2,427 research outputs found

    A Fully-Integrated Quad-Band GSM/GPRS CMOS Power Amplifier

    Get PDF
    Concentric distributed active transformers (DAT) are used to implement a fully-integrated quad-band power amplifier (PA) in a standard 130 nm CMOS process. The DAT enables the power amplifier to integrate the input and output matching networks on the same silicon die. The PA integrates on-chip closed-loop power control and operates under supply voltages from 2.9 V to 5.5 V in a standard micro-lead-frame package. It shows no oscillations, degradation, or failures for over 2000 hours of operation with a supply of 6 V at 135° under a VSWR of 15:1 at all phase angles and has also been tested for more than 2 million device-hours (with ongoing reliability monitoring) without a single failure under nominal operation conditions. It produces up to +35 dBm of RF power with power-added efficiency of 51%

    Wireless interrogation of an optically modulated resonant tunnelling diode oscillator

    Get PDF
    n this work, a resonant tunnelling diode-photo-detector based microwave oscillator is amplitude modulated using an optical signal. The modulated free running oscillator is coupled to an antenna and phase locked by a wireless carrier that allows remote extraction of the information contained in the modulation. An off-the-shelf demodulator has been used to recover the envelope of the baseband data originally contained in the optical signal. Data were successfully transmitted at a rate of 1 MSym/s with a bit error rate below 10−6

    Design of a class-F power amplifier with reconfigurable output harmonic termination in 0.13 µm CMOS

    Get PDF
    Next generation wireless communication technology requires mobile devices and base stations to support multiband multimode frequencies with higher data rate because of the type of enriched and enhanced features and services that are provided to the end user. The challenge for next generation PA designers is to provide high efficiency, output power and good linearity across multiple frequency bands, modulation standards and bandwidth. Current industry solution involves parallel PAs dedicated to a single band of operation. As more and more features are added, more and more PAs will be required with increasing cost, area and complexity. As a solution to this problem, one tunable fully integrated class-F power amplifier with reconfigurable output harmonic termination is proposed, designed, fabricated and tested with a commercially available 0.13µm CMOS process technology. By using the coupling between the primary and the secondary winding of an on chip transformer with a variable secondary termination capacitance, the second and third harmonic short and open circuit frequencies are dynamically tuned from 700 MHz to 1200 MHz and achieve high efficiency and output power. To overcome CMOS process low break down voltage, a series voltage combining approach is used for the power device to boost output power, by allowing the power supply to exceed process limits. The fabricated die was packaged and mounted to a printed circuit board for evaluation. Compared to previously publish fully integrated PAs, our design exhibits superior peak power added efficiency, 48.4%, and decent saturated output power and power gain of 24.6 dBm and 16.5 dB respectively with reconfigurability from 700 MHz to 1200 MHz

    Fully integrated CMOS power amplifier design using the distributed active-transformer architecture

    Get PDF
    A novel on-chip impedance matching and power-combining method, the distributed active transformer is presented. It combines several low-voltage push-pull amplifiers efficiently with their outputs in series to produce a larger output power while maintaining a 50-Ω match. It also uses virtual ac grounds and magnetic couplings extensively to eliminate the need for any off-chip component, such as tuned bonding wires or external inductors. Furthermore, it desensitizes the operation of the amplifier to the inductance of bonding wires making the design more reproducible. To demonstrate the feasibility of this concept, a 2.4-GHz 2-W 2-V truly fully integrated power amplifier with 50-Ω input and output matching has been fabricated using 0.35-μm CMOS transistors. It achieves a power added efficiency (PAE) of 41 % at this power level. It can also produce 450 mW using a 1-V supply. Harmonic suppression is 64 dBc or better. This new topology makes possible a truly fully integrated watt-level gigahertz range low-voltage CMOS power amplifier for the first time

    Approach for the Design of a Broadband Microwave Power Amplifier in Microstrip Technology for Mobile Communications Systems

    Get PDF
    This work presents a broadband power amplifier in S-band in microstrip technology. The proposed power amplifier is modeled with a single-stage architecture based on a field effect transistor ATF13786 of Agilent Technologies (hp)®. The used transistor has been polarized with transmission lines and it has been adapted with matching networks in the form of λ/4 transformers filters at the input and at the output. This amplifier has been studied and optimized using the Advanced Design System (ADS®) software. The simulation results of the output power and S parameters show excellent characteristics with a satisfactory gain greater than 10.9 dB, low reflections, a saturated output power of 16.4 dBm with a 1 dB compression point at an input power level of about 5 dBm, a maximum PAE of 25.3% and unconditional stability in the desired frequency band. The modeled amplifier can be integrated into mobile communications systems namely LTE mobile networks (2500 to 2690 MHz) and wireless networks using Wi-Fi protocol (2400 to 2485 MHz)

