Etude et modélisation des propriétés dynamiques des transistors MOS de puissance radio fréquences (UHF)

(Reçu le 28 avril 1993, accepté le 2 décembre 1993)

Abstract
Recent progress in the field of power MOSFET's aimed at fabricating devices whose performances in the power and frequency domains offer the opportunity of working in VHF and UHF bands. In telecommunications, the main application is the output stage (emission) in repeaters of mobile radiotelephony in the narrow bands of 890-915 MHz and 935-960 MHz, designed for the European system GSM (Global System for Mobile communications). In this paper, the main properties of the power MOSFET are analysed using an original physical model. This model is further simplified and embedded in the softwares SPICE and ELDO. Comparing the simulated and experimental static and small signal characteristics as well as the behaviour of resistive switching allows validation of our approach. Then, an UHF power MOSFET amplifier stage is analysed by considering a time domain methodology. Good agreement is found between experimental and simulated results on power gain, power output, large signal impedances and intermodulation distortion products.

Résumé
Les progrès effectués dans la technologie des transistors MOS de puissance permettent de réaliser des composants dont les performances en fréquence et en puissance offrent l'opportunité d'une utilisation en tant qu'amplificateur dans les bandes VHF et UHF. Dans le domaine des télécommunications, une application potentielle est l'étage de sortie-émission-des répéteurs de radiotéléphonie mobile dans les bandes étroites 890-915 MHz et 935-960 MHz allouées au système européen GSM (Groupe Spécial Mobile). Dans cet article, les propriétés et caractéristiques de ces composants sont analysées sur la base originale d'un modèle physique général, puis d'un modèle simplifié, compatible avec les logiciels SPICE et ELDO, du transistor VDMOS de puissance UHF. Des validations en régime statique, régime dynamique petit signal ainsi qu'en régime de commutation résistive sont tout d'abord présentées. Enfin, une étude plus spécifique sur les propriétés de ces transistors MOS en amplification de puissance radio fréquences - gain en puissance, puissance de sortie, impédances grands signaux, distorsion d'intermodulation d'ordre trois - est effectuée sur la base d'une méthodologie d'approche temporelle. Les comparaisons théorie - expérience sont présentées dans tous les régimes de fonctionnement ; des commentaires quant aux performances actuelles de ces produits sont faits.