FR2910741A1 - Amplificateur de puissance utilisant un groupeur de puissance. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un amplificateur de puissance (600) utilisant un groupeur de puissance (500), qui est capable de minimiser la perte de puissance et d'améliorer le rendement de l'amplificateur de puissance (600) avec une puissance de sortie importante, en groupant des puissances générées par une pluralité d'amplificateurs de puissance utilisés dans un système de communication sans fil utilisant un transformateur de ligne de transmission (607).
Description
AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE UTILISANT UN GROUPEUR DE PUISSANCE La présente
invention concerne un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de puissance, et plus particulièrement un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de puissance, qui est capable de minimiser la perte de puissance et d'améliorer le rendement de l'amplificateur de puissance avec une puissance de sortie importante, en groupant des puissances générées par une pluralité d'amplificateurs de puissance utilisés dans un système de communication sans fil utilisant un transformateur de ligne de transmission. Un groupeur de puissance et un amplificateur de puissance sont utilisés pour permettre à un émetteur d'un système de communication sans fil de transmettre un signal de fréquence radio avec une puissance de sortie importante. La figure 1 est une vue représentant la configuration d'un amplificateur de puissance général. Comme cela est représenté sur la figure 1, l'amplificateur de puissance comprend une unité d'amplificateur comprenant un transistor de puissance 101 et un circuit correspondant 102 pour convertir une valeur d'une résistance de charge connectée à une borne de sortie 103 en une valeur d'une résistance de charge pour permettre au transistor de puissance 101 de générer une puissance importante. En général, dans un système de communication sans fil, la valeur de la résistance de charge connectée à 2910741 2 la borne de sortie 103 est 50 ê, mais une valeur Rload optimum n'est pas 50 Q. En consequence, le circuit correspondant 102 est nécessaire. Afin d'obtenir une puissance de sortie plus 5 importante que celle de l'amplificateur de puissance représenté sur la figure 1, une unité d'amplificateur de taille plus importante que le transistor de puissance 101 est nécessaire. La figure 2 est une vue représentant la structure 10 d'un amplificateur général pour générer une puissance de sortie importante utilisant plusieurs amplificateurs. Sur la figure 2, une unité d'amplificateur 201 comprend plusieurs transistors de puissance 101 afin de générer une puissance de sortie plus importante que 15 celle du transistor de puissance 101. Comme cela est représenté sur la figure 2, dans l'amplificateur de puissance général, les puissances de sortie générées par l'unité d'amplificateur 201 sont groupées par un groupeur de puissance et un circuit 20 correspondant 202. À cet instant, les puissances dôivent être groupées par le circuit correspondant 202 de sorte que la perte de puissance soit minimisée. En général, le circuit correspondant 202 comprend une association d'éléments passifs tels qu'une 25 inductance ou un condensateur. Cependant, du fait que de tels éléments passifs formés sur un substrat de silicium possédant un CMOS intégré possèdent un composant de résistance parasitique important, une perte de puissance importante est générée dans le groupeur de puissance et le circuit correspondant 202.
2910741 3 Si un amplificateur de puissance pour générer une puissance de sortie de plusieurs Watts est formé sur le substrat de silicium dans un niveau technologique actuel, la perte de puissance générée dans le groupeur 5 de puissance et le circuit correspondant atteint 50 % de la puissance générée dans le transistor de puissance. En conséquence, au niveau technologique actuel, un amplificateur de puissance obtenu en intégrant tous les éléments passifs sur un substrat de silicium est 10 commercialisé de façon négligeable. Afin de résoudre un tel problème, dans la plupart des amplificateurs de puissance actuels, des éléments passifs sont faits d'un semi-conducteur composé possédant un petit composant de résistance parasitique 15 ou sont implémentés sur un élément hors-puce sans être intégrés. Cependant, un tel procédé augmente le coût de fabrication d'un amplificateur de puissance. Donc, la présente invention a été réalisée au vue des problèmes mentionnés ci-dessus, et un objet de la 20 présente invention est de proposer un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de puissance, qui est capable de minimiser la perte de puissance et d'améliorer le rendement de l'amplificateur de puissance avec une puissance de sortie importante, en 25 groupant des puissances générées par une pluralité d'amplificateurs de puissance utilisés dans un système de communication sans fil utilisant un transformateur de ligne de transmission. Selon la présente invention, les objets ci-dessus 30 et autres peuvent être accomplis par la mise à disposition d'un amplificateur de puissance utilisant 2910741 4 un groupeur de puissance, dans lequel des première et deuxième unités d'amplificateur amplifient et produisent des signaux de fréquence radio possédant des phases