特許 6336504 多重帯域電力増幅器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6336504

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年6月6日

(54)【発明の名称】多重帯域電力増幅器

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/02 20060101AFI20180528BHJP

   H03F 3/24 20060101ALI20180528BHJP

【ＦＩ】

   H03F1/02

   H03F3/24

【請求項の数】27

【外国語出願】

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2016-67681(P2016-67681)

(22)【出願日】2016年3月30日

(65)【公開番号】特開2016-195393(P2016-195393A)

(43)【公開日】2016年11月17日

【審査請求日】2016年5月16日

(31)【優先権主張番号】62/140,925

(32)【優先日】2015年3月31日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503031330

【氏名又は名称】スカイワークス ソリューションズ，インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＫＹＷＯＲＫＳ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(72)【発明者】

【氏名】フェン、 チンハン

(72)【発明者】

【氏名】ツェン、 シューチー

(72)【発明者】

【氏名】ゲベイエフ、 ネッサネット

(72)【発明者】

【氏名】シー、 イン

(72)【発明者】

【氏名】ヤング、 ジェームズ フィリップ

【審査官】 及川 尚人

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２６６４５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１１−５１５８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５０４９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−３０２７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６６３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０１８２５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｆ １／００−３／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力増幅器モジュールであって、
出力段を含む電力増幅器と、
前記電力増幅器の出力段と電気的に通信する第１プログラム可能高調波終端回路と、
前記電力増幅器の出力段と電気的に通信する第２プログラム可能高調波終端回路と、
制御器と
を含み、
前記電力増幅器は信号を受信するべく構成され、
前記第１プログラム可能高調波終端回路は第１複数キャパシタ及び第１複数スイッチを含み、
前記第２プログラム可能高調波終端回路は第２複数キャパシタ及び第２複数スイッチを含み、
前記第１複数キャパシタの少なくとも一つが、前記第１複数スイッチの少なくとも一つと電気的に通信し、
前記第２複数キャパシタの少なくとも一つが、前記第２複数スイッチの少なくとも一つと電気的に通信し、
前記制御器は、前記第１プログラム可能高調波終端回路の第１複数スイッチの構成を、前記信号の第２高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するとともに、前記第２プログラム可能高調波終端回路の第２複数スイッチの構成を、前記信号の第３高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成され、
前記第１プログラム可能高調波終端回路と前記第２プログラム可能高調波終端回路とは、一以上の回路要素を共有することにより、一つの組み合わせ高調波終端回路を形成する電力増幅器モジュール。

【請求項2】

Ｆ級動作に関連付けられた制御信号に応答する前記制御器はさらに、前記第１プログラム可能高調波終端回路の第１複数スイッチの構成を修正して前記信号の第２高調波周波数をショートさせるべく、かつ、前記第２プログラム可能高調波終端回路の第２複数スイッチの構成を修正して前記信号の第３高調波周波数に開放インピーダンスを提示するべく構成される請求項１の電力増幅器モジュール。

【請求項3】

逆Ｆ級動作に関連付けられた制御信号に応答する前記制御器はさらに、前記第１プログラム可能高調波終端回路の第１複数スイッチの構成を修正して前記信号の第２高調波周波数に開放インピーダンスを提示するべく、かつ、前記第２プログラム可能高調波終端回路の第２複数スイッチの構成を修正して前記信号の第３高調波周波数をショートさせるべく構成される請求項１の電力増幅器モジュール。

【請求項4】

前記制御器はさらに、前記第１プログラム可能高調波終端回路の第１複数スイッチの構成を、前記電力増幅器の選択された動作階級に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成される請求項１の電力増幅器モジュール。

【請求項5】

前記電力増幅器は多重構成をサポートする請求項１の電力増幅器モジュール。

【請求項6】

前記電力増幅器は、Ｆ級構成、逆Ｆ級構成、Ｅ級構成又はＪ級構成の少なくとも２つをサポートする請求項３の電力増幅器モジュール。

【請求項7】

前記電力増幅器の出力段と電気的に通信する出力インピーダンス整合ネットワークをさらに含む請求項１の電力増幅器モジュール。

【請求項8】

前記電力増幅器の出力段と電気的に通信する低域通過フィルタをさらに含む請求項１の電力増幅器モジュール。

【請求項9】

前記電力増幅器モジュールは、前記電力増幅器の出力段と電気的に通信する出力インピーダンス整合ネットワークを含まない請求項１の電力増幅器モジュール。

【請求項10】

前記第１複数キャパシタと前記第２複数キャパシタとは、前記一つの組み合わせ高調波終端回路内で並列に接続される請求項１の電力増幅器モジュール。

【請求項11】

前記一以上の回路要素は、前記第１複数キャパシタ及び前記第２複数キャパシタに直列接続されたインダクタを含む請求項１の電力増幅器モジュール。

【請求項12】

無線デバイスであって、
少なくともいくつかが異なる通信周波数帯域に対応する複数の負荷線と、
前記複数の負荷線からの一の負荷線を電力増幅器に電気的に接続するべく構成されたスイッチネットワークと、
前記電力増幅器、前記電力増幅器の出力段と電気的に通信する第１プログラム可能高調波終端回路、前記電力増幅器の出力段と電気的に通信する第２プログラム可能高調波終端回路、及び制御器を含む電力増幅器モジュールと
を含み、
前記電力増幅器は信号を受信するべく構成され、
前記第１プログラム可能高調波終端回路は第１複数キャパシタ及び第１複数スイッチを含み、
前記第２プログラム可能高調波終端回路は第２複数キャパシタ及び第２複数スイッチを含み、
前記第１複数キャパシタの少なくとも一つが、前記第１複数スイッチの少なくとも一つと電気的に通信し、
前記第２複数キャパシタの少なくとも一つが、前記第２複数スイッチの少なくとも一つと電気的に通信し、
前記制御器は、前記第１プログラム可能高調波終端回路の第１複数スイッチの構成を、前記信号の第２高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するとともに、前記第２プログラム可能高調波終端回路の第２複数スイッチの構成を、前記信号の第３高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成され、
前記第１プログラム可能高調波終端回路と前記第２プログラム可能高調波終端回路とは、一以上の回路要素を共有することにより、一つの組み合わせ高調波終端回路を形成する無線デバイス。

【請求項13】

前記電力増幅器は多重動作階級をサポートする請求項１２の無線デバイス。

【請求項14】

前記第１複数キャパシタと前記第２複数キャパシタとは、前記一つの組み合わせ高調波終端回路内で並列に接続される請求項１２の無線デバイス。

【請求項15】

前記一以上の回路要素は、前記第１複数キャパシタ及び前記第２複数キャパシタに直列接続されたインダクタを含む請求項１２の無線デバイス。

【請求項16】

電力増幅器モジュールであって、
少なくとも第１段及び第２段を含む多段電力増幅器と、
前記第１段及び前記第２段間に配置された段間プログラム可能高調波終端回路と、
制御器と
を含み、
前記多段電力増幅器は信号を受信するべく構成され、
前記段間プログラム可能高調波終端回路は複数キャパシタ及び複数スイッチを含み、
前記複数キャパシタの少なくとも一つが、前記複数スイッチの少なくとも一つと電気的に通信し、
前記複数キャパシタ及び複数スイッチは、第１プログラム可能高調波終端回路を形成する第１群の複数キャパシタ及び複数スイッチと、第２プログラム可能高調波終端回路を形成する第２群の複数キャパシタ及び複数スイッチとを含み、
前記第１プログラム可能高調波終端回路と前記第２プログラム可能高調波終端回路とは、一以上の回路要素を共有することにより、前記段間プログラム可能高調波終端回路を形成し、
前記制御器は、前記第１プログラム可能高調波終端回路の第１複数スイッチの構成を、前記信号の第２高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するとともに、前記第２プログラム可能高調波終端回路の第２複数スイッチの構成を、前記信号の第３高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成される電力増幅モジュール。

【請求項17】

前記第２段は、前記多段電力増幅器の出力段である請求項１６の電力増幅器モジュール。

【請求項18】

前記制御器はさらに、前記第２高調波周波数又は前記第３高調波周波数の一方に対し前記複数スイッチの構成を、前記多段電力増幅器の特定動作階級に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成される請求項１６の電力増幅器モジュール。

