Integrated RF power amplifiers for multilevel outphasing transmitters

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Stadius, Kari
dc.contributor.author Martelius, Mikko
dc.date.accessioned 2015-06-23T11:25:43Z
dc.date.available 2015-06-23T11:25:43Z
dc.date.issued 2015-06-10
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/16783
dc.description.abstract Multilevel outphasing is a transmitter architecture which uses phase difference between two signals for amplitude modulation with discrete amplitude levels for maximum efficiency at power back-off, allowing the use of highly efficient but nonlinear power amplifiers (PA). In this master's thesis, a multilevel outphasing CMOS PA was designed. Different transmitter architectures and PA classes are reviewed and the effects of power combining are analyzed in order to provide background and find out the requirements for the design. After this, the PA design is described and its challenges are discussed, and simulation results are presented. Because an isolating power combiner would degrade efficiency, it is important to consider the varying impedance seen at PA output caused by a non-isolating combiner, in addition to high efficiency and relatively high power with limited voltages. For these reasons, Class D was found to be the most suitable PA class for this application. In the design, a cascoded output stage with 3.6 V supply voltage was used, and a new type of on/off logic was developed for multilevel operation. The PA was simulated with an ideal power combiner at 2 GHz frequency, and in these simulations it achieved a peak output power of 33.6 dBm and a peak efficiency of 40.1%, both of which are higher than in previously reported Class D outphasing PAs implemented in CMOS. A comparison between conventional outphasing and multilevel outphasing was made using LTE signals with a 20 MHz bandwidth. The simulated average efficiency with multilevel outphasing (15.7%) was significantly higher than with conventional outphasing (6.8%). en
dc.description.abstract Monitasoinen poisvaiheistus (engl. multilevel outphasing) on lähetinratkaisu, jossa amplitudimodulaatio toteutetaan kahden signaalin vaihe-erolla sekä tietyllä määrällä amplituditasoja. Se mahdollistaa hyötysuhteeltaan korkeiden mutta epälineaaristen tehovahvistimien käyttämisen siten, että hyötysuhde on maksimoitu myös matalilla tehotasoilla. Tässä diplomityössä suunniteltiin monitasoinen poisvaiheistustehovahvistin CMOS-teknologialla. Työssä käydään läpi erilaisia lähetinarkkitehtuureja ja tehovahvistinluokkia sekä analysoidaan tehonyhdistimien vaikutusta, millä selvitetään vaatimukset vahvistimelle. Tämän jälkeen kuvataan tehovahvistimen suunnittelu ja tarkastellaan siihen liittyviä haasteita, sekä esitetään simulaatiotuloksia. Koska eristävä tehonyhdistin heikentäisi hyötysuhdetta, on tärkeää ottaa huomioon ei-eristävästä tehonyhdistimestä aiheutuva tehovahvistimen lähdössä näkyvän impedanssin vaihtelu. Lisäksi on toivottavaa, että vahvistimella on korkea hyötysuhde ja se tuottaa suhteellisen korkean tehon pienilläkin jännitteillä. Näistä syistä D-luokka todettiin tähän käyttötarkoitukseen sopivimmaksi tehovahvistinluokaksi. Tässä työssä suunnitellun tehovahvistimen lähtöaste toimii 3.6 V käyttöjännitteellä, ja monitasoisen toiminnan mahdollistamiseksi toteutettiin uudenlainen ratkaisu, jolla vahvistin kytketään päälle ja pois. Tehovahvistinta simuloitiin ideaalisen tehonyhdistäjän kanssa 2 GHz taajuudella, ja näissä simulaatioissa se tuotti 33.6 dBm huipputehon 40.1 % hyötysuhteella. Sekä teho että hyötysuhde ovat korkeampia kuin aiemmin esitetyissä CMOS-teknologialla toteutetuissa D-luokan poisvaiheistustehovahvistimissa. Perinteistä ja monitasoista poisvaiheistusta verrattiin simulaatioissa 20 MHz kaistanleveyden LTE-signaaleilla, ja monitasoisuudella saavutettiin huomattavasti korkeampi keskimääräinen hyötysuhde (15.7 %) kuin perinteisellä poisvaiheistuksella (6.8 %). fi
dc.format.extent viii + 72
dc.language.iso en en
dc.title Integrated RF power amplifiers for multilevel outphasing transmitters en
dc.title Integroidut radiotaajuiset tehovahvistimet monitasoisiin poisvaiheistuslähettimiin fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword power amplifier en
dc.subject.keyword multilevel outphasing en
dc.subject.keyword class D en
dc.subject.keyword integrated circuit en
dc.subject.keyword transmitter en
dc.subject.keyword radio frequency en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201506303433
dc.programme.major Mikro- ja nanotekniikka fi
dc.programme.mcode S3010 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Ryynänen, Jussi
dc.programme EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka fi
dc.location P1 fi


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account