طراحی تقویت کننده توان cmos با راندمان بالا جهت استفاده در مخابرات بی سیم نسل چهارم

این رساله به طراحی تقویت کننده توان با راندمان بالا برای نسل چهارم سیستم های مخابراتی می پردازد. بدین منظور از ساختار قطبی که متشکل از یک تقویت کننده فرکانس رادیویی جهت تقویت سیگنال فاز و یک تقویت کننده پوش جهت تقویت سیگنال دامنه می باشد استفاده شده است. تقویت کننده فاز پیشنهادی بر مبنای یک تقویت کننده کلاس e است که در آن با توجه به تلفات موجود در سوئیچ و سلف ها روابط جدیدی جهت به دست آوردن راندمان حداکثر ارائه شده است. در این تقویت کننده پیشنهادی که شبه کلاس e نام دارد، نشان داده شده است که با در نظر گرفتن سوئیچ غیر ایده آل، شرایط اولیه جهت رسیدن به ماکزیمم راندمان بهینه نیست. در نتیجه، برای اولین بار تمامی پارامترهای ورودی شامل ولتاژ سوئیچ و شیب آن در لحظه روشن شدن، چرخه کار، نسبت فرکانس مدار lc موازی به فرکانس کاری مدار، مقاومت سوئیچ، توان خروجی و ولتاژ شکست سوئیچ در طراحی در نظر گرفته شده اند. مقادیر بهینه المان های مدار جهت رسیدن به حداکثر راندمان با حل معادلات به دست آمده توسط روش های عددی حاصل می شوند. به علاوه، با گسترش فضای طراحی، دستیابی به طراحی بهینه از نظر راندمان، پیاده سازی و قابلیت مجتمع سازی به صورت تحلیلی امکان پذیر شده است. در قسمت دوم این رساله به طراحی تقویت کننده قطبی با راندمان و خطینگی بالا با استفاده از ساختار تقویت کننده فاز پیشنهادی می پردازیم. جهت افزایش راندمان متوسط برای سیستم های نسل چهارم، طراحی تقویت کننده در سطحی از منبع تغذیه که بیشترین تاثیر را در توان خروجی دارد، انجام شده است. با توجه به اینکه اثر حافظه در سیگنال های نسل چهارم قابل چشم پوشی نیست، به بررسی منابع تولیدکننده حافظه در سیستم قطبی با کمک شبیه سازی همزمان قسمت های آنالوگ، rf و دیجیتال سیسستم قطبی، پرداخته شد. در نهایت جهت برآورده کردن شرایط ماسک و اندازه بردار خطا از روش خطی سازی پیش اعوجاج دهنده چندجمله ای حافظه دار استفاده شد. روش چندجمله ای حافظه دار با حذف همزمان اعوجاج های am/am و am/pm و کاهش اثرات حافظه به خوبی شرایط ماسک و اندازه بردار خطا را برآورده می کند. تقویت کننده rf پیشنهادی در مقایسه با طراحی قدیمی 7% افزایش در راندمان و db 5/0 افزایش در توان خروجی را نشان می دهد. در ادامه به طراحی دو تقویت کننده پوش مناسب (خطی و هایبرید) جهت استفاده در ساختار قطبی که دارای ویژگی مقاومت خروجی پایین و پهنای باند و نرخ تغییر خروجی بالا بوده و در طراحی آن ها، تاثیر متقابل تقویت کننده پوش و تقویت کننده rf در نظر گرفته شده است، پرداخته شد. جهت افزایش راندمان کلی سیستم قطبی، از روش های پیشرفته شکل دهی دامنه و برش دامنه جهت کاهش papr استفاده شد. با استفاده از روش برش دامنه راندمان کل سیستم 4% بهبود می یابد. همچنین اثر تاخیر دامنه و فاز مورد بررسی قرار گرفت و راه حلی برای کاهش آن با استفاده از خطی سازی کل سیستم پیشنهاد شد. در نهایت تقویت کننده در تکنولوژی 0.18 m cmos پیاده سازی شد. با توجه به نتایج شبیه سازی ها در صورت استفاده از سلف های خارج از تراشه و همچنین استفاده از سلف bondwire راندمان مدار افت ناچیزی نسبت به شبیه سازی نشان می دهد.