Conception d’amplificateurs de puissance en technologie CMOS pour le standard LTE

Design of power amplifiers in CMOS technology for LTE applications

• Auteur / Autrice : Fabien Mesquita
• Direction : Eric Kerhervé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 30/05/2018
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Kerhervé, Eric Bergeault, Michel Prigent, Anthony Ghiotto, Daniela Dragomirescu, Guillaume Vivier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Bergeault, Michel Prigent

Mots clés

Mots clés contrôlés

LTE (norme)

MOS complémentaires

Amplificateurs de puissance

Mots clés libres

Amplificateur de puissance

CMOS

Combinaison de puissance

LTE

Transformateur intégré

CMOS

LTE

Integrated transformer

Power amplifier

Power combining

Résumé

Le standard LTE permet l’accès au très haut débit mobile et évolue afind’adresser les applications embarquées de type objets connectés. Mais dans la perspectived’un émetteur-récepteur LTE fabriqué dans une technologie CMOS faible-coût ethautement intégrable, l’amplificateur de puissance (PA) reste le seul bloc actif non intégréà ce jour. De plus, l’utilisation de modulations en quadrature oblige la conceptiond’amplificateurs très linéaires, générant une consommation statique plus importante.Dans ce contexte, ces travaux de thèse portent sur la recherche de composants etde circuits permettant d’atteindre de fortes puissances de sortie et de résoudre le compromisentre la linéarité et la consommation du PA. Deux axes de travail sont identifiéset développés dans cette thèse. Le premier axe porte sur l’utilisation d’un transistor depuissance intégrable en technologie CMOS. Trois cellules de puissance basées sur ce composantsont présentées, de l’étude théorique aux résultats de mesure. Dans le second axede recherche, ce transistor est intégré dans une architecture avancée de PA entièrementréalisée en CMOS. Une méthode de conception de transformateurs intégrés est égalementdéveloppée. Le PA proposé est reconfigurable pour adresser les différents besoinsimposés par le standard LTE : puissance de sortie, haute linéarité et faible consommation.

The LTE standard has been intended for mobile communications. Focusingnot only on higher data rate, LTE now aims at an implementation for the Internetof Things (IoT). The main challenge, in the perspective of a LTE front-end fully manufacturedin a low-cost and high integration level CMOS technology, remains the design ofpower amplifiers (PA). Furthermore, the use of complex quadrature modulation resultsin stringent linearity requirements resulting in an important quiescent dc consumption.In this context, this work focuses on the research of devices and circuits generatinghigh output power and solving the compromise between linearity and consumption ofthe PA. Two strands of work are identified and developed in this thesis. The first oneuses a power transistor available in CMOS technology. Three power cells based on thisdevice are proposed, with detailed theoretical and experimental results. In the secondone, this transistor is then used in a fully-integrated CMOS PA. A design methodologyfor integrated transformers is also presented. The proposed fully-integrated PA is reconfigurablein order to address the main LTE challenges : output power, high linearity andlow consumption.