Circuits de protection et de linéarisation à très basse consommation pour amplificateurs de puissance RF monolithiques à fort rendement haute linéarité PDF Download
Are you looking for read ebook online? Search for your book and save it on your Kindle device, PC, phones or tablets. Download Circuits de protection et de linéarisation à très basse consommation pour amplificateurs de puissance RF monolithiques à fort rendement haute linéarité PDF full book. Access full book title Circuits de protection et de linéarisation à très basse consommation pour amplificateurs de puissance RF monolithiques à fort rendement haute linéarité by Walid Karoui. Download full books in PDF and EPUB format.
Author: Walid Karoui
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 150
Get Book Here
Book Description
Les travaux développés ici traitent de la mise en œuvre de techniques de protection et de linéarisation permettant aux modules d'amplification de puissance de répondre à toutes les contraintes de la téléphonie mobile que sont la robustesse, la linéarité, une très faible consommation, la miniaturisation et le coût. Dans une première partie, nous traitons de l'amélioration de la robustesse des amplificateurs de puissance RF vis-à-vis des désadaptations d'impédance induites par les variations d'environnement de l'antenne du téléphone portable. L'analyse des mécanismes de défaillance, des transistors HBT GaAs et HBT SiGe, nous mène à conclure à la nécessaire limitation du courant de l'étage final. Nous avons alors conçu un circuit de protection original, basé sur la détection précise du courant collecteur des transistors de puissance. De très faibles dimensions et monolithiquement intégrable, ce circuit n'altère ni la puissance de sortie, ni le rendement en puissance ajoutée lorsque l'amplificateur est nominalement chargé sur 50 Ohms. Un amplificateur de puissance RF intégrant ce dispositif a supporté tous les tests de robustesse jusqu'à des valeurs de VSWR supérieures à dix et pour des tensions de batterie supérieures à cinq volts. La simplicité et l'efficacité du circuit de détection de courant nous a conduit, dans un second temps, à envisager la conception d'un circuit de linéarisation monolithiquement intégrable sur un amplificateur de puissance RF, pour les standards EDGE et WCDMA. Le principe de linéarisation par injection d'enveloppe a alors été mis en œuvre grâce à une nouvelle topologie pour la détection de l'enveloppe du signal modulé. En raison de la très faible consommation en courant du dispositif innovant de linéarisation, il devient possible de s'affranchir du compromis linéarité/rendement en puissance ajoutée, intervenant généralement. Ce dispositif a été implémenté sur un amplificateur de puissance en technologie HBT SiGe. La Linéarité de l'amplificateur a ainsi été améliorée de 12 dB à la puissance de sortie nominale, tout en maintenant constant le rendement en puissance ajoutée de l'amplificateur, même pour les faibles puissances de sortie (low power mode).
Author: Walid Karoui
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 150
Get Book Here
Book Description
Les travaux développés ici traitent de la mise en œuvre de techniques de protection et de linéarisation permettant aux modules d'amplification de puissance de répondre à toutes les contraintes de la téléphonie mobile que sont la robustesse, la linéarité, une très faible consommation, la miniaturisation et le coût. Dans une première partie, nous traitons de l'amélioration de la robustesse des amplificateurs de puissance RF vis-à-vis des désadaptations d'impédance induites par les variations d'environnement de l'antenne du téléphone portable. L'analyse des mécanismes de défaillance, des transistors HBT GaAs et HBT SiGe, nous mène à conclure à la nécessaire limitation du courant de l'étage final. Nous avons alors conçu un circuit de protection original, basé sur la détection précise du courant collecteur des transistors de puissance. De très faibles dimensions et monolithiquement intégrable, ce circuit n'altère ni la puissance de sortie, ni le rendement en puissance ajoutée lorsque l'amplificateur est nominalement chargé sur 50 Ohms. Un amplificateur de puissance RF intégrant ce dispositif a supporté tous les tests de robustesse jusqu'à des valeurs de VSWR supérieures à dix et pour des tensions de batterie supérieures à cinq volts. La simplicité et l'efficacité du circuit de détection de courant nous a conduit, dans un second temps, à envisager la conception d'un circuit de linéarisation monolithiquement intégrable sur un amplificateur de puissance RF, pour les standards EDGE et WCDMA. Le principe de linéarisation par injection d'enveloppe a alors été mis en œuvre grâce à une nouvelle topologie pour la détection de l'enveloppe du signal modulé. En raison de la très faible consommation en courant du dispositif innovant de linéarisation, il devient possible de s'affranchir du compromis linéarité/rendement en puissance ajoutée, intervenant généralement. Ce dispositif a été implémenté sur un amplificateur de puissance en technologie HBT SiGe. La Linéarité de l'amplificateur a ainsi été améliorée de 12 dB à la puissance de sortie nominale, tout en maintenant constant le rendement en puissance ajoutée de l'amplificateur, même pour les faibles puissances de sortie (low power mode).