【請求項19】

前記特定動作階級は、前記多段電力増幅器がサポートする複数の通信周波数帯域からの一通信周波数帯域に対応する請求項１８の電力増幅器モジュール。

【請求項20】

前記第２段よりも後段に配置されかつ前記第２段と電気的に通信する出力段プログラム可能高調波終端回路をさらに含む請求項１６の電力増幅器モジュール。

【請求項21】

前記出力段プログラム可能高調波終端回路は、前記多段電力増幅器の多重動作階級をサポートする請求項２０の電力増幅器モジュール。

【請求項22】

前記一以上の回路要素は、前記第１群の複数キャパシタ及び前記第２群の複数キャパシタに直列接続されたインダクタを含む請求項１６の電力増幅器モジュール。

【請求項23】

無線デバイスであって、
少なくともいくつかが異なる通信周波数帯域に対応する複数の負荷線と、
前記複数の負荷線からの一の負荷線を電力増幅器に電気的に接続するべく構成されたスイッチネットワークと、
多段電力増幅器、段間プログラム可能高調波終端回路及び制御器を含む電力増幅器モジュールと
を含み、
前記多段電力増幅器は少なくとも第１段及び第２段を含み、信号を受信するべく構成され、
前記段間プログラム可能高調波終端回路は、前記第１段及び前記第２段間に配置されて複数キャパシタ及び複数スイッチを含み、
前記複数キャパシタの少なくとも一つが、前記複数スイッチの少なくとも一つと電気的に通信し、
前記複数キャパシタ及び複数スイッチは、第１プログラム可能高調波終端回路を構成する第１群の複数キャパシタ及び複数スイッチと、第２プログラム可能高調波終端回路を構成する第２群の複数キャパシタ及び複数スイッチとを含み、
前記第１プログラム可能高調波終端回路と前記第２プログラム可能高調波終端回路とは、一以上の回路要素を共有することにより、前記段間プログラム可能高調波終端回路を形成し、
前記制御器は、前記第１プログラム可能高調波終端回路の第１複数スイッチの構成を、前記信号の第２高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するとともに、前記第２プログラム可能高調波終端回路の第２複数スイッチの構成を、前記信号の第３高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成される無線デバイス。

【請求項24】

前記第２段は前記電力増幅器の出力段である請求項２３の無線デバイス。

【請求項25】

前記制御器はさらに、前記第２高調波周波数又は前記第３高調波周波数の一方に対する前記複数スイッチの構成を、前記多段電力増幅器の特定動作階級に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成される請求項２３の無線デバイス。

【請求項26】

前記電力増幅器モジュールは、前記第２段の出力と電気的に通信するプログラム可能高調波終端回路をさらに含む請求項２３の無線デバイス。

【請求項27】

前記一以上の回路要素は、前記第１群の複数キャパシタ及び前記第２群の複数キャパシタに直列接続されたインダクタを含む請求項２３の無線デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は一般に電力増幅器に関する。

【0002】

関連出願の相互参照
本願は、２０１５年３月３１日に出願された「多重帯域電力増幅器」との名称の米国仮出願第６２／１４０，９２５号の優先権を主張する。上記出願それぞれの内容は、その全体がすべての目的のため、ここに明示的に組み入れられる。

【背景技術】

【0003】

電力増幅器効率を増大させる一方で良好な線形性を維持するべく、Ｆ級及び逆Ｆ級電力増幅器が、多くの線形電力増幅器設計者によって採用されている。しかしながら、Ｆ級及び逆Ｆ級電力増幅器の動作を維持するには多くの場合、電力増幅器の出力において高調波終端を使用する必要がある。広い周波数帯域幅にわたって良好な高調波終端を維持する一方で高い最大電力増幅器効率を達成することは困難となり得る。例えば、電力増幅器効率は通常、帯域幅が増加すると下降する。

【発明の概要】

【0004】

いくつかの実装において、本開示は電力増幅器モジュールに関する。電力増幅器モジュールは、出力段を含みかつ信号を受信するべく構成された電力増幅器を含む。電力増幅器モジュールはまた、電力増幅器の出力段と電気的に通信する第１プログラム可能高調波終端回路を含む。第１プログラム可能高調波終端回路は、第１複数キャパシタ及び第１複数スイッチを含み、第１複数キャパシタの少なくとも一つは第１複数スイッチの少なくとも一つと電気的に通信する。電力増幅器モジュールさらに、第１プログラム可能高調波終端回路の第１複数スイッチの構成を、信号の第２高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成された制御器を含む。

【0005】

いくつかの実施形態において、電力増幅器モジュールはさらに、電力増幅器の出力段と電気的に通信する第２プログラム可能高調波終端回路を含む。第２プログラム可能高調波終端回路は、第２複数キャパシタ及び第２複数スイッチを含む。

【0006】

いくつかの実施形態において、第２複数キャパシタの少なくとも一つは、第２複数スイッチの少なくとも一つと電気的に通信する。制御器はさらに、第２プログラム可能高調波終端回路の第２複数スイッチの構成を、信号の第３高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成される。

【0007】

いくつかの実施形態において、Ｆ級動作に関連付けられた制御信号に応答する制御器はさらに、第１プログラム可能高調波終端回路の第１複数スイッチの構成を修正して信号の第２高調波周波数をショートさせるべく、かつ、第２プログラム可能高調波終端回路の第２複数スイッチの構成を修正して信号の第３高調波周波数に開放インピーダンスを提示するべく構成される。

【0008】

いくつかの実施形態において、逆Ｆ級動作に関連付けられた制御信号に応答する制御器はさらに、第１プログラム可能高調波終端回路第１複数スイッチの構成を修正して信号の第２高調波周波数に開放インピーダンスを提示するべく、かつ、第２プログラム可能高調波終端回路の第２複数スイッチの構成を修正して信号の第３高調波周波数をショートさせるべく構成される。

【0009】

いくつかの実施形態において、制御器はさらに、第１プログラム可能高調波終端回路の第１複数スイッチの構成を、電力増幅器の選択された動作階級に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成される。

【0010】

いくつかの実施形態において、電力増幅器は多重構成をサポートする。

【0011】

いくつかの実施形態において、電力増幅器は、Ｆ級構成、逆Ｆ級構成、Ｅ級構成、又はＪ級構成の少なくとも２つをサポートする。

【0012】

いくつかの実施形態において、電力増幅器モジュールはさらに、電力増幅器の出力段と電気的に通信する出力インピーダンス整合ネットワークを含む。

【0013】

いくつかの実施形態において、電力増幅器モジュールはさらに、電力増幅器の出力段と電気的に通信する低域通過フィルタを含む。

【0014】

いくつかの実施形態において、電力増幅器モジュールは、電力増幅器の出力段と電気的に通信する出力インピーダンス整合ネットワークを含まない。

【0015】

いくつかの実装において、本開示は無線デバイスに関する。無線デバイスは複数の負荷線を含む。当該負荷線のいくつかは、異なる通信周波数帯域に対応する。無線デバイスはまた、複数の負荷線からの一の負荷線を電力増幅器に電気的に接続するべく構成されたスイッチネットワークを含む。無線デバイスさらに、電力増幅器を含む電力増幅器モジュールと、電力増幅器の出力段と電気的に通信する第１プログラム可能高調波終端回路と、制御器とを含む。電力増幅器は信号を受信するべく構成され、第１プログラム可能高調波終端回路は第１複数キャパシタ及び第１複数スイッチを含む。第１複数キャパシタの少なくとも一つは、第１複数スイッチの少なくとも一つと電気的に通信する。制御器は、第１プログラム可能高調波終端回路の第１複数スイッチの構成を、信号の第２高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成される。

【0016】

いくつかの実施形態において、電力増幅器モジュールはさらに、電力増幅器の出力段と電気的に通信する第２プログラム可能高調波終端回路を含む。第２プログラム可能高調波終端回路は第２複数キャパシタ及び第２複数スイッチを含む。

【0017】

いくつかの実施形態において、第２複数キャパシタの少なくとも一つは、第２複数スイッチの少なくとも一つと電気的に通信する。制御器はさらに、第２プログラム可能高調波終端回路の第２複数スイッチの構成を、信号の第３高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成される。

【0018】

いくつかの実施形態において、電力増幅器は多重動作階級をサポートする。

【0019】

いくつかの実装において、本開示は電力増幅器モジュールに関する。電力増幅器モジュールは、少なくとも第１段及び第２段を含む多段電力増幅器を含む。多段電力増幅器は、信号を受信するべく構成される。電力増幅器モジュールはまた、第１段及び第２段間に配置された段間プログラム可能高調波終端回路を含む。段間プログラム可能高調波終端回路は複数キャパシタ及び複数スイッチを含む。複数キャパシタの少なくとも一つは、複数スイッチの少なくとも一つと電気的に通信する。電力増幅器モジュールさらに、段間プログラム可能高調波終端回路の複数スイッチの構成を、信号の高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成された制御器を含む。

【0020】

いくつかの実施形態において、第２段は、電力増幅器の出力段である。

【0021】

いくつかの実施形態において、信号の高調波周波数は第２高調波周波数又は第３高調波周波数の一方である。

【0022】

いくつかの実施形態において、制御器はさらに、第２高調波周波数又は第３高調波周波数の一方に対する複数スイッチの構成を、多段電力増幅器の特定動作階級に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成される。

