Design of DC / DC converters for RF systems-on-chip
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Today’s mobile communication devices include many features and deliver data with high rates. In order to increase the life time of the battery, it is necessary to enhance each block efficiency, i. E. To provide and to design efficient power management system to deliver energy to the different parts of the device. The RF power amplifier (PA) that feeds the antenna is the main power consumer on a mobile platform. The Envelope Elimination and Restoration (EER) technique constitutes an interesting approach to increase the efficiency of the RF PA when variable-envelope modulations such as WCDMA or WLAN are used. ADC/DC converter with a large bandwidth is then required to supply the PA with the envelope of the RF signal. This PhD work focuses on the design of high switching frequency DC/DC converters for WCDMAEER. Besides the monolithic integration of the converter and the RF PA on a single chip requires an increase of the switching frequency beyond the hundred of MHz in order to shrink the size of passive devices. A formal design methodology is developed to specify the converter and the main building blocks of the system. This methodology derives the specifications of the converters from those of the RF standard in terms of bandwidth and output power. New architectures are proposed to overcome the limitation of the conventional architecture and to improve the efficiency of the converter. The study focuses the lightout put power range. A practical use of this methodology is given through the design of demonstrators in0. 25-_m BiCMOS and 0. 13-_m CMOS SOI technologies and experimental results are provided to validate the methodology and the simulation results.
Abstract FR:
Les appareils de communication mobile actuels intègrent de plus en plus de fonctionnalités et transmettent des données à des débits toujours plus élevés. Pour étendre la durée de vie de la batterie, il est nécessaire de concevoir une bonne stratégie de gestion d’énergie et d’alimentation des différents circuits. L’amplificateur de puissance (PA) radio est le principal consommateur d’énergie. La technique de reconstruction d’enveloppe permet d’augmenter le rendement énergétique de l’amplificateur de puissance lorsque les modulations à amplitude variable comme le WCDMA ou le WLAN sont utilisées. Dans cette architecture un convertisseur DC/DC est utilisé pour alimenter l’amplificateur radio avec l’enveloppe du signal RF. Ce travail de thèse décrit la conception des convertisseurs à découpage DC/DC à haute fréquence pour alimenter un PA dans le cadre de la reconstruction d’enveloppe pour le standard WCDMA. De plus l’intégration monolithique du convertisseur et du PA impose d’augmenter la fréquence de découpage du convertisseur pour réduire la taille des composants passifs. Une méthodologie formelle est développée pour spécifier le convertisseur et ses principaux circuits. Cette méthodologie déduit les spécifications du convertisseur à partir de celles du standard RF, notamment en terme de bande passante et de puissance. De nouvelles architectures sont proposées pour dépasser les limitations de l’architecture classique et améliorer le rendement du convertisseur. L’application pratique de cette méthodologie est effectuée à l’aide de démonstrateurs réalisés dans les technologies BiCMOS 0. 25 _m et CMOS 0. 13_m SOI. Les résultats expérimentaux obtenus permettent de valider la méthodologie et confirment les résultats de simulation.