Author:
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 282
Get Book Here
Book Description
L'antagonisme entre la capacité d'émission d'informations haut débit (linéarité) et le rendement énergétique, dans le contexte des émetteurs radio, est l'axe des travaux de cette thèse. Nous proposons une architecture matérielle basé sur circuits FPGA1 pour l'implémentation de fonctionnalités de prédistorsion numérique (DPD) pour la linéarisation d'amplificateurs RF. Nous articulons nos approches μa partir de la séparation entre les processus de prédistorsion et d'adaptation. Ainsi, nous pouvons proposer une structure matérielle (le BPC2 ou Cellule Basique de Prédistorsion) bien adaptée pour l'implémentation du module de prédistorsion. Le module de prédistorsion basé sur BPC peut être reconfigurable au besoin, et, en plus, il reste indépendant de la méthodologie particulière de dérivation de la fonction de prédistorsion. Afin d'effectuer des validations, deux prototypes permet tant de tester des stratégies de prédistorsion performantes et novatrices ont été mis en oeuvre. Dans un premier temps, nous avons implémenté un système DPD basé sur la théorie des systèmes hyperstables sur une plateforme mixte FPGA/DSP3. En complément des résultats expérimentaux, nous rentrons dans le détail des fonctions complémentaires μa la prédistorsion et l'adaptation nécessaires pour produire la prédistorsion. Le deuxième prototype adresse la linéarisation et la compensation des effets mémoire de l'amplificateur RF. Nous présentons et validons expérimentalement une structure de prédistorsion du type NARMA4, implémentée au moyen d'un réseau de cellules BPC. Au passage, nous étudions la consommation de la prédistorsion et son impact sur le rendement. Si l'utilisation de la prédistorsion s'avère inévitable pour contrer les effets mémoire, nous proposons de dégrader la Classe de l'amplificateur, dans le but d'obtenir un émetteur aussi linéaire mais plus performant énergétiquement. Finalement, au delμa de la prédistorsion seule, nous proposons, analysons et validons expérimentalement un système de prédistorsion + commande dynamique de l'alimentation de l'amplificateur RF. La structure de traitement du signal numérique développée, permet de : 1/ prédistordre le signal et 2/ commander des modulateurs d'amplitude lents (par rapport à la largeur de bande de l'application cible, mais ayant de forts rendements de conversion). L'inclusion de capacités de pilotage de l'alimentation autour de la prédistorsion s'avère peu côuteuse et permet d'atteindre des rendements améliorés sans perte de linéarité.
Author: Amadou Mbaye
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
Get Book Here
Book Description
L'amplificateur de puissance est le module le plus critique dans les équipements de communication radio. Il détermine la qualité de la liaison par sa linéarité et a une contribution conséquente dans la consommation de l'émetteur ; environ 60% de l'énergie consommée est consacré à l'amplification. Il est donc crucial de le faire fonctionner avec un rendement énergétique élevé. Cependant, ces deux spécifications principales de l'amplificateur que sont la linéarité et le rendement énergétique sont antagoniques. Par conséquent, la conception d'un module d'amplification de puissance suppose de trouver un compromis entre la linéarité et le rendement. L'optimisation de ce compromis est la raison d'être des techniques de linéarisation d'amplificateurs et d'amélioration du rendement, parmi lesquelles la prédistorsion numérique (DPD) et les techniques de réduction du PAPR du signal (CFR).Le cœur de cette thèse est la linéarisation d'amplificateurs RF haute-puissance et large-bande par prédistorsion numérique (DPD). Dans ces travaux, nous abordons trois problématiques liées à la prédistorsion et qui constituent des verrous technologiques importants. Le premier aspect concerne l'implémentation de la prédistorsion numérique dans un contexte multi-bande où le signal à linéariser comporte plusieurs formes d'ondes, situées à des fréquences différentes. La seconde problématique est l'utilisation conjointe de la prédistorsion avec une technique de CFR. Dans la majorité des applications haute-puissance, les techniques de DPD et de CFR sont présentes de manière complémentaire, cependant elles sont utilisées de façon autonome et disjointe. Celles-ci gagneraient en performances de linéarisation en étant implémentées de manière plus concertée. . Le dernier thème abordé par cette thèse est l'effet des désadaptations d'impédance de l'antenne sur le mode de fonctionnement de l'amplificateur. La variation de l'impédance d'antenne entraine des réflexions de signal vers l'amplificateur qui modifient ses spécifications de linéarité et de rendement. Nous améliorons la linéarité du système DPD + AP, lorsque l'amplificateur est soumis à des variations de l'impédance à sa charge, grâce à une correction adaptative de gain.