【0023】

いくつかの実施形態において、増幅器の特定動作階級は、多段電力増幅器がサポートする複数通信周波数帯域からの一通信周波数帯域に対応する。

【0024】

いくつかの実施形態において、電力増幅器モジュールはさらに、第２段よりも後段に配置されかつ第２段と電気的に通信する出力段プログラム可能高調波終端回路を含む。

【0025】

いくつかの実施形態において、出力段プログラム可能高調波終端回路は、多段電力増幅器の多重動作階級をサポートする。

【0026】

いくつかの実装において、本開示は無線デバイスに関する。無線デバイスは複数の負荷線を含む。当該負荷線の少なくともいくつかは、異なる通信周波数帯域に対応する。無線デバイスはまた、複数の負荷線からの一負荷線を電力増幅器に電気的に接続するべく構成されたスイッチネットワークを含む。無線デバイスさらに、多段電力増幅器を含む電力増幅器モジュールと、段間プログラム可能高調波終端回路と、制御器とを含む。多段電力増幅器は、少なくとも第１段及び第２段を含み、信号を受信するべく構成される。段間プログラム可能高調波終端回路は、第１段及び第２段間に配置されて複数キャパシタ及び複数スイッチを含む。複数キャパシタの少なくとも一つは、複数スイッチの少なくとも一つと電気的に通信する。制御器は、段間プログラム可能高調波終端回路の複数スイッチの構成を、信号の高調波周波数に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成される。

【0027】

いくつかの実施形態において、第２段は、電力増幅器の出力段である。

【0028】

いくつかの実施形態において、信号の高調波周波数は、第２高調波周波数又は第３高調波周波数の一方である。

【0029】

いくつかの実施形態において、制御器はさらに、第２高調波周波数又は第３高調波周波数の一方に対する複数スイッチの構成を、多段電力増幅器の特定動作階級に少なくとも部分的に基づいて修正するべく構成される。

【0030】

いくつかの実施形態において、電力増幅器モジュールはさらに、第２段の出力と電気的に通信するプログラム可能高調波終端回路を含む。

【図面の簡単な説明】

【0031】

図面全体にわたり、参照番号は、参照要素間の対応関係を示すべく再使用される。図面は、ここに記載される本発明の主題の実施形態を例示するべく与えられ、その範囲を限定するものではない。

【0032】

【図1】分散型スイッチト高調波終端回路の一例のブロック図である。

【図2】分散型スイッチト高調波終端回路の一例の回路図である。

【図3】多重電力増幅器動作階級をサポートするスイッチト高調波終端回路の一例の回路図である。

【図4】共有回路要素によって多重電力増幅器動作階級をサポートするスイッチト高調波終端回路の一例の回路図である。

【図5】電力増幅器のＦ級動作のためのスイッチト高調波終端回路の一例の回路図である。

【図6】電力増幅器の逆Ｆ級動作のためのスイッチト高調波終端回路の一例の回路図である。

【図7】電力増幅器のＥ級動作のためのスイッチト高調波終端回路の一例の回路図である。

【図8】多重帯域電力増幅器を含み得る電力増幅器モジュールの一例のブロック図である。

【図9】図８の電力増幅器モジュールを含み得る無線デバイスの一例のブロック図である。

【図10】電力増幅器階級選択プロセスの一例のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0033】

導入

【0034】

電力増幅器効率を増大させる一方で良好な線形性を維持するべく、Ｆ級及び逆Ｆ級電力増幅器が、多くの線形電力増幅器設計者によって採用されている。しかしながら、Ｆ級及び逆Ｆ級電力増幅器の動作を維持するには多くの場合、電力増幅器の出力において高調波終端を使用する必要がある。広い周波数帯域幅にわたって良好な高調波終端を維持する一方で高い最大電力増幅器効率を達成することは困難となり得る。例えば、電力増幅器効率は通常、帯域幅が増加すると下降する。

【0035】

広い帯域幅にわたって電力増幅器効率を維持するための一つの解決法は、所望の帯域幅をカバーするべくいくつかの電力増幅器を使用することである。しかしながら、当該設計の中に多重の電力増幅器を含めることは、無線デバイスのコストを増加させ得るとともに、各電力増幅器に対して大きな空間を必要とする。さらに、（３Ｇ及び４Ｇ技術のような）多重通信技術をサポートする無線デバイスはまた、各通信技術に対して選択された帯域幅をカバーするべく多重の組の電力増幅器を必要とする。

【0036】

さらに、多くの場合、電力増幅器のコレクタにおける出力インピーダンスは、近似的に３オームである。しかしながら、負荷線は通常、５０オームである。すなわち、典型的に、電池電圧をステップアップするべく、及び、電力増幅器の出力インピーダンスを負荷線インピーダンスに整合する補助とするべく、変圧器が使用される。しかしながら、多くの場合、変圧は、特定周波数で行われ、比較的狭帯域とされるのが通常である。これは、例えば、当該変圧が単一の周波数で生じるからである。

【0037】

ここに記載の実施形態は、スイッチト高調波終端ネットワークを使用し、電力増幅器が広い帯域幅にわたって多重動作階級をサポートできるようにする。所定実施形態において、プログラム可能スイッチト高調波終端ネットワークを含めることにより、無線デバイスに含まれる電力増幅器の数を低減することができる。例えば、いくつかの場合において、無線デバイスが含み得る、多重動作階級をサポートする電力増幅器は、２つ又は一つだけである。さらに、スイッチト高調波終端ネットワークにより、電力増幅器は多重帯域動作をサポートすることができる。

【0038】

加えて、ここに記載の実施形態は、電力増幅器のコレクタにおける電圧を、例えば近似的に１０Ｖまでステップアップさせることができる電力増幅器設計を使用する。電圧をステップアップさせることにより、電力増幅器の出力インピーダンスは、５０オーム近くになり得る。すなわち、所定の場合において、電圧の変換が不要となり得るので電圧変圧器を省略することができる。さらに、電力増幅器の出力段と電気的に通信する出力インピーダンス整合ネットワークを、サイズ及び与えられるインピーダンス変換量の双方において有意に低減し、いくつかの場合においては排除までし、又は低域通過フィルタによって置換することができる。ここに記載の実施形態により使用可能な電力増幅器の例は、２０１５年２月１５日に出願された「整合ネットワークの排除により低減された電力増幅器サイズ」との名称の米国仮出願第６２／１１６，４４８号、２０１５年２月１５に出願された「整合ネットワークの排除により向上した電力増幅器効率」との名称の米国仮出願第６２／１１６，４４９号、２０１５年２月１５日に出願された「帯域選択スイッチの排除により効率が向上した多重帯域電力増幅システム」との名称の米国仮出願第６２／１１６，４５０号、２０１５年２月１５日に出願された「多重小型化単一帯域電力増幅器を有する多重帯域デバイス」との名称の米国仮出願第６２／１１６，４５１号、及び２０１５年２月１５に出願された「ブースト変換器により駆動される無線周波数電力増幅器」との名称の米国仮出願第６２／１１６，４５２号に記載され、それぞれの開示は全体がここに参照として組み入れられる。

【0039】

有利なことに、所定実施形態において、ここに記載のスイッチト高調波終端回路により、電力増幅器は、従来設計と比較して広い帯域幅にわたる動作をサポートすることができる。さらに、所定実施形態において、スイッチト高調波終端回路の使用により、電力増幅器は多重動作階級を与えることができる。すなわち、所定実施形態において、従来いくつかの電力増幅器を必要としていた無線デバイスが、同じ動作階級及び周波数帯域をサポートしながらも、（２つの電力増幅器又は一つの電力増幅器のような）少ない電力増幅器を使用することができる。

【0040】

分散型スイッチト高調波終端回路の例

【0041】

図１は、分散型スイッチト高調波終端回路の一例のブロック図である。図１は、電力増幅器モジュールに含まれ得る回路１００の一部を例示する。回路１００は電力増幅器（ＰＡ）１０２を含む。いくつかの場合において、回路１００の各要素は、電力増幅器１０２の一部として含まれ得る。典型的に、必ずしも必要というわけではないが、電力増幅器１０２は、一定数の段（例えば２段、３段、５段、又は１０段等）を含み得る多段電力増幅器である。図１に示される特定例において、電力増幅器１０２は、入力段１０６及び出力段１０４を含む２段増幅器である。入力段１０６及び出力段１０４のトランジスタは、電力増幅器設計において使用され得るバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）トランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、又は他の任意タイプのトランジスタである。

【0042】

例示されていないが、理解すべきなのは、電力増幅器１０２が、電力増幅器１０２のトランジスタ段にバイアスをかける一以上のバイアス回路も含み得ることである。いくつかの実施形態において、トランジスタ段（例えば入力段１０６及び出力段１０４）に対しては、特定時点において使用される特定通信規格（例えば２Ｇ、３Ｇ、４Ｇ、又は４ＧのＬＴＥ）に基づいて異なるバイアス値も適用され得る。さらに、ＰＡ１０２は、上述の参照として組み入れられる仮出願（米国仮出願第６２／１１６，４４８号、米国仮出願第６２／１１６，４４９号、米国仮出願第６２／１１６，４５０号、米国仮出願第６２／１１６，４５１号、米国仮出願第６２／１１６，４５２号）に記載されるような、負荷線インピーダンスを整合する出力インピーダンス整合ネットワークを低減又は排除するＰＡ設計を含み得る。

【0043】

図１に例示されるように、電力増幅器１０２は、（高調波トラップフィルタと称され又はこれを含む場合もある）段間スイッチト高調波終端１１０を含む。回路１００はまた、出力段トランジスタ１０４のコレクタに電気的に接続された（高調波トラップフィルタと称され又はこれを含む場合もある）出力段スイッチト高調波終端１０８を含む。いくつかの実施形態において、段間スイッチト高調波終端１１０及び出力段スイッチト高調波終端１０８は、信号の一以上の高調波のための分散型高調波終端を与えるべく協働することができる。有利なことに、所定実施形態において、段間スイッチト高調波終端１１０を使用することにより、出力段１０４の効率を改善することができる。