opposées et sont respectivement connectées à des 5 premières extrémités d'une première ligne de transmission et d'une deuxième ligne de transmission d'un premier transformateur de ligne de transmission, des troisième et quatrième unités d'amplificateur amplifient et produisent des signaux de fréquence radio 10 possédant des phases opposées et sont respectivement connectées à des premières extrémités d'une troisième ligne de transmission et d'une quatrième ligne de transmission d'un deuxième transformateur de ligne de transmission, les autres extrémités de la deuxième 15 ligne de transmission du premier transformateur de ligne de transmission et de la troisième ligne de transmission du deuxième transformateur de ligne de transmission sont connectées l'une à l'autre afin d'être connectées à la mise à la terre, l'autre 20 extrémité de la première ligne de transmission du premier transformateur de ligne de transmission est connectée à une première extrémité d'une cinquième ligne de transmission d'un troisième transformateur de ligne de transmission, l'autre extrémité de la 25 quatrième ligne de transmission du deuxième transformateur de ligne de transmission est connectée à une première extrémité d'une sixième ligne de transmission du troisième transformateur de ligne de transmission, la cinquième ligne de transmission du 30 troisième transformateur de ligne de transmission est connectée à la mise à la terre par l'intermédiaire 2910741 5 d'une résistance de sortie, et la sixième ligne de transmission du troisième transformateur de ligne de transmission est connectée à la mise à la terre. De préférence, l'amplificateur de puissance peut 5 être groupé en plusieurs amplificateurs, et les troisièmes transformateurs de ligne de transmission des amplificateurs de puissance peuvent être communément connectés à la résistance de sortie et à la mise à la terre.
10 De préférence, l'amplificateur de puissance peut être groupé en plusieurs amplificateurs, un quatrième transformateur de ligne de transmission peut être interposé entre la résistance de sortie et la mise à la terre, des sorties différentes des troisièmes 15 transformateurs de ligne de transmission des amplificateurs de puissance peuvent être mutuellement connectées, et les autres sorties différentes des troisièmes transformateurs de ligne de transmission peuvent être respectivement connectées à une septième 20 ligne de transmission et une huitième ligne de transmission au niveau du quatrième transformateur de ligne de transmission. De préférence, les transformateurs de ligne de transmission de l'amplificateur de puissance selon la 25 présente invention peuvent être remplacés avec des transformateurs à spirale. Selon un autre aspect de la présente invention, un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de puissance est proposé, dans lequel des première et 30 deuxième unités d'amplificateur amplifient et produisent des signaux de fréquence radio possédant des 2910741 6 phases opposées, la première unité d'amplificateur est connectée à des premières extrémités de première et troisième lignes de transmission de premier et deuxième transformateurs de ligne de transmission, la deuxième 5 unité d'amplificateur est connectée à des premières extrémités de deuxième et quatrième lignes de transmission des premier et deuxième transformateurs de ligne de transmission ; l'autre extrémité de la deuxième ligne de transmission du premier 10 transformateur de ligne de transmission et l'autre extrémité de la troisième ligne de transmission du deuxième transformateur de ligne de transmission sont connectée l'une à l'autre afin d'être connectées à la mise à la terre, l'autre extrémité de la première ligne 15 de transmission du premier transformateur de ligne de transmission est connectée à une première extrémité d'une cinquième ligne de transmission d'un troisième transformateur de ligne de transmission, l'autre extrémité de la quatrième ligne de transmission du 20 deuxième transformateur de ligne de transmission est connectée à un côté d'une sixième ligne de transmission du troisième transformateur de ligne de transmission, la cinquième ligne de transmission du troisième transformateur de ligne de transmission est connectée à 25 la mise à la terre par l'intermédiaire d'une résistance de sortie, et la sixième ligne de transmission du troisième transformateur de ligne de transmission est connectée à la mise à la terre. De préférence, l'amplificateur de puissance peut 30 être groupé en plusieurs amplificateurs, et les troisièmes transformateurs de ligne de transmission des 2910741 7 amplificateurs de puissance peuvent être communément connectés à la résistance de sortie et à la mise à la terre. De préférence, l'amplificateur de puissance peut 5 être groupé en plusieurs amplificateurs, un quatrième transformateur de ligne de transmission peut être interposé entre la résistance de sortie et la mise à la terre, des sorties différentes des troisièmes transformateurs de ligne de transmission des 10 amplificateurs de puissance peuvent être mutuellement connectées, et les autres sorties différentes des troisièmes transformateurs de ligne de transmission peuvent être respectivement connectées à une septième ligne de transmission et une huitième ligne de 15 transmission du quatrième