Author: Joseph Tapfuh Mouafo
Publisher: Omniscriptum
ISBN: 9786131575556
Category :
Languages : fr
Pages : 232
Get Book Here
Book Description
Afin de repondre aux criteres de linearite en sortie des recepteurs satellites, on utilise generalement des amplificateurs de puissance qui sont surdimensionnes et fonctionnant a fort recul. Ceci entraine une consommation importante, un rendement en puissance ajoute faible, et des temperatures de jonctions elevees. Bien que plusieurs techniques (Feed-Forward, predistorsion, LINC, EER, CALLUM etc.) aient ete developpees afin d'ameliorer la linearite des amplificateurs de puissance, la plupart d'entre elles ne sont pas directement applicables pour de faibles non-linearites, correspondant a des C/I3 de l'ordre de 80dBc, car elles necessitent une consommation elevee et un encombrement non compatible avec les contraintes des equipements de reception satellite. Nous realiserons une etude mettant en evidence les enjeux de la linearite en sortie des recepteurs satellite et permettant une meilleure comprehension des phenomenes non-lineaires dans les amplificateurs RF a faible niveau. Des solutions implementables en technologie MMIC sont proposees afin d'optimiser le rapport entre une forte linearite et une faible consommation (IP3/PDC)."
Author: Cédric Cassan
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 201
Get Book Here
Book Description
Ce travail, fruit de la collaboration entre le laboratoire de l'IRCOM et MOTOROLA Semiconducteurs SAS, traite de l'étude de techniques de linéarisation appliquées aux amplificateurs pour stations de base radio-cellulaires de troisième génération. Ces techniques permettent de rendre la partie amplificatrice plus linéaire pour un rendement en puissance ajoutée donné. Le premier chapitre présente le contexte des communications radio-mobiles dans lequel cette étude fut réalisée. Le deuxième chapitre montre une étude bibliographique des différentes techniques de linearisation existantes et susceptibles d'être utilisées dans les systèmes de communications actuels. Dans le troisième chapitre, deux techniques de linéarisation furent conçues, appliquées et testées sur des amplificateurs RadioFréquence (RF) de puissance : -la technique du feed-back RF : un amplificateur 900 MHz / 10 W EDGE ainsi linéarisé montre une puissance au dB de compression supérieure de 1 dB à celle d'un amplificateur conventionnel de taille équivalente et un comportement beaucoup plus linéaire, -la technique de la prédistortion analogique fut appliquée à un amplificateur conçu pour le standard UMTS de troisième génération montrant, dans la bande de fréquence concernée, un apport en linéarité de 7 dB en ACPr à pleine puissance et un gain de 1,5 dB en puissance au dB de compression. De plus, une simulation des performances d'un amplificateur à haut rendement de type Doherty fut réalisé. Le gain en rendement associé est de 20 points (sur 3 dB de dynamique en puissance) et d'au moins 10 points sir la majeure partie de la dynamique en puissance
Author: Martin Andraud
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
Get Book Here
Book Description
La demande courante de connectivité instantanée impose un cahier des charges très strict sur la fabrication des circuits Radio-Fréquences (RF). Les circuits doivent donc être transférées vers les technologies les plus avancées, initialement introduites pour augmenter les performances des circuits purement numériques. De plus, les circuits RF sont soumis à de plus en plus de variations et cette sensibilité s'accroît avec l'avancées des technologies. Ces variations sont par exemple les variations du procédé de fabrication, la température, l'environnement, le vieillissement... Par conséquent, la méthode classique de conception de circuits “pire-cas” conduit à une utilisation non-optimale du circuit dans la vaste majorité des conditions, en termes de performances et/ou de consommation. Ces variations doivent donc être compensées, en utilisant des techniques d'adaptation.De manière plus importante encore, le procédé de fabrication des circuits introduit de plus en plus de variabilité dans les performances des circuits, ce qui a un impact important sur le rendement de fabrication des circuits. Pour cette raison, les circuits RF sont difficilement fabriqués dans les technologies CMOS les plus avancées comme les nœuds 32nm ou 22nm. Dans ce contexte, les performances des circuits RF doivent êtres calibrées après fabrication