【0044】

上に表明されたように、電力増幅器１０２は一定数の段を含み得る。電力増幅器１０２が、２段を超える、３段又は４段のような段を含む場合、出力段高調波終端１０８とともに、多重段間高調波終端の中にスイッチト高調波終端を分散させることができる。例えば、段間スイッチト高調波終端は、３段電力増幅器の第１段及び第２段間並びに第２段及び第３段間に存在し得る。しかしながら、多くの電力増幅器について、出力トランジスタ段の前のトランジスタ段において信号は比較的小さい。すなわち、かかる多くの場合、段間スイッチト高調波終端は、電力増幅器の出力段の前にのみ存在してよい。

【0045】

スイッチト高調波終端１１０及び１０８はそれぞれ、第２高調波信号（２Ｆ０）及び第３高調波信号（３Ｆ０）を処理する回路を含み得る。いくつかの場合において、スイッチト高調波終端１１０及び１０８は、第２高調波信号及び第３高調波信号の一方又は双方に対するショート又は開放インピーダンスとして構成され得る。一般に、必ずしも必要というわけではないが、スイッチト高調波終端１１０及び１０８は、第２高調波信号又は第３高調波信号に対してショートとして構成され、第２高調波信号又は第３高調波信号の他方に対して開放インピーダンスとして構成され得る。典型的に、スイッチト高調波終端１１０及び１０８は、電力増幅器１０２のＲＦ入力において受信された信号の第２高調波信号及び／又は第３高調波信号を処理するべく構成される。信号の他の高調波は一般に、無視される。しかしながら、いくつかの場合において、スイッチト高調波終端１０８及び１１０の一以上を、電力増幅器１０２のＲＦ入力において受信された信号の付加的高調波を処理するべく構成してもよい。

【0046】

有利なことに、所定実施形態において、一以上の高調波終端を電力増幅器に電気的に接続することにより、電力増幅器の効率を改善することができる。また、改善された増幅器を得るべく電圧波形及び電流波形を成形することができる。例えば、改善されたＦ級増幅器は、電圧波形を方形波に類似するように、及び電流波形を半周期正弦波に類似するように成形することによって得ることができる。その結果、所望の出力電力を与えながらも、トランジスタ間の電流及び電圧の量が低減され、出力トランジスタ内に消散される電力が低減される。

【0047】

Ｆ級電力増幅器は、ＰＡが圧縮点に到達するまで最小限の位相シフト対出力電力を伴う比較的平坦な利得対出力電力を有し得るので、使用されることが多い。すなわち、Ｆ級増幅器は線形ＰＡに対して使用することができる。しかしながら、ここでの実施形態は、例えばＥ級又は逆Ｆ級であるがこれらの限られない他の階級のＰＡを使用することができる。さらに、偶数次高調波をショートし及び偶数次高調波に開放インピーダンスを与えるべく一定数の高調波終端を含めることができる一方、一般に一の高調波終端が第２及び第３高調波にのみ与えられる。これは、例えば、付加的な高調波は、受信信号への影響が低いからであり、設計を単純化することができる。しかしながら、付加的な高調波に対する高調波終端回路を含めることもできる。

【0048】

典型的に、基本周波数は、出力インピーダンス整合ネットワーク又は低域通過フィルタによって処理され得る。他の場合において、基本周波数は、回路１００のＲＦ出力として与えることができる。

【0049】

いくつかの実施形態において、回路１００はまた、出力インピーダンス整合ネットワーク１１２を含む。いくつかの場合において、出力インピーダンス整合ネットワーク１１２は動的出力インピーダンス整合ネットワークを含み得る。例えば、いくつかの実施形態において、出力インピーダンス整合ネットワーク１１２は、その全体がここに参照として組み入れられる２０１４年９月３０に出願された「真の電力情報を使用した自動インピーダンス整合」との名称の米国仮出願第６２／０５７，４５１号に記載される実施形態の一以上を含み得る。代替的に、出力インピーダンス整合ネットワーク１１２は、低域通過フィルタによって代用することができる。いくつかの場合において、回路１００は、出力インピーダンス整合ネットワーク１１２及び低域通過フィルタを含み得る。

【0050】

図２は、分散型スイッチト高調波終端回路の一例の回路図２００である。図２、３及び４は、例示の簡便のため、参照番号１０２及び対応する破線の囲みを図１から省略する。しかしながら、トランジスタ段１０６及び１０４が、例えば図１に関して例示される電力増幅器１０２の一部であることは理解すべきである。

【0051】

図２に例示されるように、段間スイッチト高調波終端１１０は、インダクタＬ０’及び一定数のキャパシタＣ０’〜ＣＮ’を含み得る。さらに、段間スイッチト高調波終端１１０は、キャパシタＣ０’〜ＣＮ’の一以上をインダクタＬ０’及び出力段トランジスタ１０４のベースに電気的に接続するべく使用可能な一定数のスイッチを含み得る。キャパシタＣ０’とインダクタＬ０’との間にはスイッチが例示されないにもかかわらず、かかるスイッチが存在してもよいことを理解すべきである。同様に、段間スイッチト高調波終端１１０と電力増幅器との間にはスイッチが例示されないにもかかわらず、かかるスイッチが存在してもよいことを理解すべきである。

【0052】

段間スイッチト高調波終端１１０と同様に、出力段スイッチト高調波終端１０８は、インダクタＬ０、一定数のキャパシタＣ０〜ＣＮ、及び、スイッチＳ１〜ＳＮのような一以上のスイッチを含み得る。スイッチＳ１〜ＳＮは、キャパシタＣ０〜ＣＮの一以上を、インダクタＬ０、及び出力段トランジスタ１０４のコレクタに電気的に接続することができる。キャパシタＣ０及びインダクタＬ０間にスイッチが例示されていないにもかかわらず、かかるスイッチが存在し得ることも理解すべきである。同様に、出力段スイッチト高調波終端１０８と電力増幅器の出力段との間にスイッチが例示されていないにもかかわらず、かかるスイッチが存在し得ることも理解すべきである。スイッチは、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）スイッチであり得る。

【0053】

有利なことに、所定実施形態において、スイッチトキャパシタを高調波終端回路１０８及び１１０に含めることにより、高調波終端回路を、特定の周波数帯域に対して最適化することができる。さらに、周波数帯域にわたって高調波終端回路を修正できる能力により、従来であれば、例えば８つのＰＡ又は低帯域及び中帯域動作を含んでいたであろう無線デバイスが、２つ又は一つのＰＡを含むことができる。さらに、スイッチ可能キャパシタにより、製造業者の仕様に基づく及び／又はＰＡ１０２を含む無線デバイスと無線通信する特定の通信ネットワークに基づく、異なる動作周波数に対する高調波終端回路の動的チューニングが可能となる。

【0054】

注目されるのは、いくつかの既存の電力増幅器設計において、高調波終端回路に対して異なるインピーダンスに切り替えることができないことである。これは、ＰＡの出力インピーダンスが、負荷線と比較して低すぎるためであった。有利なことに、所定実施形態において、先に組み入れられた仮出願（米国仮出願第６２／１１６，４４８号、米国仮出願第６２／１１６，４４９号、米国仮出願第６２／１１６，４５０号、米国仮出願第６２／１１６，４５１号、米国仮出願第６２／１１６，４５２号）に記載されるＰＡの高い出力インピーダンスにより、スイッチト高調波終端の使用が可能となり、ひいては、ＰＡが多重動作階級及び広い動作帯域をサポートすることができる。

【0055】

段間スイッチト高調波終端１１０及び出力段スイッチト高調波終端１０８はそれぞれ、一以上制御信号を制御器（図示せず）から受信することができる。これらの制御信号は、高調波終端回路のスイッチ状態を制御するべく使用することができる。有利なことに、所定実施形態において、高調波終端回路１０８及び１１０を修正できる能力により、電力増幅器は、多数の周波数帯域とともに使用することができる。さらに、所定実施形態において、高調波終端回路１０８及び１１０を修正できる能力により、電力増幅器を、多重動作階級（例えばＥ級、Ｆ級、又は逆Ｆ級等）を満たすべく修正することができる。

【0056】

スイッチト高調波終端・多重ＰＡ動作階級の例

【0057】

図３は、多重電力増幅器動作階級をサポートするスイッチト高調波終端回路の一例の回路図である。図３に示される例において、回路３００は、Ｆ級動作及び逆Ｆ級動作の双方をサポートする。回路３００は高調波終端回路３０２及び高調波終端回路３０４を含む。

