Alimentation dynamique pour amplificateur radiofréquence

par Vincent Pinon

Thèse de doctorat en Électronique Composants et systèmes électriques

Sous la direction de Bruno Allard.


  • Résumé

    Dans les appareils de télécommunication mobiles, les liaisons haut-débit posent des problèmes techniques, notamment au niveau de la transmission radiofréquence. Les amplificateurs de puissance classiques doivent consommer une énergie importante pour reproduire les nouvelles modulations à amplitude variable. Ils sont également mal adaptés à la re-configuration, une fonctionnalité très intéressante économiquement, alors que les standards se multiplient. On cherche donc à remplacer ces amplificateurs linéaires par des amplificateurs à reconstruction d’enveloppe. Dans ces systèmes, un amplificateur saturé traite l’onde radio efficacement, mais sans reproduire la variation d’amplitude. Cette variation est réintroduite en sortie, en faisant varier l’alimentation de l’amplificateur, avec un convertisseur de tension à fort rendement. Cette thèse porte sur la conception de cette alimentation spécifique. Une méthodologie générique est développée en plusieurs étapes. D’abord on fait le lien entre les spécifications radio et les contraintes de l’alimentation. En particulier, on identifie des critères exigeants sur le bruit en sortie, ou sur la bande passante. Ensuite on conçoit la cellule de base de l’alimentation, un convertisseur à découpage. Ce circuit doit être réutilisable, et avoir des performances particulièrement élevées. Il faut alors résoudre les problèmes de bruit et de bande passante indépendamment, à l’aide de circuits additionnels. Cette architecture modulaire répond bien aux besoins contradictoires de différents standards. Toute cette étude est validée expérimentalement. La réalisation des circuits intégrés prototypes est décrite en détail. Plusieurs versions de ces puces exploitent au mieux les technologies CMOS 0,13μm et BiCMOS 0,25μm. Un soin particulier est apporté à l’environnement de test, compte tenu des problèmes de compatibilité électromagnétique. L’analyse des premiers résultats a permis de corriger les erreurs de conception. Au final, on a relevé de très bonnes performances du convertisseur à découpage, et on a constaté le bon fonctionnement des circuits additionnels et même de l’application radio.

  • Titre traduit

    = Dynamic power supply for radio-frequency amplifier


  • Résumé

    In mobile telecommunication devices, high data-rate links are facing some technical limitations, especially for radio-frequency transmission. Traditional power amplifiers consume an important energy to work with the new variable amplitude modulations. Moreover, they are not well suited for reconfiguration, a very interesting functionality on an economical point of view, as the number of standards is increasing. The goal is then to replace these linear amplifiers with envelope reconstruction transmitters. In these systems, a saturated amplifier treats the radio wave efficiently, but without reproducing amplitude variations. These variations are reintroduced on the output, by varying the amplifier power supply, with a high power yield voltage converter. This thesis focuses on designing this specific variable supply. A generic methodology is developed in several steps. First we link radio specifications with power supply constraints. We identified particularly demanding criteria on supply output noise, or on modulation bandwidth. Then we design the main power supply cell, a switching converter. This circuit must be reusable, and to show very high performances. For that reason, it is better to solve noise and bandwidth problems separately, thanks to additional circuits. This modular architecture meets well the contradictory needs coming from various standards. This study is validated experimentally. Prototype integrated circuits realization is described in detail. Designs are improved through several versions, in 0. 13μm CMOS and 0. 25μm BiCMOS technologies. Test environment is carefully set up, taking into account electromagnetic compatibility problems. First results analyses lead to pertinent corrections. In the end, the switching converter presents very good performances, and the additional circuits and even the radio application are functional.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (X-124 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 120-123. Index

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3175)
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