carré ; d) signal de sortie du détecteur d’amplitude (ici, sur 10 s). e) Regroupement des tensions d’entrée et de sortie dans le circuit, on remarque l’amplification du signal après être passé dans la paire différentielle. On peut également observer la multiplication par deux de la fréquence à la sortie du rectifieur de tension.
4.3.4.2. Simulations fréquentielles
Ces simulations sont réalisées dans le but de connaître la bande passante de notre circuit. Celle-ci est généralement donnée par la fréquence à laquelle le gain passe en dessous du gain maximum auquel on retire 3 dB. C’est la bande passante à - 3 dB (BW3dB). La Figure IV-32 montre les résultats de la simulation et de l’extraction de la BW3dB.
Figure IV-32. Représentation graphique de la simulation de la réponse fréquentielle du circuit. La bande passante est extraite pour une valeur du gain maximal auquel on a retiré 3 dB.
Les résultats de la simulation nous montre une bande passante à - 3 dB d’environ 260 Hz. C’est-à-dire que la fréquence du signal d’entrée doit être comprise entre 0 Hz et 260 Hz pour fournir une valeur correcte de son amplitude à la sortie du détecteur.
Au-delà, le signal en sortie de l’amplificateur serait notablement atténué, et le détecteur d’amplitude fournirait une valeur qui ne reflète pas fidèlement l’amplitude du signal d’entrée.
4.3.4.3. Simulations spectrales en régime établi (« harmonic balance »)
Les simulations spectrales en régime établi (Harmonic balance) permettent de tracer les spectres en tension et courant aux différents nœuds du circuit. Il est ainsi plus aisé de voir les composantes spectrales de chaque signal.
La Figure IV-33 montre les spectres d’amplitude de tension, en dB.V (20.log(Vcrête)) aux points clés du circuit, lorsque celui-ci est excité par une tension d’entrée sinusoïdale d’amplitude 500 mVp et une fréquence de 10 Hz.
a) b)
c) d)
Figure IV-33. Représentations graphiques des spectres en amplitude de tension pour les simulations spectrales en régime établi sur les différents points du circuit : a) Signal d’entrée appliqué à la paire différentielle ; b) signal de sortie de la paire différentielle ; c) signal rectifié à la sortie de l’élévateur au carré ; d) signal de sortie du détecteur d’amplitude.
A partir de ces courbes, nous avons réalisé un balayage des valeurs de l’amplitude du signal d’entrée, et nous avons extrait les valeurs de tension de sortie associées, pour tracer la caractéristique du détecteur d’amplitude (Figure IV-34).
Lorsqu’on mesure une variation de la tension continue sur la tension de sortie Vout, alors cette courbe nous renseigne sur l’amplitude du signal présent à l’entrée du circuit Vin. On obtient alors une bonne idée du gain de conversion de l’ensemble du circuit.
Figure IV-34. Représentation graphique de la simulation des caractéristiques de transfert de notre circuit détecteur d’amplitude aux fréquences 1, 10, 100 et 500 Hz.
On remarque sur la Figure IV-34 que les courbes obtenues avec une fréquence d’entrée de 1, 10 et 100 Hz sont quasiment identiques. En revanche à 500 Hz, le gain de l’ensemble a nettement diminué : la fréquence d’entrée est supérieure à la bande passante de l’amplificateur.