特許第6773698号(P6773698)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(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】6773698
(24)【登録日】2020年10月5日
(45)【発行日】2020年10月21日
(54)【発明の名称】可変利得電力増幅器
(51)【国際特許分類】
   H03G 3/10 20060101AFI20201012BHJP
   H03F 3/213 20060101ALI20201012BHJP
【FI】
   H03G3/10 A
   H03F3/213
【請求項の数】25
【全頁数】40
(21)【出願番号】特願2017-568253(P2017-568253)
(86)(22)【出願日】2016年6月30日
(65)【公表番号】特表2018-519760(P2018-519760A)
(43)【公表日】2018年7月19日
(86)【国際出願番号】US2016040572
(87)【国際公開番号】WO2017004459
(87)【国際公開日】20170105
【審査請求日】2019年6月6日
(31)【優先権主張番号】14/755,462
(32)【優先日】2015年6月30日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390020248
【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社
(73)【特許権者】
【識別番号】507107291
【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド
(74)【上記1名の代理人】
【識別番号】100098497
【弁理士】
【氏名又は名称】片寄 恭三
(72)【発明者】
【氏名】スディプト チャクラボーティ
【審査官】 竹内 亨
(56)【参考文献】
【文献】 米国特許出願公開第2004/0207468(US,A1)
【文献】 特開2012−095333(JP,A)
【文献】 特表2011−509038(JP,A)
【文献】 米国特許第05387875(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H03G 3/00−3/34
H03F 1/00−3/72
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
集積回路であって、
オシレータであって、
第1のノードと、
第2のノードと、
前記第1のノードと前記第2のノードとの間に結合される1つ又は複数のリアクティブ構成要素のネットワークであって、前記第1のノードと前記第2のノードとの間に少なくとも1つのタップを有する、前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークと、
前記第2のノードを介して前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークに結合される第1の出力と、
前記タップを介して前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークに結合される第2の出力と、
を含む、前記オシレータと、
電力増幅器であって、
前記オシレータの前記第1の出力に結合される第1の入力と、
前記オシレータの前記第2の出力に結合される第2の入力と、
出力と、
選択回路であって、前記電力増幅器の第1の入力に結合される第1の入力と、前記電力増幅器の第2の入力に結合される第2の入力と、出力とを有する、前記選択回路と、
第1の増幅器段であって、前記選択回路の出力に結合される入力と、出力とを有する、前記第1の増幅器段と、
を含む、前記電力増幅器と、
を含む、集積回路。
【請求項2】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記タップが第1のタップであり、
前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークが、前記第1のノードと第2のノードとの間に配される第2のタップを有し、
前記オシレータの前記第1の出力が、前記第1のノードを介して前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークに結合される第1の端子と、前記第2のノードを介して前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークに結合される第2の端子とを有する第1の差動出力であり、
前記オシレータの前記第2の出力が、前記第1のタップを介して前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークに結合される第1の端子と、前記第2のタップを介して前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークに結合される第2の端子とを有する第2の差動出力である、集積回路。
【請求項3】
請求項2に記載の集積回路であって、
前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークが、前記オシレータの前記第1のノードと前記第2のノードとの間に直列に結合される1つ又は複数のインダクタを含み、