    Novel Approach to Design Ultra Wideband Microwave Amplifiers: Normalized Gain Function Method

    Get PDF
    In this work, we propose a novel approach called as “Normalized Gain Function (NGF) method” to design low/medium power single stage ultra wide band microwave amplifiers based on linear S parameters of the active device. Normalized Gain Function TNGF is defined as the ratio of T and |S21|^2, desired shape or frequency response of the gain function of the amplifier to be designed and the shape of the transistor forward gain function, respectively. Synthesis of input/output matching networks (IMN/OMN) of the amplifier requires mathematically generated target gain functions to be tracked in two different nonlinear optimization processes. In this manner, NGF not only facilitates a mathematical base to share the amplifier gain function into such two distinct target gain functions, but also allows their precise computation in terms of TNGF=T/|S21|^2 at the very beginning of the design. The particular amplifier presented as the design example operates over 800-5200 MHz to target GSM, UMTS, Wi-Fi and WiMAX applications. An SRFT (Simplified Real Frequency Technique) based design example supported by simulations in MWO (MicroWave Office from AWR Corporation) is given using a 1400mW pHEMT transistor, TGF2021-01 from TriQuint Semiconductor

    Distributed Transformers for Broadband Monolithic Millimeter-Wave Integrated Power Amplifiers

    Get PDF
    Die vorliegende Arbeit beschreibt Methoden und Techniken zur Optimierung und Realisierung von verteilten magnetischen Transformatoren für deren Einsatz in Anpassnetzwerken von Monolithischen Integrierten Millimeterwellenschaltungen (engl. MMICs). Es werden Strategien für die Effizienz- und Bandbreitenoptimierung verteilter Transformatoren vorgestellt. Diese werden mit Hilfe einer optimierten Transformatorgeometrie verifiziert und anhand von zwei MMIC Leistungsverstärkern demonstriert

