University of Oulu

RF Pre-power Amplifier for LTE SoC

Saved in:
Author: Rahkola, Antti1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Electrical Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, )
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201806052447
Language: English
Published: Oulu : A. Rahkola, 2018
Publish Date: 2018-06-05
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Rahkonen, Timo
Reviewer: Rahkonen, Timo
Aikio, Janne
Description:
This work focused on evaluating a single-ended complementary push-pull topology for LTE system-on-chip RF pre-power amplifier, to increase power efficiency compared to an existing class-A amplifier. Suitability of the push-pull topology was studied against strict linearity specification. Frequency range in this study was 1710–2020 MHz, and 10 dBm sine wave output power was targeted. Common source and source follower amplifier variants were designed and simulated in a schematic level. Gain control functionality was implemented by dividing the amplifier into controllable partitions. Output DC-voltage was set using a common mode feedback. Source follower topology performance was severely affected by impedance gyration, which was compensated by lowering the amplifiers’ input impedance. This however dropped performance significantly, and therefore common source topology was stated to be a better choice for the pre-power amplifier. Linearity was adequate in both topologies. Schematic level common source variant simulations showed good typical performance for LTE bands 2 and 23, although design improvements were also identified. PAE over 40 % for 10 dBm sine wave was simulated, while S22 was better than -10 dB. Harmonic frequency levels were low, and OIP3 of 23 dBm was achieved. According to schematic simulations, class-A 1.8 GHz pre-power amplifier can be replaced with a complementary common source push-pull amplifier, to achieve better power efficiency.
see all

Tässä työssä tutkittiin yksipäisen komplementaarisen push-pull topologian soveltuvuutta LTE-järjestelmäpiirin RF-esitehovahvistimeksi, parantamaan tehohyötysuhdetta verrattuna nykyiseen A-luokan vahvistimeen. Push-pull -topologian soveltuvuutta tutkittiin tiukkaa lineaarisuusvaatimusta vasten. Tutkimuksen taajuusalue oli 1710–2020 MHz, ja 10 dBm siniaaltoulostuloteho oli tavoitteena. Työssä suunniteltiin ja simuloitiin yhteislähde- ja lähdeseuraaja-vahvistinversiot piirikaaviotasolla. Vahvistimet hajautettiin aktivoitaviin osioihin vahvistuksensäätöä varten ja lähdön DC-jännite asetettiin käyttäen yhteismuotoista takaisinkytkentää. Lähdeseuraaja-topologian suorituskykyyn vaikutti haitallisesti impedanssigyraatio, jota kompensoitiin laskemalla vahvistimen tuloimpedanssia. Tämä kuitenkin laski suorituskykyä merkittävästi, ja tästä syystä yhteislähde-topologian todettiin olevan parempi vaihtoehto esitehovahvistimelle. Molemmat topologiat olivat riittävän lineaarisia. Piirikaaviotason yhteislähde-version simulaatiot osoittivat hyvää tyypillistä suorituskykyä LTE-kanavilla 2 ja 23, vaikka version kehityskohteitakin tunnistettiin. Yli 40 % PAE simuloitiin 10 dBm siniaallolla, S22 ollessa parempi kuin -10 dB. Harmonisten taajuuksien tasot olivat matalat, ja 23 dBm OIP3 saavutettiin. Piirikaaviosimulaatioiden mukaan A-luokan 1.8 GHz esitehovahvistin voidaan korvata komplementaarisella yhteislähde push-pull -vahvistimella, jotta parempi tehohyötysuhde saavutettaisiin.
see all

Subjects:
Copyright information: © Antti Rahkola, 2018. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.