transformateur de ligne de transmission. De préférence les transformateurs de ligne de transmission de l'amplificateur de puissance selon la présente invention peuvent être remplacés avec des 20 transformateurs à spirale. Selon la présente invention, il est possible de minimiser la perte de puissance et d'améliorer le rendement d'un amplificateur de puissance avec une puissance de sortie importante, en groupant des 25 puissances générées par des amplificateurs de puissance utilisant un transformateur de ligne de transmission. Les objets, caractéristiques ci-dessus et autres et avantages supplémentaires de la présente invention seront plus clairement compris à partir de la 30 description détaillée suivante prise conjointement aux dessins joints, sur lesquels : 2910741 8 la figure 1 est une vue représentant la configuration d'un amplificateur de puissance général ; la figure 2 est une vue représentant la configuration d'un amplificateur général pour générer 5 une puissance de sortie importante utilisant plusieurs unités d'amplificateur ; la figure 3 est une vue représentant une ligne de transmission, qui est un composant de base d'un groupeur de puissance selon la présente invention, et 10 la forme d'onde d'un signal passant dans la ligne de transmission ; la figure 4 est un schéma de circuit représentant un transformateur de ligne de transmission général utilisé dans le groupeur de puissance selon la présente 15 invention ; la figure 5 est un schéma de circuit représentant la structure de base du groupeur de puissance utilisant le transformateur de ligne de transmission, selon la présente invention ; 20 la figure 6 est un schéma de circuit représentant un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de puissance selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 7 est un schéma de circuit représentant 25 un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de puissance selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ; la figure 8 est un schéma de circuit représentant un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de 30 puissance selon un troisième mode de réalisation de la présente invention ; 2910741 9 la figure 9 est un schéma de circuit représentant un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de puissance selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention ; 5 la figure 10 est un schéma de circuit représentant un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de puissance selon un cinquième mode de réalisation de la présente invention ; la figure 11 est une illustration représentant une 10 configuration réelle d'un circuit intégré comprenant l'amplificateur de puissance représenté sur la figure 10 ; la figure 12 est un graphique représentant un résultat de simulation par ordinateur de 15 l'amplificateur de puissance représenté sur la figure 11 ; et la figure 13 est un schéma de circuit représentant l'amplificateur de puissance représenté sur la figure 6 dans lequel un transformateur de ligne de transmission 20 configurant le groupeur de puissance est remplacé avec un transformateur à spirale. La présente invention va à présent être décrite de façon plus complète en faisant référence aux dessins joints, sur lesquels des exemples de modes de 25 réalisation de l'invention sont représentés. L'invention peut, cependant, être réalisée selon de nombreuses formes différentes et ne doit pas être interprétés comme étant limitée aux modes de réalisation exposés dans les présentes ; plutôt, ces 30 modes de réalisation sont fournis de sorte que la présente description soit approfondie et complète, et 2910741 10 exprime le concept de l'invention de façon complète à l'homme du métier. La figure 3 est une vue représentant une ligne de transmission, qui est un composant de base d'un 5 groupeur de puissance selon la présente invention, et la forme d'onde d'un signal passant dans la ligne de transmission. Un numéro de référence 302 indique la forme d'onde d'un signal de courant alternatif transmis à travers 10 une ligne 301. Comme cela est représenté sur la figure 3, une tension d'un point A est 0 V, une tension d'un point B est 1 V, et une tension d'un point D est -1 V. En général, du fait qu'un signal de courant alternatif de 15 plusieurs MHz possède une longueur d'onde importante, une très longue ligne est nécessaire pour obtenir les caractéristiques représentées sur la figure 3. Par contre, du fait qu'un signal de courant alternatif de plusieurs GHz possède une faible longueur d'onde, les 20 caractéristiques représentées sur la figure 3 sont obtenues seulement par une ligne possédant une longueur de plusieurs mm ou de plusieurs centaines de pm. La ligne de transmission 301 possédant les caractéristiques représentées sur la figure 3 possède 25 une perte de puissance inférieure à celle d'un élément passif tel qu'une inductance à spirale. En conséquence, du fait que le groupeur de puissance selon la présente invention comprend la ligne de transmission en tant que composant de base, la perte 30 de puissance du groupeur de puissance est sensiblement inférieure à celle du circuit correspondant général.
2910741 11 La figure 4 est un schéma de circuit représentant un transformateur de ligne de transmission général utilisé dans le groupeur de puissance selon la présente invention.