    On the design of high-efficiency RF Doherty power amplifiers

    Get PDF
    Power amplifiers (PAs) are one of the most crucial elements in wireless standards becasue they are the most power hungry subsystems. These elements have to face an important issue, which is the power efficiency, a fact related with the output back-off (OBO). But the OBO depends on the kind of modulated signal, in proportion to the modulated signal peak-to-average power ratio (PAPR). The higuer is the data rate, the higer is the OBO, and consequently the lower is the efficiency. A low efficiency of PAs causes the waste of energy as heat. Furthermore, the trade-off between linearity and efficiency in PAs is another major issue. To cope with the undesired circumstances producing efficiency degradation, the Doherty power amplifier (DPA) is one of the useful techniques which provide high efficiency for high PAPR of modern communication signals. Nevertheless, the limited bandwidth (BW) of this kind of PAs (about 10% of fractional bandwidth) and its importance (in modern wireless systems such as LTE, WiMAX, Wi-Fi and satellite systems) have encouraged the researchers to improve this drawback in recent years. Some typical BW limiting factors effect on the performance of DPAs: i) quarter-wave length transformers, ii) phase compensation networks in/output matching circuits, iii) offset lines and device non-idealities; The quarter-wave length transformers performs as an inverter impedance in the load modulation technique of DPAs. The future objective in designing DPAs is to decrease the impact of these issues. In this context, this PhD-thesis is focused on improving fractional bandwidth of DPAs using the new methods that are related to impedance transformers instead of impedance inverters in the load modulation technique. This study is twofold. First, it is presented a novel DPA where a wideband GaN DPA in the 2.5 GHz band with an asymmetrical Wilkinson splitter. The impedance transformer of the proposed architecture is based on a matching network including a tapered line with multi-section transformer in the main stage. The BW of this DPA has ranged from 1.8 to 2.7 GHz. Plus, the obtained power efficiency (drain) is higher than 33% in the whole BW at both maximum and OBO power levels. Second, based on the benefits of the Klopfenstein taper, a promising DPA design is proposed where a Klopfenstein taper replaces the tapered line. In fact, this substitution results on reducing the reflection coefficient of the transformer. From a practical prototype realization of this novel Doherty-like PA in the 2.25 GHz band, this modification has demonstrated that the resulting DPA BW is increased in comparison to the conventional topology while keeping the efficiency figures. Moreover, this study also shows that the Klopfenstein taper based design allows an easy tuning of the group delay through the output reactance of the taper, resulting in a more straightforward adjustments than other recently published designs where the quarter-wave transformer is replaced by multi-section transmission lines (hybrid or similar). Experimental results have shown 43-54% of drain efficiency at 42 dBm output power, in the range of 1.7 to 2.75 GHz. Concretely, the results presented in this novel Doherty-like PA implies an specific load modulation technique that uses the mixed Klopfenstein tapered line together with a multi-section transformer in order to obtain high bandwidth with the usual efficiency in DPAs.Los amplificadores de potencia (PAs) son uno de los elementos más importantes para los transmisores inalámbricos desde el punto de vista del consumo energético. Un aspecto muy importante es su eficiencia energética, un concepto relacionado con el back-off de salida (OBO), que a su vez viene condicionadpo por el PAPR de la señal modulada a amplificar. Una baja eficiencia de los PA hace que la pérdida de energía se manifieste en forma de calor. De hecho, esta cuestión conduce al incremento de los costes y tamaño, esto último por los radiadores. Además, el compromiso entre la linealidad y la eficiencia en los PA es otro problema importante. Para hacer frente a las circunstancias que producen la degradación de la eficiencia, el amplificador de potencia tipo Doherty (DPA) es una de las técnicas más útiles que proporcionan una buena eficiencia incluso para los altos PAPR comunes en señales de comunicación modernos. Sin embargo, el limitado ancho de banda (BW) de este tipo de PA (alrededor del 10% del ancho de banda fraccional) y su importancia (en los sistemas inalámbricos modernos, tales como LTE, WiMAX, Wi-Fi y sistemas de satélites) han animado a los investigadores para mejorar este inconveniente en los últimos años. Algunos aspectos típicos que limitan el BW en los DPA son: i) transformadores de longitud de cuarto de onda, ii) redes de compensación de fase y circuitos de adaptación de salida, iii) compensación de las líneas y los dispositivos no ideales. Los transformadores de cuarto de onda actuan como un inversor de impedancia en la técnica de modulación de carga de la DPA "("load modulation"). Concretamente, el objetivo futuro de diseño de DPA es disminuir el impacto de estos problemas. En este contexto, esta tesis doctoral se centra en mejorar el ancho de banda fraccional de DPA utilizando los nuevos métodos que están relacionados con el uso de transformadores de impedancias en vez de inversores en el subcircuito de modulación de carga. Este estudio tiene dos niveles. En primer lugar, se presenta una novedosa estructura del DPA de banda ancha usándose dispositivos de GaN en la banda de 2,5 GHz con un divisor Wilkinson asimétrico. El transformador de impedancias de la arquitectura propuesta se basa en una red de adaptación, incluyendo una línea cónica con múltiples secciones del transformador en la etapa principal. El BW de este DPA ha sido de 1,8 a 2,7 GHz. Además, se obtiene una eficiencia de drenador de más del 33% en todo