Digital-Intensive Transmitters and Power Amplifiers for Integrated Radio Systems

Tutkimustuotos

Tutkijat

  • Mikko Martelius

Organisaatiot

Kuvaus

Tämä väitöskirja edistää teoreettista ja käytännöllistä tietämystä digitaali-intensiivisistä integroi-duista radiolähettimistä painottuen erityisesti tehovahvistimiin. Uudet radiostandardit sekä CMOS-teknologian pieneneminen luovat tarvetta ratkaisuille, joilla voidaan kasvattaa digitaali-piirien osuutta. Samalla korkean hyötysuhteen saavuttaminen edellyttää epälineaaristen kytkin-muotoisten tehovahvistimien käytön sallivaa lähetinarkkitehtuuria. Tässä työssä tutkitaan integroi-tujen monitasoisten poisvaiheistuslähettimien mahdollisuuksia ja rajoitteita sekä kehitetään uusia tekniikoita puutteiden korjaamiseksi. Tutkimusmenetelmiin sisältyvät niin analyysi ja simulaatiot kuin prototyyppipiirien suunnittelu, toteutus ja karakterisointi. Tutkimuksen kolmesta osa-alueesta ensimmäinen painottuu digitaali-intensiivisten lähettimien kehittämiseen järjestelmätasolla. Tähän sisältyy analyysi spektrin huononemisesta, jonka aiheut-tavat polaari- ja monitasopoisvaiheistuslähettimien diskreettiaikaiset amplituditasot. Kyseisen vaikutuksen voi kumota käyttämällä jännitteitä vähentävää tehonyhdistintä. Lisäksi osoitetaan, että harmonisten taajuuskomponenttien epäjatkuvuudet rajoittavat monitasoisilla poisvaiheistus-lähettimillä saavutettavaa spektrin laatua. Ratkaisuksi esitellään uusi lähetinarkkitehtuuri, kolmi-vaiheistus. Tässä osassa esitetään kaksi 28 nm:n CMOS-teknologialla toteutettua integroitua lähetintä, joista toinen käyttää monitasoista poisvaiheistusta ja toinen todentaa kolmivaiheistuksen toimivuuden. Toinen osa käsittelee integroituihin lähettimiin tarkoitettujen monitasoisten CMOS-tehovahvis-tinten analyysia ja suunnittelua. Kaskadirakenteinen D-luokan lähtöaste vaikeuttaa tehovahvisti-men kytkemistä päälle ja pois, kuten monitasotoiminta edellyttää. Tämä ratkaistaan päälle/pois-logiikalla, joka muodostaa halutun signaalin biasointipiirien jälkeen. Tässä osassa esitetään kaksi 28 nm:n CMOS-teknologialla toteutettua tehovahvistinta, jotka hyödyntävät päälle/pois-logiikkaa. Näistä toinen sisällytettiin samalle integroidulle piirille muiden kolmivaiheistuslähettimen osien kanssa, mikä on korkein saavutettu integrointiaste monitasoiseen poisvaiheistukseen perustuvien lähettimien joukossa. Työn viimeisessä osassa tarkastellaan tehonyhdistämistä siirtojohtopiireillä, jotka toteutetaan piirilevyllä. Esitetyn analyysin mukaan tehonyhdistintyypin valinta voi olla ratkaiseva tekijä käyttö-jännitteen ja maatason haitallisen heilahtelun ehkäisemiseksi lankaliitetyissä tehovahvistin-piireissä. Edellä mainituille tehovahvistimille suunniteltiin kaksi tehonyhdistintä, joista ensimmäi-nen perustuu jännitesummaukseen neljännesaaltojohdoilla. Jälkimmäisen tehonyhdistimen perustana toimiva laajennettu Marchand-symmetrointimuuntaja on uusi kytkeytyviin siirto-johtoihin perustuva rakenne, jonka tulojohtojen mielivaltainen pituus lisää suunnitteluun uuden vapausasteen. Viimeksi mainittu tehonyhdistin mitattiin osana kolmivaiheistuslähetintä.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8696-5
Sähköinen ISBN978-952-60-8697-2
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • integroidut piirit, radiolähettimet, tehovahvistimet, tehonyhdistimet

ID: 37538869