前記第1及び第2のタップが前記1つ又は複数のインダクタに結合され、
前記オシレータの前記第1の差動出力の前記第1の端子と前記第2の端子との間のインダクタンスが、前記オシレータの前記第2の差動出力の前記第1の端子と前記第2の端子との間のインダクタンスより大きい、集積回路。
【請求項4】
請求項2に記載の集積回路であって、
前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークが、前記オシレータの前記第1のノードと前記第2のノードとの間に直列に結合される1つ又は複数のキャパシタを含み、
前記第1及び第2のタップが前記1つ又は複数のキャパシタに結合され、
前記オシレータの前記第1の差動出力の前記第1の端子と前記第2の端子との間のキャ
パシタンスが、前記オシレータの前記第2の差動出力の前記第1の端子と前記第2の端子との間のキャパシタンスより大きい、集積回路。
【請求項5】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記オシレータの前記第1のノードが、前記オシレータに対する電力レール又は接地レールの少なくとも1つである、集積回路。
【請求項6】
請求項5に記載の集積回路であって、
前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークが、前記オシレータの前記第1のノードと前記第2のノードとの間に直列に結合される1つ又は複数のインダクタを含み、
前記タップが前記1つ又は複数のインダクタに結合され、
前記オシレータの前記第1のノードと前記第2のノードとの間のインダクタンスが、前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークの前記タップと前記オシレータの前記第1のノードとの間のインダクタンスより大きい、集積回路。
【請求項7】
請求項5に記載の集積回路であって、
前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークが、前記オシレータの前記第1のノードと前記第2のノードとの間に直列に結合される1つ又は複数のキャパシタを含み、
前記タップが前記1つ又は複数のキャパシタに結合され、
前記オシレータの前記第1のノードと前記第2のノードとの間のキャパシタンスが、前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークの前記タップと前記オシレータの前記第1のノードとの間のキャパシタンスより大きい、集積回路。
【請求項8】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークが、前記オシレータの前記第1のノードと前記第2のノードとの間に直列に結合される1つ又は複数のインダクタを含む、集積回路。
【請求項9】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記リアクティブ構成要素の前記ネットワークが、前記オシレータの前記第1のノードと前記第2のノードとの間に直列に結合される1つ又は複数のキャパシタを含む、集積回路。
【請求項10】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記電力増幅器が、
第2の増幅器段であって、前記第1の増幅器段の前記出力に結合される入力と、出力とを有する、前記第2の増幅器段と、
を更に含み、
前記選択回路の出力が、前記第2の増幅器段の出力に結合される、集積回路。
【請求項11】
請求項10に記載の集積回路であって、
前記選択回路が、利得制御リードに結合される制御入力を有する、集積回路。
【請求項12】
請求項10に記載の集積回路であって、
前記電力増幅器が、
前記第1の増幅器段に結合される第1の調整可能な電力供給と、
前記第2の増幅器段に結合される第2の調整可能な電力供給と、
を更に含む、集積回路。
【請求項13】
請求項12に記載の集積回路であって、
前記第1の調整可能な電力供給が第1のプログラム可能な低ドロップアウトレギュレータ(LDO)であり、前記第2の調整可能な電力供給が第2のプログラム可能なLDOである、集積回路。
【請求項14】
請求項に記載の集積回路であって、
前記第1の増幅器段が、
電力レールと、
調整可能な抵抗と、
前記調整可能な抵抗を介して前記電力レールに結合される第1の自己バイアスインバータと、
前記調整可能な抵抗を介して前記電力レールに結合される第2の自己バイアスインバータと、
を含む、集積回路。
【請求項15】
請求項14に記載の集積回路であって、
前記電力レールが、調整可能な電源に結合される、集積回路。
【請求項16】
請求項15に記載の集積回路であって、
前記調整可能な電源が、調整可能な低ドロップアウトレギュレータ(LDO)である、集積回路。
【請求項17】
請求項14に記載の集積回路であって、
前記第1の増幅器段が第2の調整可能な抵抗を含み、
前記第1の自己バイアスインバータが、前記第2の調整可能な抵抗を介して接地レールに結合され、
前記第2の自己バイアスインバータが、前記第2の調整可能な抵抗を介して前記接地レールに結合される、集積回路。
【請求項18】
請求項14に記載の集積回路であって、
前記第1の自己バイアスインバータが、入力と、出力と、前記第1の自己バイアスインバータの入力と出力との間に結合される抵抗器とを含み、