5 Ici, les signes + et - indiquent que les phases des signaux de courant alternatif sont opposées l'unes à l'autre. Comme cela est représenté sur la figure 4A, un transformateur de ligne de transmission 300 comprend 10 des lignes de transmission 401 et 402 qui sont adjacentes l'une à l'autre de sorte que des courants passant dans les lignes de transmission 401 et 402 soient respectivement influencés par des champs magnétiques respectifs générés par les lignes de 15 transmission 402 et 401. À cet instant, la ligne de transmission indique une ligne pour transmettre un signal de fréquence radio. Ci-après, un principe de fonctionnement du transformateur 300 utilisant les lignes de 20 transmission 401 et 402 va être décrit. Si un courant Il passe dans la ligne de transmission 401, un champ magnétique est généré par le courant Il dans le voisinage de la ligne de transmission 401. À cet instant, un courant I2 est 25 généré dans la ligne de transmission 402 afin de supprimer une variation de champ magnétique généré par le courant Il. Si une tension d'un point Al est VA1, une tension d'un point A2 est VA2, une tension d'un point B1 est VB1, et une tension d'un point B2 est VB2, 30 les tensions satisfont l'équation 1. Équation 1 2910741 VA1-VB1=VA2-VB2 Sur la base du principe de base du transformateur 5 de ligne de transmission 300, le schéma de circuit de la figure 4B est analysé comme suit. Du fait que les points Al et B1 peuvent posséder des tensions +V et -V par une source de tension alternative 403, les courants passant dans les lignes 10 de transmission 401 et 402 possèdent des caractéristiques selon lesquelles les niveaux des courants sont égaux et les directions de ceux-ci sont opposées l'une à l'autre par le principe de base du transformateur de ligne de transmission 300. Du fait 15 que VA1=+V, VB1=V et VB2=0, il peut être vu que la tension VB2 est 2 V par l'équation 1. À cet instant, dans le calcul de la puissance générée par la source de tension alternative 403, la puissance est obtenue en multipliant le courant par une 20 tension. Dans un cas d'un signal de courant alternatif, la puissance est obtenue en multipliant un produit de courant et tension par 0,5. En conséquence, la puissance du point Al est 0,5xIxV et la puissance du point B1 est 0,5xIxV. Ainsi, il peut être vu que la 25 source de tension alternative 403 génère la puissance de 0,5xIxV+0,5xIxV=IxV. Du fait que le courant du point A2 est I et la tension de celui-ci est 2 V, il peut être vu que la puissance distribuée à une résistance Rout devient 0,5x2IxV=IxV et la puissance 30 totale générée par la source de tension alternative 403 est distribuée à une résistance Rload. À cet 12 2910741 13 instant, Rout=2V/I, Rload a=V/I et Rload b=V/I sont obtenues par la loi d'Ohm. En conséquence, du fait qu'une relation de 2Rload a = 2Rload b = Rout est obtenue, il peut être 5 vu que l'impédance peut être changée par les lignes de transmission 401 et 402. Ainsi, les tensions des points Al et B1 oscillent entre les tensions +V et -V, il peut être vu que la tension du point A2 oscille entre les tensions +2V et -2V et ainsi la tension, qui 10 est une des caractéristiques du transformateur général, peut être changée. Un transformateur utilisant une ligne de transmission est appelé un transformateur de ligne de transmission. Dans la présente invention, le 15 transformateur de ligne de transmission est formé en tant que composant de base. La figure 5 est un schéma de circuit représentant la structure de base du groupeur de puissance utilisant le transformateur de ligne de transmission, selon la 20 présente invention. Comme cela est représenté sur la figure 5, si des signaux RFin possédant des phases opposées sont appliqués respectivement sur des unités d'amplificateur 501 et 502 chacune composée d'un 25 transistor de puissance, les transistors de puissance 501 et 502 génèrent respectivement des signaux de sortie -V et +V possédant des phases opposées. Du fait que la source de tension alternative 403 représentée sur la figure 4B est 30 remplacée avec les transistors de puissance 501 et 502, les figures 4B et 5 représentent le même circuit.