pour prendre en compte ces variations et retrouver un haut rendement de fabrication.Ce travail de these présente une méthode de calibration post-fabrication pour les circuits RF. Cette méthodologie est appliquée pendant le test de production en ajoutant un minimum de coût, ce qui est un point essentiel car le coût du test est aujourd'hui déjà comparable au coût de fabrication d'un circuit RF et ne peut être augmenté d'avantage. Par ailleurs, la puissance consommée est aussi prise en compte pour que l'impact de la calibration sur la consommation soit minimisé. La calibration est rendue possible en équipant le circuit avec des nœuds de réglages et des capteurs. L'identification de la valeur de réglage optimale du circuit est obtenue en un seul coup, en testant les performances RF une seule et unique fois. Cela est possible grâce à l'utilisation de capteurs de variations du procédé de fabrication qui sont invariants par rapport aux changements des nœuds de réglage. Un autre benefice de l'utilisation de ces capteurs de variation sont non-intrusifs et donc totalement transparents pour le circuit sous test. La technique de calibration a été démontrée sur un amplificateur de puissance RF utilisé comme cas d'étude. Une première preuve de concept est développée en utilisant des résultats de simulation.Un démonstrateur en silicium a ensuite été fabriqué en technologie 65nm pour entièrement démontrer le concept de calibration. L'ensemble des puces fabriquées a été extrait de trois types de wafer différents, avec des transistors aux performances lentes, typiques et rapides. Cette caractéristique est très importante car elle nous permet de considérer des cas de procédé de fabrication extrêmes qui sont les plus difficiles à calibrer. Dans notre cas, ces circuits représentent plus des deux tiers des puces à disposition et nous pouvons quand même prouver notre concept de calibration. Dans le détails, le rendement de fabrication passe de 21% avant calibration à plus de 93% après avoir appliqué notre méthodologie. Cela constitue une performance majeure de notre méthodologie car les circuits extrêmes sont très rares dans une fabrication industrielle.
Author: Houssam Eddine Hamoud
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
Get Book Here
Book Description
Les systèmes de communication modernes convergent vers un fonctionnement multi-standard associé à des formats de modulation à fort PAPR où l'amplificateur de puissance doit être d'abord optimisé en rendement et où la linéarité sera corrigée ensuite par l'ajout d'un prédistorteur. Si cette solution semble fonctionnelle, elle parait inadaptée et peu efficace sur les systèmes 5G où les largeurs de bandes visées posent à la fois des problèmes d'architecture (complexité de la voie d'observation) etde précision des modèles comportementaux usuels basés sur une simplification de la série de Volterra dans sa forme discrète (GMP, DDR) face à des effets de mémoire exacerbés mais également d'efficacité énergétique du système linéarisé (DPD+PA). Il devient nécessaire dans ce contexte d'aller vers un modèle de prédistorteur moins dépendant des caractéristiques du signal à linéariser, notamment par le modèle TPM (Two path Memory) développé à XLIM, basé sur une simplification de la série de Volterra dans sa forme continue, s'avère indépendant des caractéristiques du signal à linéariser.Notre travail s'est attaché à évaluer les performances en linéarité des modèles classiques (GMP, DDR) et du modèle TPM sur différents amplificateurs de puissance, soit à partir de simulations ou à partir de mesures physiques du PA. Pour ce faire nous avons mis en place un environnement de simulation ainsi qu'un banc d'évaluation des modèles de prédistorsion avec le PA physique afin de quantifier les performances en ACPR suivant la variation de caractéristique du signal (puissance, fréquence, statistique). L'ensemble de ces expérimentations ont permis de vérifier d'une part la faible robustesse des approches classiques (GMP/DDR), d'autre part la stabilité des performances de l'approche TPM quel que soit le scenario envisagé. Cette étude ouvre donc la voie d'une nouvelle génération de prédistorteur qui, extrait une fois pour toute, ne nécessiterait qu'une mise à jour sur des phénomènes à dynamique lente (vieillissement) et permettrait d'envisager une architecture simplifiée de la voie d'observation du DPD ; donc une amélioration de l'efficacité énergétique globale du système linéarisé.