el BW, tanto a nivel de potencia máxima como a nivel del OBO. En segundo lugar, aprovechando los beneficios de un adaptador de Klopfenstein, se propone un nuevo diseño del DPA. Con la sustitución de la lina conica por el Klopfenstein se reduce el coeficiente de reflexión de transformador de impedancias. Sobre un prototipo práctico de esta nueva estructura del Doherty, en la banda de 2,25 GHz, se ha demostrado que el BW resultante se incrementa en comparación con la topología convencional mientras se mantienen las cifras de eficiencia. Por otra parte, en este estudio se demuestra que el diseño basado en el Klopfenstein permite una afinación fácil del retardo de grupo a través de la reactancia de salida del taper, lo que resulta en un ajuste más sencillo que otros diseños publicados recientemente en el que el transformador de cuarto de onda se sustituye por multi-líneas de transmisión de la sección (híbridos o similar). Los resultados experimentales han mostrado un 43-54% de eficiencia de drenador sobre 42 dBm de potencia de salida, en el intervalo de 1,7 a 2,75 GHz. Concretamente, los resultados presentados en esta nueva estructura tipo-Doherty implican una técnica de modulación de carga que utiliza una combinación de un Klopfenstein junto con un transformador de múltiples secciones con el fin de obtener un alto ancho de banda con la eficiencia habitual en DPAs.Els amplificadors de potència (PA) són un dels elements més importants per els sistemes ràdio ja que sone ls principals consumidors d'energía. Un aspecte molt important és l'eficiència de l'amplificador, aspecte relacionat amb el back-off de sortida (OBO) que a la seva vegada ve condicionat pel PAPR del senyal modulat. Una baixa eficiència dels PA fa que la pèrdua d'energia en manifesti en forma de calor. De fet, aquesta qüestió porta a l'increment dels costos i grandària, degut als dissipadors de calor. A més, el compromís entre la linealitat i l'eficiència en els PA es un altre problema important. Per fer front a les circumstàncies que porten a la degradació de l'eficiència, l'amplificador de potència Doherty (DPA) és una de les tècniques més útils i que proporcionen una bona eficiència per als alts PAPR comuns en senyals de comunicació moderns. No obstant això, l'ample de banda limitat (BW) d'aquest tipus de PA (al voltant del 10% de l'ample de banda fraccional) i la seva importància (en els sistemes moderns, com ara LTE, WiMAX, Wi-Fi i sistemes de satèl·lits) han animat els investigadors per millorar aquest inconvenient en els últims anys. Alguns aspectes tipicament limitadors del BW en els DPA son: i) transformadors de longitud d'quart d'ona, ii) xarxes de compensació de fase en circuits / adaptacions de sortida, iii) compensació de les línies i els dispositius no ideals. Els transformadors de quart d'ona s'utilitzen com a inversors d'impedàncies en la tècnica de modulació de càrrega del DPA ("load modulation"). Concretament, l'objectiu futur de disseny d'DPA és disminuir l'impacte d'aquests problemes. En aquest context, aquesta tesi doctoral es centra en millorar l'ample de banda fraccional dels DPA utilitzant nous mètodes que estan relacionats amb l'ús de transformadors d'impedàncies, en comptes d'inversors, en el subcircuit de modulació de càrrega. Aquest treball té dos nivells. En primer lloc, es presenta un DPA novedós que fa servir dispositus GaN DPA a la banda de 2,5 GHz amb un divisor Wilkinson asimètric. El transformador d'impedàncies de l'arquitectura proposada es basa en una xarxa d'adaptació, incloent una línia cònica amb múltiples seccions del transformador en l'etapa principal. El BW d'aquest DPA ha mostrat ser d'1,8 a a 2,7 GHz. A més, s'obté una eficiència de drenador de més del 33% en tot el BW, tant a nivell de potència màxima com de OBO. En segon lloc, sobre la base dels beneficis del adaptador de Klopfenstein, un proposa un nou disseny on un Klopfenstein substitueix la anterior línia cònica. Aquesta substitució repercuteix en la reducció del coeficient de reflexió de transformador d'impedàncies.Des d'una realització pràctica (prototipus) d'aquest nou amplificador tipus Doherty a la banda de 2,25 GHz, s'ha demostrat que el BW resultant s'incrementa en comparació amb la topologia convencional mentre es mantenen les xifres d'eficiència. D'altra banda, en aquest estudi es demostra que el disseny basat en el Klopfenstein permet una afinació fàcil del retard de grup a través de la reactància de sortida de la forma cònica, el que resulta en un ajust més senzill que altres dissenys publicats recentment en què el transformador de quart d'ona es substitueix per multi-línies de transmissió de la secció (híbrids o similar). Els resultats experimentals han mostrat un 43-54% d'eficiència de drenador en 42 dBm de potència de sortida, en l'interval de 1,7-2,75 GHz. Concretament, els resultats presentats en aquest nou amplificador tipus Doherty impliquen una tècnica de modulació de càrrega específic que utilitza una combinació del Klopfenstein juntament amb un transformador de múltiples seccions per tal d'obtenir un alt ample de banda amb la usual eficiència en DPAs.Postprint (published version

    Performance Analysis of Low noise amplifier using Combline Bandpass Filter for X Band Applications

    Get PDF
    This paper describes a procedure for designing broadband low noise amplifier for X-Band applications. The design and implementation is based on HEMT transistors AFP02N2-00 of Alpha Industries®. The matching circuit used for modeling the microwave amplifier is the quarter-wave transformers impedance matching technique associated to combline bandpass filter.  The proposed amplifier is implemented on a substrate of epoxy FR4 with a central frequency of 11GHz and a fractional bandwidth of 0.18% and is designed to be used in radar reception systems. The results show that the proposed LNA is unconditionally stable with a simulated gain of 20dB over the working frequency range of [9.5−12.5] GHz
    corecore