【0058】

高調波終端回路３０２は、電力増幅器のためのＦ級動作をサポートするべく構成される。所定実施形態において、高調波終端回路３０２は、電力増幅器が受信したＲＦ入力信号のために第２高調波２Ｆ０を処理するべく構成される。電力増幅器が受信する信号の周波数は変わるので、高調波周波数も同様に変わる。高調波終端回路３０２は、キャパシタＣ１〜Ｃｎの一以上を電気的に接続又は接続解除することにより、受信信号の第２高調波のための高調波終端を調整するべく修正され得る。さらに、高調波回路３０２は、ＬＣ回路をもたらすべくキャパシタＣ１〜Ｃｎに直列接続されたインダクタＬ１を含む。

【0059】

高調波終端回路３０４は、電力増幅器のための逆Ｆ級動作をサポートするべく構成される。所定実施形態において、高調波終端回路３０４は、電力増幅器が受信したＲＦ入力信号のために第３高調波３Ｆ０を処理するべく構成される。高調波終端回路３０４は、キャパシタＣ１’〜Ｃｎ’の一以上を電気的に接続又は接続解除することにより、受信信号の第３高調波のための高調波終端を調整するべく修正され得る。さらに、高調波回路３０４は、ＬＣ回路をもたらすべくキャパシタＣ１’〜Ｃｎ’に直列接続されたインダクタＬ１’を含む。

【0060】

さらに、回路３００は付加回路を含み得る。これは、付加的な高調波を処理するべく、出力インピーダンス機械ネットワーク１１２の一部として又はこれとは別個に含まれ得る。例えば、電力増幅器がＦ級電力増幅器として動作する場合、回路３００は、ＲＦ入力信号のために第３高調波を処理する付加回路を使用することができる。同様に、電力増幅器が逆Ｆ級電力増幅器として動作する場合、回路３００は、ＲＦ入力信号のために第２高調波を処理する付加回路を使用することができる。

【0061】

図４は、共有回路要素によって多重電力増幅器動作階級をサポートするスイッチト高調波終端回路の一例の回路図である。図４に示される例において、回路４００は、回路３００と同様、Ｆ級動作及び逆Ｆ級動作の双方をサポートする。回路４００は、多重電力増幅器動作階級をサポートすることができる組み合わせ高調波終端回路４０２を含む。図４に示される特定例において、組み合わせ高調波終端回路４０２は、Ｆ級動作をサポートする高調波終端回路４０４と、逆Ｆ級動作をサポートする高調波終端回路４０６とを含む。

【0062】

図４に例示されるように、高調波終端回路４０４及び４０６はインダクタＬ１を共有する。いくつかの実装において、高調波終端回路４０２及び４０４は一以上のキャパシタを共有し得る。有利なことに、所定実施形態において、高調波終端回路４０４及び４０６が一以上の回路要素を共有することにより、組み合わせ高調波終端回路４０２を、別個の高調波終端回路と比較して小さくかつ安価に製造することができる。いくつかの場合において、２つを超える動作階級をサポートする電力増幅器にとって、複数の高調波終端回路にわたって回路要素を共有することにより得られる利点は、倍増され得る。

【0063】

Ｆ級動作スイッチト高調波終端回路の例

【0064】

図５は、電力増幅器のＦ級動作のためのスイッチト高調波終端回路５００の一例の回路図である。スイッチト高調波終端回路５００は高調波終端回路５０２及び高調波終端回路５０４を含む。高調波終端回路５０２は、ＲＦ信号の第２高調波をショートさせるべく構成され得る。対照的に、高調波終端回路５０４は、ＲＦ信号の第３高調波に開放インピーダンスを提示するべく構成される。

【0065】

高調波終端回路５０２は、インダクタＬ１と、スイッチトキャパシタＣ１によって代表される複数のスイッチトキャパシタとから形成され得る。インダクタＬ１及びスイッチトキャパシタＣ１は、電気的に直列接続され得る。有利なことに、所定実施形態において、複数のスイッチトキャパシタを使用することにより、高調波終端回路５０２は、静的高調波終端回路よりも広い帯域幅をサポートするべくチューニングすることができる。

【0066】

高調波終端回路５０４は、インダクタＬ２と、スイッチトキャパシタＣ２によって代表される複数のスイッチトキャパシタとを含み得る。インダクタＬ２とスイッチトキャパシタＣ２とは電気的に並列接続とすることができる。有利なことに、所定実施形態において、複数のスイッチトキャパシタを使用することにより、高調波終端回路５０４は、静的高調波終端回路よりも広い帯域幅をサポートするべくチューニングすることができる。

【0067】

受信信号の周波数が変わると、高調波終端回路５０２及び５０４の構成も変わる。さらに、図５の電力増幅器は、多重通信帯域をサポートすることができる。例えば、図５に例示されるように、スイッチ５０６は、通信帯域Ａ又は通信帯域Ｂそれぞれに対応する負荷線１又は負荷線２の一方に、電力増幅器を電気的に接続するべく使用することができる。

【0068】

逆Ｆ級動作スイッチト高調波終端回路の例

【0069】

図６は、電力増幅器の逆Ｆ級動作のためのスイッチト高調波終端回路６００の一例の回路図である。所定実施形態において、ＰＡ１０２は、比較的高い周波数とともに使用するべく構成することができる。かかる場合のいくつかにおいて、ＰＡ１０２をＦ級増幅器として構成することは困難となり得る。したがって、所定実施形態において、ＰＡ１０２は、逆Ｆ級増幅器として構成することができる。有利なことに、所定実施形態において、スイッチト高調波終端回路６００を含めることにより、ＰＡ１０２は逆Ｆ級ＰＡ１０２として使用することができる。さらに、図３及び４に関して例示されるように、ここに記載の実施形態を使用してＦ級及び逆Ｆ級双方の動作を与えるべく単一のＰＡを使用することができる。すなわち、無線デバイスは、２つのＰＡの代わりに一つのＰＡによって双方の動作階級をサポートすることができる。

【0070】

スイッチト高調波終端回路６００は、高調波終端回路６０２及び高調波終端回路６０４を含む。高調波終端回路６０２は、ＲＦ信号の第３高調波をショートさせるべく構成され得る。対照的に、高調波終端回路６０４は、ＲＦ信号の第２高調波に開放インピーダンスを提示するべく構成される。換言すれば、スイッチト高調波終端回路６００は、スイッチト高調波終端回路５００とは逆に構成することができる。さらに、図５と同様に、図６の電力増幅器も多重通信帯域をサポートすることができる。

【0071】

高調波終端回路６０２は、インダクタＬ１と、スイッチトキャパシタＣ１によって代表される複数のスイッチトキャパシタとから形成され得る。インダクタＬ１とスイッチトキャパシタＣ１とは、電気的に直列接続とすることができる。高調波終端回路６０４は、インダクタＬ２と、スイッチトキャパシタＣ２によって代表される複数のスイッチトキャパシタとを含み得る。インダクタＬ２とスイッチトキャパシタＣ２とは電気的に並列接続とすることができる。有利なことに、回路５０２及び５０４と同様に、所定実施形態において複数のスイッチトキャパシタを使用することにより、高調波終端回路６０２及び６０４は、静的高調波終端回路よりも広い帯域幅をサポートするべくチューニングすることができる。

【0072】

Ｅ級動作スイッチト高調波終端回路の例

【0073】

図７は、電力増幅器のＥ級動作のためのスイッチト高調波終端回路７００の一例の回路図である。スイッチト高調波終端回路７００は高調波終端回路７０２及び高調波終端回路７０４を含む。高調波終端回路７０２は、高調波終端回路５０２又は６０４の一方と同様に構成することができる。同様に、高調波終端回路７０４は、高調波終端回路５０４又は６０４の一方と同様に構成することができる。加えて、高調波終端回路７０２及び７０４はそれぞれ、電力増幅器１０４のコレクタとスイッチトキャパシタＣ１及びＣ２それぞれとの間に電気的に配置されたスイッチＳ１及びＳ２を含み得る。図７に例示される設計は、図７に例示されるようにスイッチＳ１が閉かつスイッチＳ２が開のときに、Ｅ級電力増幅器をサポートするべく使用することができる。

【0074】

所定実施形態において、回路７００はまた、電力増幅器のＦ級又は逆Ｆ級動作の一以上をサポートすることができる。スイッチＳ１及びＳ２は、制御器（図示せず）から受信される制御信号に基づいて開又は閉となり得る。Ｓ１を開かつＳ２を閉とすることにより、高調波終端回路７０２及び７０４は、例示の高調波終端回路に関し、図６及び７に例示されるように構成することができる。すなわち、スイッチＳ１及びＳ２の構成を修正することにより、電力増幅器は、Ｆ級又は逆Ｆ級の電力増幅器として動作するべく切り替わることができる。さらに、図５及び６と同様に、図７の電力増幅器も、スイッチ５０６並びに負荷線１及び２を含むことによって例示のように、多重通信帯域をサポートすることができる。

【0075】

電力増幅器モジュールの例

【0076】

図８は、多重帯域電力増幅器１０２を含み得る電力増幅器モジュール８００の一例のブロック図である。電力増幅器モジュール８００は一定数の要素を含み得る。これらの要素は、例えば電力増幅器１０２及び制御器８０６を含み得る。これらの電力増幅器モジュール要素はそれぞれ、同じ回路ダイ上に実装され得る。代替的に、電力増幅器モジュール８００の要素の少なくともいくつかは、異なる回路ダイ上に実装され得る。有利なことに、複数の要素を異なる回路ダイ上に実装することにより、電力増幅器モジュール８００の異なる回路要素に対して異なる半導体技術を使用することができる。例えば、ＰＡ１０２が、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）技術を使用して実装できる一方、制御器８０６は、ケイ素（Ｓｉ）を使用して実装できる。