2910741 14 À cet instant, si la valeur de la résistance Rout est 50 Q, les deux valeurs des résistances Rload a et Rload b deviennent 25 Q. En conséquence, un rapport de changement d'impédance R est 2. Du fait que les 5 valeurs des résistances Rload a et Rload b sont toujours égales l'une à l'autre, seulement la valeur de la résistance Rload est décrite. Du fait que la valeur de la résistance de charge de l'amplificateur possédant 50 S2 est changée en valeur de la 10 résistance Rload, le transformateur de ligne de transmission utilisant les lignes de transmission 503 et 504 fonctionne en tant que circuit correspondant. En conséquence, la sortie du groupeur de 15 puissance 500 possède les caractéristiques exprimées par l'équation 2. Équation 2 V2 z Pour N- VDD _ N .R , y" Rfnad Ro., 20 Pout : puissance de sortie N : nombre d'unités d'amplificateur VDD : tension d'alimentation en puissance des unités d'amplificateur 25 Rload : résistance de charge des unités d'amplificateur R : rapport de changement d'impédance. Afin de comparer facilement les puissances de sortie du groupeur de puissance 500, il peut être 30 théoriquement vu à partir de l'équation 2 que, 2910741 15 lorsqu'un produit NxR est augmenté, la puissance de sortie est augmentée. En conséquence, lorsque N=2 et R=2, NxR devient égal à 4. La figure 6 est un schéma de circuit représentant 5 un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de puissance selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Comme cela est représenté sur la figure 6, un amplificateur de puissance 600 pour grouper les 10 puissances de sortie des groupeurs de puissance 500 comprend deux groupeurs de puissance 500 représentés sur la figure 5. À savoir, les groupeurs de puissance 500 sont communément connectés à la mise à la terre 505. À cet 15 instant, la mise à la terre 505 est la mise à la terre virtuelle du courant alternatif par le principe d'un amplificateur différentiel. En conséquence, bien qu'une tension d'alimentation en puissance qui possède le même effet qu'une tension de mise à la terre de courant 20 alternatif soit appliquée sur la mise à la terre 505, un fonctionnement de courant alternatif du circuit n'est pas influencé. En conséquence, la mise à la terre 505 peut être utilisée en tant qu'unité d'entrée de la tension d'alimentation en puissance de 25 l'amplificateur de puissance. Si les phases de signaux RFin des unités d'amplificateur 603, 604, 605 et 606 des groupeurs de puissance 500 sont respectivement - , + , - et + , les tensions des unités de sortie 601 et 602 30 deviennent respectivement +2 V et -2 V. Les tensions et les courants des unités de sortie 601 et 602 sont 2910741 16 entrés dans un transformateur de ligne de transmission 607 et une borne de sortie 608 produit une tension de +4 V. À cet instant, si les niveaux des courants passant 5 dans les unités d'amplificateur 603, 604, 605 et 606 sont 1I, les niveaux des courants passant dans les unités de sortie 601 et 602 deviennent 1I et le niveau du courant passant dans le transformateur de ligne de transmission 607 devient également 1I. En conséquence, 10 l'équation 3 est obtenue par la loi d'Ohm. Équation 3 4V/I = Rout, 2V/I = Ra, V/I = Rload 15 En conséquence, une relation de Rout : Ra : Rload = 4 : 2 : 1 est obtenue. En général, une résistance de charge connectée entre une entrée et une sortie d'un circuit de fréquence radio est 50 O. En conséquence, si la valeur 20 de la résistance Rout est 50 S2, les valeurs des résistances Ra et Rload deviennent respectivement 25 0 et 12,5 S2. En outre, du fait que N=4 et R=4, NxR devient égal à 16. La figure 7 est un schéma de circuit représentant 25 un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de puissance selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Comme cela est représenté sur la figure 7, l'amplificateur de puissance selon le deuxième mode de 30 réalisation comprend deux amplificateurs de puissance 600 représentés sur la figure 6.
2910741 17 En conséquence, des parties de mise à la terre des deux amplificateurs de puissance 600 sont connectées l'une à l'autre pour être communément connectées à la mise à la terre et les bornes de sortie de ceux-ci sont 5 connectées l'une à l'autre pour être connectées à la résistance Rout. À cet instant, la mise à la terre 505 est la mise à la terre virtuelle du courant alternatif et peut être utilisée en tant qu'unité d'entrée d'une tension 10 d'alimentation en puissance de l'amplificateur. Si les phases des signaux RFin des unités d'amplificateur 701 et 702 de l'amplificateur de puissance sont respectivement - et + , les tensions de sortie des unités 15 d'amplificateur 701 et 702 deviennent respectivement +V et -V, le courant passant dans la résistance Rout devient 2I, et la tension à travers la résistance Rout devient 4 V. Dans ce cas, les valeurs des résistances Rload et Rout sont calculées par 20 l'équation 4. Équation 4 4V/2I = Rout, V/I = Rload 25 En conséquence, une relation de Rout : Rload = 2 : 1 est obtenue. Dans ce cas, du fait que N=8 et R=2, NxR devient égal à 16 et la même puissance de sortie que la figure 6 peut être obtenue.
30 La figure 8 est un schéma de circuit représentant un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de 2910741 18 puissance selon un troisième mode de réalisation de la présente invention. Comme cela est représenté sur la figure 8, afin d'obtenir une puissance de sortie plus importante, 5 l'amplificateur de puissance selon le troisième mode de réalisation comprend un transformateur de ligne de transmission 300 pour grouper les puissances de sortie des amplificateurs de puissance 600, en plus de deux amplificateurs de puissance 600 représentés sur la 10 figure 6. À savoir, la partie de mise à la terre et la borne de sortie d'un côté de chacun des deux amplificateurs de puissance 600 sont connectées l'une à l'autre et la borne de sortie et la partie de mise à la terre de 15 l'autre côté de ceux-ci sont respectivement connectées à la partie de mise à la terre et la résistance Rout du transformateur de ligne de transmission 300. À cet instant, si les phases des signaux RFin des unités d'amplificateur 801 et 802 sont respectivement 20 - et + , les tensions de sortie des unités d'amplificateur 801 et 802 deviennent respectivement +V et -V, les tensions des bornes de sortie 803 et 804 des amplificateurs de puissance 600 respectivement +4 V et -4 V, et le courant devient I. Selon le principe 25 décrit sur la figure 3, la tension à travers la résistance Rout devient +8 V et le courant passant dans celle-ci devient I. Si le procédé décrit ci-dessus est utilisé, N devient 8, R devient 8, et ainsi NxR devient égal à 64.