Author: Jeremie Forest
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
Get Book Here
Book Description
Les communications basées sur le principe du beamforming imposent de concevoirdes systèmes complexes utilisant un grand nombre de frontaux radiofréquences (RF). Pour le bon fonctionnement du système, chaque élément doit pouvoir être dans sa zone optimale de travail, ce qui doit être aussi le cas pour l'amplificateur de puissance (PA) dont la linéarité et la puissance dépendent de l'adaptation de sortie. L'impédance de charge de l'amplificateur, qui correspond à un des éléments rayonnants du réseau d'antennes, peut subir des variations en fonction de son environnement (TOS) et détériorer les performances globales du système. Au final, le signal distribué sur chaque antenne pour former le faisceau global doit être contrôlé et maîtrisé en phase et en amplitude pour garantir une bonne communication.Les travaux de thèse se situent dans ce contexte et portent sur la recherche denouvelles topologies, ainsi que l'élaboration de blocs élémentaires, pour créer une nouvelle architecture d'amplificateur de puissance robuste à son environnement. L'un des principaux défis est le contrôle de la phase du PA et le maintien de ses performances RF en fonction des variations du processus de fabrication (PVT). Un autre défi consiste à réaliser un PA à haute efficacité, tout en maintenant une très bonne linéarité, ce qui constitue une rupture vis-à-vis du traditionnel compromis à trouver entre le haut rendement et la grande linéarité. Dans de telles conditions, le contrôle de phase du PA constitue un avantage majeur.Une première étape de ses travaux a consisté à proposer une approche globale de laconception du PA dans son environnement et ainsi quantifier l'impact des variations de l'impédance de charge du PA sur ses performances RF (gain, déphasage) en présence d'un réseau d'antennes. Une fois les points sensibles identifiés, plusieurs architectures de PA ont été envisagées pour adresser le ou les problèmes.Une première solution avec un PA autonome a permis d'améliorer la protection vis-àvis des variations de TOS d'antenne. Plusieurs topologies de PA dérivées de cette solution ont ensuite permis d'adresser les nouvelles problématiques de contrôle de la phase et de l'ajustement de la fréquence de fonctionnement. Ces architectures de PA intégrant les nouveaux concepts développés au cours de la thèse ont été implémentées dans les technologies 130nm SiGe et 65nm CMOS-SOI de STMicroelectronics. Les résultats de mesure ont permis de valider l'architecture du PA autonome avec l'ajustement de la fréquence de fonctionnement et la détection de phase et de tension.Cette approche de conception ne se limite pas aux communications 5G et peut êtrefacilement étendue à d'autres fréquences et pour d'autres applications telles que les télécommunications par satellites (SATCOM). Elle n'est pas dépendante du choix de la technologie silicium et peut être utilisée pour d'autres circuits RF tels que les amplificateurs faible bruit.
Author: Pascal Reynier
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 186
Get Book Here
Book Description
Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une réflexion sur l’intégration complète sur silicium d’amplificateurs de puissance, sur leur optimisation en rendement ainsi que sur les possibilités de fonctionnement multi-bandes. Elle porte sur l’étude de PA monolithiques multi-bandes à fort rendement pour les standards E-GSM et DCS sur une technologie BiCMOS 0.25 micromètre. Pour une optimisation du rendement à faible puissance et un fonctionnement multi-bandes, nous présentons tout d’abord l’étude de dispositifs de puissance LDMOS à largeur de grille variable. Cette étude s’articule autour de deux réalisations : une structure de puissance accordable pour des puissances de 24dBm et 27dBm ainsi que d’un étage de puissance accordable pour les bandes basses et hautes du standard GSM. Dans le cadre d’une intégration totale des PA, sans dégradation du rendement, les performances du réseau de sortie, en termes d’encombrement et de pertes, sont critiques. Ainsi, nous nous sommes penchés sur l’étude de transformateurs de puissance intégrés faibles pertes. Nous exposons notamment une méthode de pré-dimensionnement simple et précise tenant compte de la technologie et de la structure du transformateur. En suivant celle-ci deux transformateurs de puissance faibles pertes pour les bandes basses et hautes du standard GSM sont présentés et une étude à été engagée sur l’intégration de transformateurs de puissance multi-bandes. Enfin nous présentons une solution innovante de “ PA dual band ” pour les standards E-GSM et DCS à base de transistors de puissance HBT et LDMOS. Conçue et implémentée sur silicium, elle apparaît intéressante en termes de performances et réellement compétitive en termes de surface.