【0077】

電力増幅器１０２は、電力増幅器１０２の一以上の段にバイアスをかけることができるバイアス回路８０２を含み得る。電力増幅器１０２の一以上の段にバイアスをかけることは、電力増幅器１０２のトランジスタにバイアス電流を供給することを含み得る。

【0078】

さらに、電力増幅器モジュール８００は、一以上のプログラム可能高調波終端回路８０４を含み得る。例えば、プログラム可能高調波終端回路８０４は、スイッチト高調波終端回路１０８、１１０、３０２、３０４、４０２、４０４、４０６、５０２、５０４、６０２、６０４、７０２又は７０４の一以上を含み得る。プログラム可能高調波終端回路８０４の選択、及び／又は選択されたプログラム可能高調波終端回路８０４の構成は、制御器８０６によって行うことができる。

【0079】

制御器８０６は、プログラム可能高調波終端回路制御器８１４、ＰＡバイアス制御器８１０及びＰＡ階級制御器８１２を含み得る。ＰＡバイアス制御器８１０は制御器を含み得る。制御器は、バイアス回路８０２を選択し、及び／又はバイアス回路８０２が供給するバイアス電流を制御する。ＰＡバイアス制御器８１０は、ＰＡ１０２のための動作点を、バイアス回路８０２を修正することによって設定することができる。

【0080】

ＰＡ階級制御器８１２は、電力増幅器１０２の動作階級を選択する制御器を含み得る。さらに、ＰＡ階級制御器８１２は、電力増幅器１０２のためにＦ級を選択することに基づいて、電力増幅器１０２に電気的に接続するべく一以上のプログラム可能高調波終端回路８０４を選択することができる。例えば、電力増幅器１０２がＦ級電力増幅器として動作する場合、ＰＡ階級制御器８１２は、プログラム可能高調波終端回路５０２及び５０４を、電力増幅器１０２と電気的に通信するプログラム可能高調波終端回路８０４として選択してよい。

【0081】

プログラム可能高調波終端回路制御器８１４は、プログラム可能高調波終端回路８０４を設定する制御器を含み得る。プログラム可能高調波終端回路８０４を設定することは、プログラム可能高調波終端回路８０４の一以上のキャパシタを電力増幅器１０２へと電気的に接続するべく、プログラム可能高調波終端回路８０４の一以上のスイッチを開又は閉にすることを含み得る。例えば、プログラム可能高調波終端回路８０４が組み合わせ高調波終端回路４０２を含むと仮定すれば、スイッチＳ１〜Ｓｎの一以上及び／又はスイッチＳ１’〜Ｓｎ’の一以上を、プログラム可能高調波終端回路制御器８１４によって構成することができる。

【0082】

いくつかの実施形態において、制御器８０６の一以上の制御器によって供給される制御信号は、電力増幅器モジュール８００の及び／又は電力増幅器モジュール８００を含む無線デバイスの製造業者によって決定され得る。例えば、製造業者は、特定周波数帯域内で機能する電力増幅器モジュール８０２を含む無線デバイスを設計し、及び／又は特定階級の電力増幅器を使用して、製造業者は、無線デバイスのメモリの中に一以上の制御をプログラムすることができる。制御器８０６は、電力増幅器１０２、バイアス回路８０２、及び／又はプログラム可能高調波終端回路８０４のための一以上の制御信号を決定するべく、無線デバイスのメモリにアクセスすることができる。

【0083】

代替的に又は追加的に、制御器８０６は、無線デバイスの動作環境に少なくとも部分的に基づいて制御信号を決定することができる。さらに、いくつかの場合において、制御器８０６は、電力増幅器モジュール８００を含む無線デバイスと通信する基地局による制御及び／又は要求に少なくとも部分的に基づいて、制御信号を決定することができる。

【0084】

無線デバイスの例

【0085】

図９は、図８の電力増幅器モジュール８００を含み得る無線デバイス９００の一例のブロック図である。無線デバイス９００が一つのみの電力増幅器モジュール（ＰＡＭ）を例示するにもかかわらず、いくつかの場合において、無線デバイス９００は、それぞれがＰＡＭ８００と同じ構成であり又はそうではない一定数のＰＡＭを含み得る。しかしながら、本開示の実施形態により、無線デバイスは、多重増幅器動作階級並びに多重通信の帯域及び技術を、一つの電力増幅器１０２を使用してサポートすることができる。すなわち、所定の無線デバイス９００が多重ＰＡＭ８００を含み得るにもかかわらず、所定実施形態において、無線デバイス９００は、単一のＰＡＭ８００を含みながらも、（２Ｇ、３Ｇ、４Ｇ、及び４ＧのＬＴＥ等のような）多重通信規格をサポートすることができる。さらに、無線デバイス９００は無線デバイスの非限定的な例にすぎず、無線デバイス９００の他の実施形態も可能であることも理解すべきである。

【0086】

いくつかの実施形態において、電力増幅器モジュール８００は、システム・オン・チップ（ＳｏＣ又はＳＯＣ）であり得る大型電力増幅システム９３０の一部として含めることができる。この電力増幅システム９３０は送信器の一部であり得る。図９に例示のように、無線デバイス９００は、電力増幅システム９３０と電気的に通信する別個の送受信器９０４を含み得る。しかしながら、他実施形態において、電力増幅システム９３０は、送受信器９０４の一部であってよい。いくつかの実装において、電力増幅システム９３０は、フロントエンドモジュール（ＦＥＭ）の一部であってよい。

【0087】

電力増幅システム９３０は、一定数のスイッチを含み得る。例えば、電力増幅システム９３０は、一以上の周波数帯域にわたるアンテナ９０２Ａによる信号の送受信のためのアンテナスイッチ９１６を含み得る。さらに、電力増幅システム９３０は、一以上のサポート通信帯域に基づいて異なる負荷線を選択するスイッチ９１２を含み得る。加えて、スイッチ９１２及び９１６は、複数のデュプレクサ９１４Ａ、９１４Ｂ、９１４Ｃ及び９１４Ｄ（集合的にデュプレクサ９１４と称する）を選択するべく使用することができる。デュプレクサ９１４により、アンテナ９０２Ａによる双方向通信が可能となる。

【0088】

いくつかの場合において、ＰＡＭ８００は、増幅及び送信対象のＲＦ信号を発生させるべくかつ受信信号を処理するべく周知の態様で構成かつ動作し得る送受信器９０４からＲＦ信号を受信することができる。いくつかの実装において、ＰＡＭ８００は、送受信器９０４に含まれ得る送信器の一部として含められる。かかる場合のいくつかにおいて、ＰＡＭ８００は、受信信号を処理することなく、送信のための信号を処理することができる。他の実装において、ＰＡＭ８００は、受信信号、及び例えば基地局に送信される信号の双方を処理することができる。

【0089】

送受信器９０４は、一以上のユーザインタフェイス要素による処理に適したデータ及び／又は音声信号と、送受信器９０４による処理に適したＲＦ信号との間の変換を与えるべく構成されたベース帯域サブシステム９０６と相互作用することができる。送受信器９０４はまた、無線デバイスの動作のための電力を管理するべく構成された電力管理コンポーネント９２２に電気的に接続することができる。かかる電力管理は、コンポーネントの中でもとりわけ、ベース帯域サブシステム９０６及びＰＡＭ８００の動作を制御することができる。さらに、電力管理コンポーネント９２２は、電圧がＰＡ１０２に与えられる前に電圧をブースト可能なスイッチモードブースト変換器（図示せず）に供給電圧を与えることができる。またも理解すべきことだが、電力管理コンポーネント９２２は、電池のような電源を含み得る。代替的に又は追加的に、一以上の電池は、無線デバイス９００内の別個のコンポーネントとすることができる。

【0090】

無線デバイス９００の様々なコンポーネント同士の間で一定数の接続が可能であるが、当該接続は、明確性のため図９から省略され、本開示を限定するものではない。例えば、電力管理コンポーネント９２２は、ベース帯域サブシステム９０６、ＰＡＭ８００、ＤＳＰ９２４又は他のコンポーネント９２６に電気的に接続することができる。第２例として、ベース帯域サブシステム９０６は、ユーザへ与えられ及び／又はユーザから受信される音声及び／又はデータの入出力を容易にするユーザインタフェイスプロセッサ９０８に接続することができる。