30 La mise à la terre virtuelle du courant alternatif 505 est formée et peut être utilisée en tant 2910741 19 qu'unité d'entrée d'une tension d'alimentation en puissance de l'amplificateur. En conséquence, du fait que les puissances de sortie sont groupées par le groupeur de puissance 5 utilisant le transformateur de ligne de transmission selon la présente invention, il est possible d'obtenir une puissance de sortie plus importante. La figure 9 est un schéma de circuit représentant un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de 10 puissance selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention. L'amplificateur de puissance représenté sur la figure 9 est un exemple modifié du groupeur de puissance configurant l'amplificateur de puissance 15 représenté sur la figure 6. La borne de sortie d'une des unités d'amplificateur 901 et 902 chacune composée d'un transistor de puissance est connectée à une ligne de transmission de chacun de deux transformateurs de ligne de transmission et la borne de sortie de l'autre 20 des unités d'amplificateur 901 et 902 est connectée à l'autre ligne de transmission de chacun des deux transformateurs de ligne de transmission de sorte que les signaux de sortie des unités d'amplificateur 901 et 902 soient distribués aux deux 25 transformateurs de ligne de transmission. Une seconde borne de sortie d'un des deux transformateurs de ligne de transmission et une première borne de sortie de l'autre de ceux-ci sont connectées l'une à l'autre, et une première borne de sortie 601 d'un des deux 30 transformateurs de ligne detransmission et une seconde borne de sortie 602 de l'autre de ceux-ci sont 2910741 20 respectivement connectées à des lignes de transmission d'un autre transformateur de ligne de transmission afin d'être respectivement connectées à la mise à la terre et une charge.
5 À cet instant, si les phases des signaux d'entrée RFin des unités d'amplificateur 901 et 902 sont opposées l'une à l'autre, les phases des signaux de sortie des unités d'amplificateur 901 et 902 sont opposées l'une à l'autre. Si les tensions de sortie des 10 unités d'amplificateur 901 et 902 sont respectivement +V et -V et les niveaux des courants passant dans celle-ci sont 2I, les niveaux des courants passant dans les lignes de transmission deviennent I, le niveau de courant passant dans la résistance Rout devient I, et 15 la tension à travers la résistance Rout devient +4 V. Dans ce cas, l'équation 5 est utilisée pour obtenir le rapport de changement d'impédance R. Équation 5 20 4V/I = Rout, V/2I = Rload. En conséquence, une relation de Rout : Rload = 8 : 1 est obtenue. Dans l'équation 5, si le rapport de changement 25 d'impédance R est 8 0 et la valeur de la résistance Rout est 50 0, la valeur de la résistance Rload devient 6,25. Le nombre N d'unités d'amplificateur devient 2. En conséquence, NXR devient égal à 16.
30 La figure 10 est un schéma de circuit représentant un amplificateur de puissance utilisant un groupeur de 2910741 21 puissance selon un cinquième mode de réalisation de la présente invention. L'amplificateur de puissance représenté sur la figure 10 possède la structure obtenue en remplaçant 5 l'amplificateur de puissance représenté sur la figure 7 avec l'amplificateur de puissance représenté sur la figure 9. À cet instant, en considérant les courants passant dans et les tensions à travers les lignes de 10 transmission et la résistance Rout, l'équation 6 est utilisée pour obtenir N et R. Équation 6 4V/2I = Rout, V/2I = Rload 15 En conséquence, une relation de Rout : Rload = 4 : 1 est obtenu. Dans l'équation 6, R est 4 et le nombre N d'unités d'amplificateur est 4. En conséquence, NxR devient égal 20 à 16. Dans les groupeurs de puissance représentés sur les figures 9 et 10, la mise à la terre virtuelle du courant alternatif 505 est formée et peut être utilisée en tant qu'unité d'entrée d'une tension d'alimentation 25 en puissance de l'amplificateur. L'amplificateur de puissance représenté sur la figure 8 peut être remplacé avec l'amplificateur de puissance représenté sur la figure 9. La figure 11 est une illustration représentant une 30 configuration réelle d'un circuit intégré comprenant 2910741 22 l'amplificateur de puissance représenté sur la figure 10 utilisant un processus à 0,18 pm de RFCMOS. Un numéro de référence 1101 indique le groupeur de puissance selon la présente invention. À cet instant, 5 la ligne de transmission configurant le groupeur de puissance est faite d'aluminium, son épaisseur est environ 2, 5 pm, et sa largeur est 20 pm. La figure 12 est un graphique représentant un résultat de simulation par ordinateur de 10 l'amplificateur de puissance représenté sur la figure 11. Dans un résultat de simulation par ordinateur, le rendement et la puissance de sortie sont examinés dans la condition dans laquelle la fréquence de 15 fonctionnement du circuit est 1,8 GHz, la puissance d'entrée est fixée à une valeur constante, et le niveau de la tension d'alimentation en puissance du circuit varie de 0,5 V à 3,3 V. Comme cela est représenté sur la figure 12, une puissance de sortie maximum est 20 environ 34,5 dBm et, à cet instant, le rendement est 48 En conséquence, le rendement de l'amplificateur possédant une puissance de sortie de classe watt à la fréquence de fonctionnement de 1,8 GHz est très élevé.
