Conception d’un amplificateur de puissance reconfigurable en CMOS nanométrique pour les applications LTE dans les drones

Design of a reconfigurable power amplifier on 65nm CMOS for LTE applications in drones

• Auteur / Autrice : Giap Luong
• Direction : Eric Kerhervé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 20/07/2018
• 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 : Président / Présidente : Éric Rius
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Rius, Hervé Barthélemy, Bernard Jarry, Jean-Marie Pham, Yann Deval, Xavier Hours
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Barthélemy, Bernard Jarry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Linéarisation (électronique)

Systèmes de communication sans fil

Systèmes de communication

Drones

LTE (norme)

MOS complémentaires

Amplificateurs de puissance

Mots clés libres

Amplificateur de puissance

CMOS

Polarisation segmentée

4G

Drones

Transformateur

Combinaison de puissance

Technique de linéarisation

Power Amplifier

CMOS

Segmented bias

4G

Drones

Transformer

Power combining

Linearization technique

Résumé

Les véhicules aériens sans pilote (UAV), souvent appelés drones, trouvent de nombreuses applications dans la vie. Les applications de drones nécessitent plusieurs indicateurs de performance essentiels tels que la couverture, la force du signal, la latence et la mobilité dans des scénarios. Par conséquent, l'utilisation des communications sans fil dans les drones est essentielle pour répondre à toutes les exigences. En raison des connexions au haut débit entre les drones et les utilisateurs pour transférer des données de haut volume à haute résolution, les dernières générations sans fil, comme la norme LTE, sont privilégiées. Il est évident que l'intégration de blocs de radiofréquence (RF) est essentielle pour construire un système sur puce et réduire la taille des drones. Dans ce contexte, cette thèse vise à développer un amplificateur de puissance (PA) innovant avec haute performance reconfigurable entièrement intégré qui adresse les différents besoins imposés par le standard LTE à utiliser dans les applications des UAV. Le PA entièrement intégré en CMOS 65 nm a pour objectif de fournir une puissance de sortie élevée et résoudre le compromis entre la linéarité et l’efficacité. Un transformateur à quatre enroulements est implémenté pour configurer le fonctionnement en multi modes du PA. La technique « segmented bias » permet au PA d’améliorer la linéarité. Le PA obtient non seulement des performances élevées en RF, mais démontre également un potentiel pour l'adopter dans la bande 5G inférieure.

Unmanned aerial vehicles (UAVs), often known as drones, have been finding numerous applications in life. Drones applications need several essential performance indicators such as coverage, signal strength, latency, and mobility under scenarios. Therefore, the use of wireless communications in drones is critical to address all requirements. Because of high-speed connections between drones and users to transfer high-resolution high-volume data, latest wireless generations, namely the LTE standard, are privileged. It is straightforward that the integration of RF blocks is essential to build a system-on-chip and shrink the size of drones. To answer the above question, this thesis aims to develop a fully integrated reconfigurable high-performance innovated PA that supports 4G LTE standard to be used in UAVs’ applications. The fully integrated 65-nm CMOS power amplifier (PA) provides a watt-level output power, addresses the linearity/efficiency trade-off. A four-winding transformer is implemented to configure the multi-mode operation of the PA. The “segmented bias” technique allows the PA to increase the linearity. The PA not only obtains high radiofrequency performances but also demonstrates a potential to adopt it design in the lower 5G band.