【0091】

ベース帯域サブシステム９０６はまた、無線デバイス９００の動作を容易にし及び／又はユーザのための情報の格納を与えるための、データ及び／又は命令を格納するべく構成されたメモリ９１０に接続することができる。さらに、いくつかの実施形態において、メモリ９１０は、平均電力追跡（ＡＰＴ）テーブル又は他のデータ構造を含み得る。ＡＰＴテーブルは、基地局により識別可能な、目標電力レベルに対応するＰＡ１０２のための目標電圧レベルを識別することができる。例えば、基地局から目標電力レベルを受信すると、無線デバイスは、ＡＰＴテーブルにアクセスして対応目標電圧レベルを決定する。この目標電圧レベルは、ＰＡ１０２のための動作点を設定するべく使用することができる。さらに、ＡＰＴテーブルは、ＰＡ１０２の動作階級及び／又は所望の通信帯域に基づく異なる目標電圧レベルを含み得る。

【0092】

いくつかの実施形態において、呼処理プロセッサ９１８は、基地局と通信することができる。この呼処理プロセッサ９１８は、基地局からの指令を解釈し、当該基地局から受信した指令に基づいてＡＰＴテーブルにアクセスすることができる。さらに、呼処理プロセッサ９１８は、ＰＡＭ８００に対し、ＰＡ１０２の動作点を調整するように命令することができる。さらに、呼処理プロセッサ９１８は、制御器８０６に対し、Ｅ級、Ｆ級、又は逆Ｆ級等のような特定の階級でＰＡ１０２が動作するように設定させるべく命令することができる。ＰＡ１０２の動作を設定することは、プログラム可能高調波終端回路８０４を設定することを含み得る。加えて、呼処理プロセッサ９１８は、制御器８０６に対し、ＰＡ１０２が特定周波数帯域内の信号を処理するように設定させるべく命令することができる。

【0093】

無線デバイス９００は、上述のコンポーネントに加え、一以上の中央プロセッサ９２０を含み得る。各中央プロセッサ９２０が、一以上のプロセッサコアを含み得る。さらに、無線デバイス９００は、一以上のアンテナ９０２Ａ、９０２Ｂを含み得る。いくつかの場合において、無線デバイス４００の一以上のアンテナは、異なる周波数で又は異なる周波数範囲内で送信及び／又は受信を行うべく構成することができる。さらに、一以上のアンテナは、異なる無線ネットワークとともに動作するべく構成することができる。すなわち、例えば、アンテナ９０２Ａが２Ｇネットワーク経由で信号を送受信するべく構成され、アンテナ９０２Ｂが３Ｇ又は４ＧのＬＴＥネットワーク経由で信号を送受信するべく構成され得る。いくつかの場合において、アンテナ９０２Ａ及び９０２Ｂは双方とも、例えば２．５Ｇネットワーク経由ではあるが異なる周波数で信号を送受信するべく構成され得る。

【0094】

いくつかの実装において、各アンテナは、ＰＡＭ８００及び／又は電力増幅システム９３０と電気的に通信し得る。代替的に又は追加的に、各アンテナは、異なるＰＡＭ又は電力増幅システムに関連付けられ又はこれらと電気的に通信することができる。すなわち、アンテナ９０２Ａが電力増幅システム９３０と電気的に通信する一方、アンテナ９０２Ｂは他の電力増幅システム（図示せず）と電気的に通信することができる。さらに、所定実施形態において、アンテナ９０２Ａを一次アンテナとし、アンテナ９０２Ｂをダイバーシティアンテナとするか、又はその逆でもよい。

【0095】

一定数の他の無線デバイス構成が、ここに記載の一以上の特徴を利用し得る。例えば、無線デバイスは、多重帯域デバイスである必要がない。他例において、無線デバイスは、ダイバーシティアンテナのような付加的アンテナ、及びＷｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ＧＰＳのような付加的接続機能を含み得る。さらに、無線デバイス９００は、アナログ・デジタル変換器、デジタル・アナログ変換器、グラフィクス処理ユニット、半導体ドライブ等のような一定数の付加的コンポーネント９２６を含み得る。さらに、無線デバイス９００は、一以上の無線ネットワークを経由して通信可能であってＰＡ１０２及び／又はＰＡＭ８００を含み得る任意タイプのデバイスを含み得る。例えば、無線デバイス９００は、スマートフォン又は低機能電話を含むセルラー電話、タブレット、ラップトップ、ビデオゲームデバイス、スマート電気器具等であってよい。

【0096】

電力増幅器階級選択プロセスの例

【0097】

図１０は、電力増幅器階級選択プロセス１０００の一例のフローチャートである。理解すべきことだが、プロセス１０００は、電力増幅器１０２のような電力増幅器に対する動作階級を選択及び／又は構成するプロセスの一例である。電力増幅器の動作階級を選択及び／又は構成する他のプロセスも可能である。例えば、プロセス１０００の動作は、異なる順序で又は実質的に並列して行うことができる。すなわち、プロセス１０００に関して記載される動作は、記載の簡便のためであって、プロセス１０００を限定するわけではない。さらに、理解すべきことだが、様々なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせを含む様々なシステムを、プロセス１０００の少なくとも複数の部分において実装することができる。例えば、プロセス１０００は、少なくとも部分的に、制御器８０６、プログラム可能高調波終端回路制御器８１４、ＰＡバイアス制御器８１０又はＰＡ階級制御器８１２、これらの組み合わせ等によって行うことができる。説明を簡略化するべく、かつ、本開示を限定しないように、プロセス１０００は、特定のシステムに関して記載される。

【0098】

プロセス１０００は、ブロック１００２において、例えば、ＰＡ階級制御器８１２がＰＡ階級制御信号を受信するときから開始する。このＰＡ階級制御信号は、コアプロセッサ９１８から受信し及び／又はメモリ９１０からアクセスすることができる。代替的に、ＰＡ階級制御器８１２は、メモリ９１０からアクセスされ、呼処理プロセッサ９１８から受信され、又は基地局から受信された、情報又は設定データに少なくとも部分的に基づいてＰＡ階級制御信号を発生させることができる。いくつかの場合において、ＰＡ階級制御信号は、無線デバイス９００の製造業者及び／又は基地局から与えられる構成情報を含み得る。

【0099】

ブロック１００４において、ＰＡ階級制御器８１２は、ブロック１００２において受信されたＰＡ階級制御信号に少なくとも部分的に基づいてＰＡ階級を識別する。ブロック１００６において、ＰＡ階級制御器８１２は、ブロック１００４において識別されたＰＡ階級に関連付けられた第２高調波トラップフィルタを、電力増幅器１０２の出力段１０４に接続する。いくつかの実装において、第２高調波トラップフィルタは、複数の第２高調波トラップフィルタの一つを含み得る。複数の第２高調波トラップフィルタの少なくともいくつかは、電力増幅器１０２のための異なる動作階級に関連付けられる。例えば、一つの第２高調波トラップフィルタをＦ級電力増幅器に関連付け、もう一つの第２高調波トラップフィルタを逆Ｆ級電力増幅器に関連付けることができる。

【0100】

ブロック１００８において、ＰＡ階級制御器８１２は、残りの第２高調波トラップフィルタを、電力増幅器１０２の出力段１０４から接続解除する。いくつかの実施形態において、ブロック１００８は随意的であり又は省略される。例えば、残りの高調波トラップフィルタがすでに電力増幅器１０２から接続解除されている場合、ブロック１００８は省略される。

【0101】

ブロック１０１０において、ＰＡ階級制御器８１２は、ブロック１００４において識別されたＰＡ階級に関連付けられた第３高調波トラップフィルタを、電力増幅器１０２の出力段１０４に接続する。いくつかの実装において、第３高調波トラップフィルタは、複数の第３高調波トラップフィルタの一つであり得る。複数の第３高調波トラップフィルタの少なくともいくつかを、電力増幅器１０２のための異なる動作階級に関連付けることができる。例えば、一つの第３高調波トラップフィルタをＦ級電力増幅器に関連付け、もう一つの第３高調波トラップフィルタをＥ級電力増幅器に関連付けることができる。

【0102】

ブロック１０１２において、ＰＡ階級制御器８１２は、残りの第３高調波トラップフィルタを、電力増幅器１０２の出力段１０４から接続解除する。いくつかの実施形態において、ブロック１０１２は随意的であり又は省略される。例えば、残りの高調波トラップフィルタがすでに電力増幅器１０２から接続解除されている場合、ブロック１０１２は省略される。

【0103】

ブロック１００６及び１０１０において接続される高調波トラップフィルタの機能は、電力増幅器１０２のための階級タイプに依存し得る。いくつかの場合において、ブロック１００６において接続される第２高調波トラップフィルタは、第２高調波周波数又は２Ｆ０周波数に対してショートを提示することができる。さらに、かかる場合のいくつかにおいて、ブロック１０１０において接続される第３高調波トラップフィルタは、第３高調波周波数又は３Ｆ０周波数に対して開放インピーダンスを提示することができる。例えば、図５に例示されるように、Ｆ級増幅器が、かかる構成を含み得る。他の場合において、ブロック１００６において接続される第２高調波トラップフィルタは、第２高調波周波数又は２Ｆ０周波数に対して開放インピーダンスを提示することができる。さらに、かかる場合のいくつかにおいて、ブロック１０１０において接続された第３高調波トラップフィルタは、第３高調波周波数又は３Ｆ０周波数に対してショートを提示することができる。例えば、図５に例示されるように、逆Ｆ級増幅器が、かかる構成を含み得る。

