Modern wireless communication techniques employed in the Wi-Fi® protocol, such as orthogonal frequency-division multiplexing exhibit analogue signals with high peak-to-average power ratio. Therefore, power amplifiers for Wi-Fi suffer from low efficiency when operating in back-off mode, away from their maximum efficiency at peak power. In recent years, digital power amplifiers have been developed to replace their analogue equivalent, taking advantage of easier scaling and circumventing transition frequency issues. Since the digital power amplifier technology for Wi-Fi application is recent, it has not yet replaced robust analogue amplifiers in industrial context. This work proposes to investigate the feasibility and complexity to replace an analogue amplifier with its digital counterpart, with at least the same specification. Among several possible architectures, the reverse class D is chosen for its apparent simplicity. It achieves low power loss into transistors parasitics by operating in square-current mode instead of voltage mode, hence displaying a current-based RF-DAC behaviour. After elaborating the core design with simple efficiency enhancement techniques specific to reverse class D, the layout of the circuitry has been designed. Post-layout simulations have shown the reverse class D digital amplifier designed in CMOS 22nm achieves the required specification of 18dBm average output power with -28dB error vector magnitude in the 2.4GHz range. This basic architecture achieves 19% average drain efficiency, a small improvement over its analogue equivalent currently in use. / Moderna trådlösa kommunikationstekniker som används i Wi-Fi®-protokollet, till exempel ortogonal frekvensdelningsmultiplexering, uppvisar analoga signaler med hög variation i amplitud. Därför har effektförstärkare för Wi-Fi låg verkningsgrad eftersom de arbetar i back-off-läge, långt ifrån sin maximala verkningsgrad vid hög uteffekt. Under de senaste åren har digitala effektförstärkare utvecklats för att byta ut deras analoga motsvarigheter. Eftersom digitala effektförstärkare för Wi-Fi är nya, har de ännu inte ersatt robusta analoga förstärkare i industriella sammanhang. I detta arbete föreslås en undersökning av genomförbarheten och komplexiteten i att ersätta en analog förstärkare med dess digitala motsvarighet, med åtminstone samma specifikation. Bland flera möjliga arkitekturer har den strömbaserade klass D valts på grund av sin enkelhet. Den uppnår låg effektförlust i transistorparasiter genom att arbeta i strömsläge istället för i spänningsläge, och fungerar som en strömbaserade RF-DAC. Efter att ha utarbetat kärnkonstruktionen med enkla tekniker för effektivitetsförbättring som är specifika för strömbaserade klass D har kretsens layout utformats. Simuleringar efter layouten har visat att den digitala förstärkaren i strömbaserade klass D som konstruerats i CMOS 22nm uppnår den nödvändiga specifikationen på 18 dBm genomsnittlig uteffekt med -28 dB felvektorstorlek vid 2,4 GHz. Denna arkitektur uppnår en genomsnittlig verkningsgrad på 19%, vilket är en liten förbättring jämfört med den analoga motsvarighet som för nuvarande används.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-339459 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Jean Michael Pirot, Yann |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2023:741 |
Page generated in 0.0197 seconds