Caracterización a nivel de Sistema / Circuito orientada al diseño de transmisores EER de RF para 802.11a: investigación de amplificadores de envolvente alternativos persiguiendo la mejora a nivel de comunicaciones y eficiencia
Autor: | Marchán Vidal, Jordi |
---|---|
Přispěvatelé: | Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Electrònica, Marco Platón, Lázaro |
Předmět: |
eficiencia
Radiofreqüència Amplificadors de banda ampla Convertidors commutats Enginyeria electrònica [Àrees temàtiques de la UPC] Modulació digital amplificador de envolvente envelope amplifier Computer simulation EER caracterización orientada al diseño efficiency switching converters Simulació per ordinador Radio frequency design-oriented characterization convertidores conmutados |
Zdroj: | Recercat. Dipósit de la Recerca de Catalunya instname |
Popis: | RF power amplifiers (RF PA) are the most dominant power-consuming devices in battery-operated terminals for communication systems. The newer generation of communication systems (for instance 3G, WLAN or 4G) use spectrum-efficient digital modulations that involve non-constant envelope RF signals. To amplify non-constant envelope signals a linear power amplifier is required which has low efficiency. Different architectures and techniques have been proposed to improve efficiency of a linear RF PA system. One of the most promising techniques is Envelope Elimination and Restoration (EER) technique. The EER technique is based on the decomposition of the emitted signal in the two components of the polar representation of complex signals: the broadband baseband envelope and the narrowband phase modulation signal. A high efficiency switching RF PA is fed by the RF phase signal via a limiter, whereas the envelope is amplified by an efficient switching power converter. Finally, the recombination of the envelope and phase signals is accomplished by drain modulation of the RF PA, obtaining ideally an amplified replica of the input signal. One of the key remaining challenges for a successful realization of such system is the practical implementation of efficient, wide-bandwidth envelope amplifier. In this work, different topologies of envelope amplifiers have been modelled in a EER RF transmitter architecture for 802.11a (5GHz WLAN). Through sweep of main parameters (switching and cut-off frequencies) a set of valid configurations has been obtained, for which efficiency has been derived. The main source of losses are stray capacitances and 3-level buck converter with 6th order Butterworth filter achieves the highest efficiency of all candidates. However, it is below the state-of-the-art linear amplifiers efficiency. To be able to improve efficiency, switching devices with smaller stray capacitances and similar conduction losses should be used. Los amplificadores de potencia de radiofrecuencia (RF PA) son los dispositivos de mayor consumo de energía en los dispositivos de comunicaciones que funcionan con baterías. La nueva generación de sistemas de comunicación (por ejemplo 3G, WLAN o 4G) utiliza modulaciones digitales eficientes en espectro que implican señales de RF de envolvente no constante. Para amplificar señales de envolvente no constante se requiere un amplificador de potencia lineal que tiene baja eficiencia. Se han propuesto diferentes arquitecturas y técnicas para mejorar la eficiencia de un sistema RF PA lineal. Una de las técnicas más prometedoras es la técnica de Eliminación y Recuperación de Envolvente (EER). La técnica EER se basa en la descomposición de la señal emitida en los dos componentes de la representación polar de señales complejas: la envolvente que es una señal de banda base y gran ancho de banda y la señal modulada en fase que es de banda estrecha. La señal RF modulada en fase es separada vía un limitador y es amplificada por un RF PA conmutado de alta eficiencia, mientras que la envolvente es amplificada por un convertidor de potencia conmutado eficiente. Finalmente, la recombinación de las señales se lleva a cabo mediante la modulación de la alimentación del PA RF, obteniendo idealmente una réplica amplificada de la señal de entrada. Uno de los problemas claves que aún se debe resolver para una realización exitosa de este sistema es la implementación práctica de un amplificador de envolvente eficiente de gran ancho de banda. En este trabajo, diferentes topologías de amplificadores de envolvente se han modelado en una arquitectura EER de transmisor de RF para 802.11a (5 GHz WLAN). A través de un barrido de los parámetros principales (las frecuencias de conmutación y de corte del filtro) se ha obtenido un conjunto de configuraciones válidas, por las que se ha calculado la eficiencia. La principal fuente de pérdidas son las capacidades parásitas y el convertidor reductor conmutado de 3 niveles con filtro Butterworth de orden 6 logra la eficiencia más alta de todos los candidatos. Sin embargo, ésta se encuentra por debajo de la eficiencia de los amplificadores lineales actuales. Para ser capaz de mejorar la eficiencia, se necesitan dispositivos de conmutación con capacidades parásitas más pequeñas y pérdidas de conducción similares. Els amplificadors de potència de radiofreqüència (RF PA) són els dispositius de major consum d'energia en els dispositius de comunicacions que funcionen amb bateries. La nova generació de sistemes de comunicació (per exemple 3G, WLAN o 4G) utilitza modulacions digitals eficients en espectre que impliquen senyals de RF d'envolupant no constant. Per amplificar senyals d'envolupant no constant es requereix un amplificador de potència lineal que té baixa eficiència. S'han proposat diferents arquitectures i tècniques per a millorar l'eficiència d'un sistema RF PA lineal. Una de les tècniques més prometedores és la tècnica d'Eliminació i Recuperació d'Envolupant (EER). La tècnica EER es basa en la descomposició del senyal emès en els dos components de la representació polar de senyals complexes: l'envolupant que és un senyal de banda base i gran ample de banda i el senyal modulat en fase que és de banda estreta. El senyal RF modulat en fase és separat via un limitador i és amplificat per un RF PA commutat d'alta eficiència, mentre que l'envolupant és amplificada per un convertidor de potència commutat eficient. Finalment, la recombinació dels senyals es porta a terme mitjançant la modulació de l'alimentació del PA RF, obtenint idealment una rèplica amplificada del senyal d'entrada. Un dels problemes claus que encara s'ha de resoldre per a una realització reeixida d'aquest sistema és la implementació pràctica d'un amplicador d'envolupant eficient de gran ample de banda. En aquest treball, diferents topologies d'amplificadors d'envolupant s'han modelat en una arquitectura EER de transmissor de RF per 802.11a (5 GHz WLAN). A través d'un escombrat dels paràmetres principals (les freqüències de commutació i de tall del filtre) s'ha obtingut un conjunt de configuracions vàlides, per les quals se n'ha calculat l'eficiència. La principal font de pèrdues són les capacitats paràsites i el convertidor reductor commutat de 3 nivells amb filtre Butterworth d'ordre 6 aconsegueix l'eficiència més alta de tots els candidats. No obstant això, es troba per sota de l'eficiència dels amplificadors lineals actuals. Per ser capaç de millorar l'eficiència, calen dispositius de commutació amb capacitats paràsites més petites i pèrdues de conducció similars. |
Databáze: | OpenAIRE |
Externí odkaz: |