【0104】

所定実施形態において、高調波トラップフィルタは、第４高調波、第５高調波等のような受信信号の付加的高調波のために、電力増幅器１０２の出力段１０４に接続することができる。しかしながら、他の場合において、高調波トラップフィルタは、受信信号の第３高調波における第２高調波に対してのみ使用される。

【0105】

いくつかの実装において、付加的高調波トラップフィルタは、段間スイッチト高調波終端１１０として含めることができる。例えば、図１に例示されるように、付加的段間スイッチト高調波終端１１０が、出力トランジスタ１０４のベースと電気的に通信し得る。典型的に、段間高調波トラップフィルタは、電力増幅器１０２の付加段として含まれない。これは一般に、受信信号の利得が小さすぎて、段間高調波トラップフィルタを電力増幅器１０２の初段に含めることから実質的な利益を得ることができないからである。しかしながら、所定実施形態において、付加的段間高調波トラップフィルタを、電力増幅器１０２の一部として含めてもよい。例えば、３段の多段電力増幅器において、段間高調波トラップフィルタが、出力段の前にかつ最終トランジスタ段から第２番目の前に含まれ得る。

【0106】

ブロック１０１４において、プログラム可能高調波終端回路制御器８１４は、電力増幅器階級のための動作周波数を識別する。プログラム可能高調波終端回路制御器８１４は、メモリ９１０において制御する製造業者プログラムにアクセスすることにより、動作周波数を決定することができる。典型的に、特定のＰＡ階級のための動作周波数は静的であり、かつ、無線デバイス９００の製造仕様に基づく。しかしながら、いくつかの場合において、動作周波数は動的でもよい。例えば、いくつかの場合において、動作周波数は、基地局からの距離及び／又は基地局からの指令に基づいて異なり得る。

【0107】

ブロック１０１６において、プログラム可能高調波終端回路制御器８１４は、第２高調波トラップフィルタの一以上スイッチを、ブロック１０１４において識別された動作周波数に少なくとも部分的に基づいて構成する。第２高調波トラップフィルタの一以上のスイッチを構成することにより、高調波トラップフィルタの一以上のキャパシタを、電力増幅器１０２の出力段１０４のコレクタに電気的に接続することができる。さらに、いくつかの場合において、第２高調波段間高調波トラップフィルタの一以上のキャパシタを、電力増幅器１０２の出力段１０４のベースに電気的に接続することができる。

【0108】

ブロック１０１８において、プログラム可能高調波終端回路制御器８１４は、第３高調波トラップフィルタの一以上のスイッチを、ブロック１０１４において識別された動作周波数に少なくとも部分的に基づいて構成する。第３高調波トラップフィルタの一以上のスイッチを構成することにより、高調波トラップフィルタの一以上のキャパシタを、電力増幅器１０２の出力段１０４のコレクタに電気的に接続することができる。さらに、いくつかの場合において、第３高調波段間高調波トラップフィルタの一以上のキャパシタを、電力増幅器１０２の出力段１０４のベースに電気的に接続することができる。

【0109】

ブロック１０２０において、制御器８０６は、出力インピーダンス整合ネットワーク１１２を、ＰＡ階級及び基本動作周波数に少なくとも部分的に基づいて修正する。基本動作周波数は、高調波トラップフィルタが処理する高調波周波数に対応し得る。いくつかの場合において、ＰＡ１０２は高インピーダンス電力増幅器である。すなわち、いくつかの場合において、他の電力増幅器設計と比較して小さなインピーダンス変圧器が必要とされる。さらに、いくつかの場合において、インピーダンス変圧器は必須というわけではない。すなわち、いくつかの場合において、出力インピーダンス整合ネットワーク１１２を省略することができる。したがって、いくつかの場合において、ブロック１０２０は随意的であり又は省略される。かかる場合のいくつかにおいて、電力増幅器１０２は、低域通過フィルタに電気的に接続することができる。

【0110】

所定実施形態において、プロセス１０００は、ＰＡ１０２の階級動作及びＰＡ１０２の動作周波数の一以上を修正するべく使用することができる。すなわち、所定実施形態において、ここに記載の実施形態により、無線デバイス９００及びＰＡ１０２の動的動作が可能となる。よくあることだが、ＰＡ１０２の動作階級及び動作周波数は、特定の呼びの間又は基地局との特定の通信タイムスロットの間、静的となる。しかしながら、いくつかの場合において、ＰＡ１０２は、呼びの間に再構成することができる。例えば、基地局間のハンドオフの間、ＰＡ１０２は、異なる階級及び／又は周波数をサポートするべく再構成することができる。

【0111】

用語集

【0112】

本明細書及び特許請求の範囲全体にわたり、文脈上そうでないことが明らかでない限り、「含む」等の用語は、排他的又は網羅的な意味とは反対の包括的意味に、すなわち「〜を含むがこれらに限られない」との意味に解釈すべきである。用語「結合」は２要素間の接続を言及するべく使用され、当該用語は、直接接続されるか又は一以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る２以上の要素を言及する。加えて、用語「ここ」、「上」、「下」及び同様の趣旨の用語は、本願において使用される場合、本願全体を言及し、本願の任意の特定部分を言及するわけではない。文脈が許容する場合、単数又は複数を使用する上述の詳細な説明における用語はそれぞれ、複数又は単数をも含み得る。２以上の項目のリストを参照する用語「又は」及び「若しくは」について、当該用語は以下の解釈のすべてをカバーする。すなわち、当該リストの任意の項目、当該リストのすべての項目、及び当該リストの項目の任意の組み合わせである。

【0113】

本発明の実施形態の上記詳細な説明は、排他的であることすなわち本発明を上記開示の正確な形態に制限することを意図しない。本発明の及びその例の特定の実施形態が例示を目的として上述されたが、当業者が認識するように、本発明の範囲において様々な均等の修正も可能である。例えば、プロセス又はブロックが所与の順序で提示されるが、代替実施形態は、異なる順序でステップを有するルーチンを行うこと又はブロックを有するシステムを用いることができ、いくつかのプロセス又はブロックは削除、移動、追加、細分化、結合、及び／又は修正することができる。これらのプロセス又はブロックはそれぞれが、様々な異なる態様で実装することができる。また、プロセス又はブロックが直列的に行われるように示されることがあるが、これらのプロセス又はブロックは、その代わりに、並列して行い又は異なる時に行うこともできる。

【0114】

ここに与えられた本発明の教示は、必ずしも上述のシステムに限られることがなく、他のシステムにも適用することができる。上述の様々な実施形態要素及び行為は、さらなる実施形態を与えるべく組み合わせることができる。

【0115】

とりわけ「できる」、「かもしれない」、「してよい」、「し得る」、「例えば」等のような、ここで使用される条件的言語は、特にそうでないことが表明されない限り、又は使用の文脈においてそうでないことが理解されない限り、一般に、所定の特徴、要素及び／又は状態を所定の実施形態が含む一方、他の実施形態が含まないことを伝えるものと解釈される。すなわち、かかる条件的言語は、特徴、要素及び／若しくは状態が任意の態様で一以上の実施形態にとって必要であること、又は一以上の実施形態が必ず、作者の入力若しくは促しあり若しくはなしで、これらの特徴、要素及び／若しくは状態が任意の特定実施形態に含まれ若しくは当該実施形態で行われるか否かを決定するロジックを含むこと、を示唆するものとは一般に意図しない。

【0116】

句「Ｘ、Ｙ又はＺの少なくとも一つ」のような選言的言語は、特にそうでないことが表明されない限り、項目、用語等が、Ｘ、Ｙ若しくはＺ、又はこれらの任意の組み合わせ（例えばＸ、Ｙ及び／又はＺ）のいずれかとなり得ることを提示するべく一般に使用される文脈とは異なるように理解される。すなわち、かかる選言的言語は、所定の実施形態が、Ｘの少なくとも一つ、Ｙの少なくとも一つ、又はＺの少なくとも一つのそれぞれの存在を要求することを示唆するものと解釈することが一般に意図されるわけではなく、そうすべきでもない。

【0117】

特にそうでないことが表明されない限り、「一」又は「一の」のような冠詞は一般に、一以上の記載項目を含むように解釈すべきである。したがって、「すべく構成されたデバイス」のような句は、一以上の記載デバイスを含むように解釈される。一以上の記載のデバイスはまた、表明された記載を実行するべく集合的に構成することもできる。例えば、「記載Ａ、Ｂ及びＣを実行するべく構成されたプロセッサ」は、記載Ａを実行するべく構成された第１プロセッサが、記載Ｂ及びＣを実行するべく構成された第２プロセッサと協働することを含み得る。

【0118】

本発明の所定の実施形態が記載されたが、これらの実施形態は、例のみとして提示されており、本開示の範囲を制限することを意図しない。実際のところ、ここに記載される新規な方法及びシステムは、様々な他の形態で具体化することができる。さらに、ここに記載される方法及びシステムの形態における様々な省略、置換及び変更が、本開示の要旨から逸脱することなくなし得る。添付の特許請求の範囲及びその均等物が、本開示の範囲及び要旨に収まるかかる形態又は修正をカバーすることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】