25 L'amplificateur de puissance selon la présente invention peut grouper de façon efficace les puissances de sortie générées par les unités d'amplificateur. La figure 13 est un schéma de circuit représentant l'amplificateur de puissance représenté sur la figure 6 30 dans lequel un transformateur de ligne de transmission 2910741 23 configurant le groupeur de puissance est remplacé avec un transformateur à spirale. Du fait que les principes de fonctionnement de base du transformateur de ligne de transmission et le 5 transformateur à spirale général sont égaux, le transformateur de ligne de transmission peut être remplacé avec le transformateur à spirale dans le groupeur de puissance selon la présente invention utilisant le transformateur de ligne de transmission.
10 À savoir, si le rapport de spire des transformateurs à spirale 1301 et 1302 représentés sur la figure 13B est 1 : 1, les transformateurs à spirale possèdent les mêmes caractéristiques que le groupeur de puissance utilisant le transformateur de ligne de 15 transmission et le calcul des valeurs N et R est réalisé comme cela est décrit ci-dessus. Cependant, si le rapport de spire des transformateurs à spirale est 1 : N ou N : 1 au lieu de 1 : 1, les niveaux du courant et la tension de la partie primaire ou la 20 partie secondaire de chaque transformateur à spirale peuvent être analysés par le calcul d'un rapport de courant et un rapport de tension de la partie primaire et la partie secondaire selon le rapport de spire du transformateur à spirale exprimé par 25 l'équation 7. Ainsi, la valeur de la résistance Rload selon la valeur Rout peut être calculée. En conséquence, même lorsque le transformateur à spirale est utilisé, les valeurs N et R peuvent être obtenues facilement en utilisant le procédé décrit ci- 30 dessus. Équation 7 2910741 N V2_ Il V1 12 N : rapport de spire du transformateur à spirale 5 V1 : différence de tension entre deux bornes de la partie primaire du transformateur I1 : niveau de courant passant dans la partie primaire du transformateur V2 : différence de tension entre deux bornes de la 10 partie secondaire du transformateur I2 : niveau de courant passant dans la partie secondaire du transformateur Selon la présente invention, il est possible de minimiser la perte de puissance et d'améliorer le 15 rendement d'un amplificateur de puissance avec une puissance de sortie importante, en groupant des puissances générées par une pluralité d'amplificateurs de puissance utilisés dans un système de communication sans fil utilisant un transformateur de ligne de 20 transmission. Bien que les modes de réalisation préférés de la présente invention aient été décrits dans des buts illustratifs, l'homme du métier appréciera que des modifications, ajouts et substitutions divers sont 25 possibles sans s'éloigner de la portée et de l'esprit de l'invention telle qu'elle est décrite dans les revendications jointes. 24
Claims (10)
1. Amplificateur de puissance (600) utilisant un groupeur de puissance (500), caractérisé en ce que des première et deuxième unités d'amplificateur (603, 604) amplifient et produisent des signaux de fréquence radio possédant des phases opposées et sont respectivement connectées à des premières extrémités d'une première ligne de transmission (503) et une deuxième ligne de transmission (504) d'un premier transformateur de ligne de transmission (607), des troisième et quatrième unités d'amplificateur (605, 606) amplifient et produisent des signaux de fréquence radio possédant des phases opposées et sont respectivement connectées à des premières extrémités d'une troisième ligne de transmission et une quatrième ligne de transmission d'un deuxième transformateur de ligne de transmission, les autres extrémités de la deuxième ligne de transmission (504) du premier transformateur de ligne de transmission (607) et de la troisième ligne de transmission du deuxième transformateur de ligne de transmission sont connectées l'une à l'autre afin d'être connectées à la mise à la terre (505), l'autre extrémité de la première ligne de transmission du premier transformateur de ligne de transmission (607) est connectée à une première extrémité d'une cinquième ligne de transmission d'un troisième transformateur de ligne de transmission, l'autre extrémité de la quatrième ligne de transmission du deuxième transformateur de ligne de 2910741 26 transmission est connectée à une première extrémité d'une sixième ligne de transmission du troisième transformateur de ligne de transmission, la cinquième ligne de transmission du troisième 5 transformateur de ligne de transmission est connectée à la mise à la terre (505) par l'intermédiaire d'une résistance de sortie (Rout), et la sixième ligne de transmission du troisième transformateur de ligne de transmission est connectée à 10 la mise à la terre (505).