前記第2の自己バイアスインバータが、入力と、出力と、前記第2の自己バイアスインバータの入力と出力との間に結合される抵抗器とを含む、集積回路。
【請求項19】
請求項10に記載の集積回路であって、
前記第2の増幅器段が、
第1のトランジスタと第2のトランジスタとを有するインバータと、
前記インバータの出力に結合される抵抗器と、
第1のバイアス電圧源と、
第2のバイアス電圧源と、
前記抵抗器と前記第1のトランジスタのゲートとの間に結合される第1のスイッチと、
前記第1のバイアス電圧源と前記第1のトランジスタのゲートとの間に結合される第2のスイッチと、
前記抵抗器と前記第2のトランジスタのゲートとの間に結合される第3のスイッチと、
前記第2のバイアス電圧源と前記第2のトランジスタのゲートとの間に結合される第4のスイッチと、
を含む、集積回路。
【請求項20】
請求項19に記載の集積回路であって、
前記第1、第2、第3及び第4のスイッチに結合され、自己バイアス動作モードと非線形動作モードとの間で前記第2の増幅器段を切り替えるように構成される制御ユニットを更に含む、集積回路。
【請求項21】
方法であって、
発振器に含まれる1つ又はそれ以上のリアクティブ構成要素のネットワークで第1の発振信号を生成することと、
前記リアクティブ構成要素のネットワークに含まれる1つ又はそれ以上のタップを介して前記第1の発振信号に比例してそれより小さい振幅を有する第2の発振信号を出力することと、
利得制御に基づいて電力増幅出力信号を生成するために使用するように前記第1及び第2の発振信号の一方を選択することと、
前記第1及び第2の発振信号の前記選択された信号に基づいて前記電力増幅出力信号を生成することと、
を含む、方法。
【請求項22】
請求項21に記載の方法であって、
前記第1及び第2の発振信号を選択することが、選択された発振信号を生成するために前記第1及び第2の発振信号の一方を選択することを含み、
前記電力増幅出力信号を生成することが、前記選択された発振信号を増幅することを含む、方法。
【請求項23】
請求項22に記載の方法であって、
前記選択された発振信号を増幅することが、調整可能な低ドロップアウトレギュレータ(LDO)により決定される利得で前記選択された発振信号を増幅することを含む、方法。
【請求項24】
請求項21に記載の方法であって、
第1の電力増幅信号を生成するために前記第1の発振信号を増幅することと、
第2の電力増幅信号を生成するために前記第2の発振信号を増幅することと、
を更に含み、
前記第1及び第2の発振信号の一方を選択することが、選択された電力増幅信号を生み出すために前記第1及び第2の電力増幅信号の一方を選択することを含み、
前記電力増幅信号を生成することが、前記選択された電力増幅信号を前記電力増幅出力信号として出力することを含む、方法。
【請求項25】
請求項24に記載の方法であって、
前記第1の発振信号を増幅することが、調整可能な低ドロップアウトレギュレータ(LDO)により決定される利得で前記第1の発振信号を増幅することを含み、
前記第2の発振信号を増幅することが、前記調整可能なLDOにより決定される前記利得で前記第2の発振信号を増幅することを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、全般的に電気回路に関し、特に、電力増幅器に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、携帯電話、無線、及びワイヤレス通信等の広範な用途にトランシーバが用いられている。トランシーバは、アンテナを駆動する信号の電力を、信号の電力が相対的に遠い距離に到達するために充分に強くなるように増大させるために、電力増幅器を用い得る。トランシーバ用途の多くのタイプは、電力制限及び/又は面積制限され得る。例えば、携帯電話無線は、電力量が制限されたバッテリーを用い得、トランシーバ構成要素に対するスペース量が制限され得る。低電力、低面積トランシーバに対する電力増幅器を設計することは有意な課題を提示し得る。
【発明の概要】
【0003】
説明される例において、集積回路がオシレータ及び電力増幅器を含む。オシレータは、第1のノード、第2のノード、及び第1のノードと第2のノードとの間に結合される1つ又は複数のリアクティブ構成要素のネットワークを含む。リアクティブ構成要素のネットワークは、第1のノードと第2のノードとの間に少なくとも1つのタップを有する。オシレータは更に、第2のノードを介してリアクティブ構成要素のネットワークに結合される第1の出力、及びタップを介してリアクティブ構成要素のネットワークに結合される第2の出力を含む。電力増幅器は、オシレータの第1の出力に結合される第1の入力、オシレータの第2の出力に結合される第2の入力、及び出力を含む。
【0004】
更なる例に従って、集積回路が、1つ又は複数のリアクティブ構成要素を有する電圧制御オシレータ(VCO)を含む。集積回路は更に、VCOに結合されるプログラム可能受動減衰回路を含む。プログラム可能受動減衰回路は、VCOに含まれる1つ又は複数のリアクティブ構成要素の少なくとも一部を含む。集積回路は更に、プログラム可能受動減衰回路に結合される電力増幅器を含む。
【0005】