2. Amplificateur de puissance (600) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur de puissance (600) est groupé en plusieurs amplificateurs et les troisièmes transformateurs de 15 ligne de transmission des amplificateurs de puissance sont communément connectés à la résistance de sortie (Rout) et à la mise à la terre (505).
3. Amplificateur de puissance (600) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les 20 transformateurs de ligne de transmission, du premier au troisième, sont remplacés avec des transformateurs à spirale (1301, 1302).
4. Amplificateur de puissance (600) selon la revendication 1, caractérisé 25 de puissance (600) est amplificateurs, un quatrième transmission est interposé en ce que l'amplificateur groupé en plusieurs transformateur de ligne de entre la résistance de sortie (Rout) et la mise à la terre (505), des sorties différentes des troisièmes transformateurs de ligne de 30 transmission des amplificateurs de puissance sont mutuellement connectées, et les autres sorties 2910741 27 différentes des troisièmes transformateurs de ligne de transmission sont respectivement connectées à une septième ligne de transmission et une huitième ligne de transmission du quatrième transformateur de ligne de 5 transmission.
5. Amplificateur de puissance (600) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les transformateurs de ligne de transmission, du premier au quatrième, sont remplacés avec des transformateurs à 10 spirale (1301, 1302).
6. Amplificateur de puissance (600) utilisant un groupeur de puissance (500), caractérisé en ce que des première et deuxième unités d'amplificateur (701, 702) amplifient et produisent des signaux de fréquence radio 15 possédant des phases opposées, la première unité d'amplificateur (701) est connectée à des premières extrémités de première et troisième lignes de transmission de premier et deuxième transformateurs de ligne de transmission, 20 la deuxième unité d'amplificateur (702) est connectée à des premières extrémités de deuxième et quatrième lignes de transmission des premier et deuxième transformateurs de ligne de transmission ; l'autre extrémité de la deuxième ligne de 25 transmission du premier transformateur de ligne de transmission et l'autre extrémité de la troisième ligne de transmission du deuxième transformateur de ligne de transmission sont connectées l'une à l'autre afin d'être connectées à la mise à la terre (505), l'autre extrémité de la première ligne de transmission du premier transformateur de ligne de 2910741 28 transmission est connectée à une première extrémité d'une cinquième ligne de transmission d'un troisième transformateur de ligne de transmission, l'autre extrémité de la quatrième ligne de 5 transmission du deuxième transformateur de ligne de transmission est connectée à un côté d'une sixième ligne de transmission du troisième transformateur de ligne de transmission, la cinquième ligne de transmission du troisième 10 transformateur de ligne de transmission est connectée à la mise à la terre (505) par l'intermédiaire d'une résistance de sortie (Rout), et la sixième ligne de transmission du troisième transformateur de ligne de transmission est connectée à 15 la mise à la terre (505).
7. Amplificateur de puissance (600) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur de puissance (600) est groupé en plusieurs amplificateurs, et les troisièmes transformateurs de 20 ligne de transmission des amplificateurs de puissance sont communément connectés à la résistance de sortie (Rout) et à la mise à la terre (505).
8. Amplificateur de puissance (600) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les 25 transformateurs de ligne de transmission, du premier au troisième, sont remplacés avec des transformateurs à spirale (1301, 1302).
9. Amplificateur de puissance (600) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur 30 de puissance (600) est groupé en plusieurs amplificateurs, un quatrième transformateur de ligne de 2910741 29 transmission est interposé entre la résistance de sortie (Rout) et la mise à la terre (505), des sorties différentes des troisièmes transformateurs de ligne de transmission des amplificateurs de puissance sont 5 mutuellement connectées, et les autres sorties différentes des troisièmes transformateurs de ligne de transmission sont respectivement connectées à une septième ligne de transmission et une huitième ligne de transmission du quatrième transformateur de ligne de 10 transmission.
10. Amplificateur de puissance (600) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les transformateurs de ligne de transmission, du premier au quatrième, sont remplacés avec des transformateurs à 15 spirale (1301, 1302).
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