付加的な例に従って、或る方法が、電圧制御オシレータ(VCO)に含まれる1つ又は複数のリアクティブ構成要素のネットワークを用いて第1の振動信号を生成することを含む。この方法は更に、リアクティブ構成要素のネットワークに含まれる1つ又は複数のタップを介して第2の振動信号を出力することを含む。第2の振動信号は、第1の振動信号に比例し、第1の振動信号より小さい規模を有する。この方法は更に、電力増幅された出力信号の生成に用いるために、利得制御に基づいて第1及び第2の振動信号の一方を選択することを含む。この方法は更に、選択された、第1及び第2の振動信号の一方に基づいて、電力増幅された出力信号を生成することを含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1】本開示に従った例示のトランスミッタを図示するブロック図である。
【0007】
図2】本開示に従った、例示のオシレータが更に詳細に図示されている図1の例示のトランスミッタのブロック図である。
図3】本開示に従った、例示のオシレータが更に詳細に図示されている図1の例示のトランスミッタのブロック図である。
【0008】
図4】本開示に従った、例示の電力増幅器が更に詳細に図示されている図1の例示のトランスミッタのブロック図である。
図5】本開示に従った、例示の電力増幅器が更に詳細に図示されている図1の例示のトランスミッタのブロック図である。
【0009】
図6】本開示の例示のオシレータに用いられ得る例示のリアクティブ構成要素ネットワークを図示する概略図である。
【0010】
図7】本開示に従った、図6の例示のリアクティブ構成要素ネットワークを組み込む例示のオシレータを図示する概略図である。
【0011】
図8】本開示の例示のオシレータに用いられ得る別の例示のリアクティブ構成要素ネットワークを図示する概略図である。
【0012】
図9】本開示の例示のトランスミッタに用いられ得る例示のリアクティブ構成要素及びスイッチング回路の概略図である。
【0013】
図10】本開示の例示のオシレータに用いられ得る別の例示のリアクティブ構成要素ネットワークを図示する概略図である。
【0014】
図11】本開示に従った、図10の例示のリアクティブ構成要素ネットワークを組み込む例示のオシレータを図示する概略図である。
【0015】
図12】本開示の例示のオシレータに用いられ得る別の例示のリアクティブ構成要素ネットワークを図示する概略図である。
【0016】
図13】本開示の電力増幅器に用いられ得る例示の増幅器段を図示する概略図である。
図14】本開示の電力増幅器に用いられ得る例示の増幅器段を図示する概略図である。
図15】本開示の電力増幅器に用いられ得る例示の増幅器段を図示する概略図である。
【0017】
図16】本開示に従った付加的な例示のトランスミッタを図示するブロック図である。
図17】本開示に従った付加的な例示のトランスミッタを図示するブロック図である。
図18】本開示に従った付加的な例示のトランスミッタを図示するブロック図である。
図19】本開示に従った付加的な例示のトランスミッタを図示するブロック図である。
図20】本開示に従った付加的な例示のトランスミッタを図示するブロック図である。
【0018】
図21】本開示に従った、信号の電力を増幅するための例示の手法を図示するフローチャートである。
【0019】
図22】本開示の例示のオシレータに用いられ得る付加的な例示のリアクティブ構成要素ネットワークを図示する概略図である。
図23】本開示の例示のオシレータに用いられ得る付加的な例示のリアクティブ構成要素ネットワークを図示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本開示は、トランスミッタ及び/又はトランシーバにおいて信号を増幅するために用いられ得る可変利得電力増幅器を説明する。幾つかの例において、電力増幅器が、1つ又は複数のリアクティブ構成要素のネットワークを含むオシレータを含み得る。リアクティブ構成要素のネットワークは、オシレータに、リアクティブ構成要素のネットワークの異なる部分を横切って発生する異なる電圧を出力させる1つ又は複数のタップを含み得る。電力増幅器が、異なる電圧を受け取り得、電力増幅された出力信号を得るために、異なる電圧の1つ又は複数を選択的に増幅し得る。
【0021】
オシレータにおけるリアクティブ構成要素のネットワークの異なる部分を横切って発生する異なる電圧を選択的に増幅することによって、電力増幅器の利得が調整され得、それによって、電力増幅器の出力電力がトランスミッタの動的電力要件に基づいて調整され得る。増幅器の出力電力がトランスミッタの動的電力要件に基づいて調整されることによって、トランスミッタ又はトランシーバの総電力消費が低減され得る。オシレータに含まれるリアクティブ構成要素のネットワークの1つ又は複数のタップを用いて、選択的に増幅される異なる電圧を得ることによって、異なる電圧を得るために必要とされる構成要素の量が低減され得る。このように、相対的に少ない数の構成要素を用いて、可変利得の、相対的に低い電力の増幅器が得られ得る。
【0022】
幾つかの例において、1つ又は複数のリアクティブ構成要素のネットワークは、直列に結合される1つ又は複数のインダクタを含み得る。そのような例において、インダクタの第1の部分を横切って第1の電圧が得られ得、インダクタの第2の部分を横切って第2の電圧が得られ得る。第2の部分は、第1の部分のサブセットであり得る。更なる例において、リアクティブ構成要素のネットワークは、直列に結合される1つ又は複数のキャパシタを含み得る。他の例もまた可能であり、本開示の範囲内である。
【0023】
幾つかの例において、複数の電圧を選択的に増幅するために、電力増幅器は、利得制御に基づいて電圧の1つを選択し得、選択された電圧を複数の増幅器段を用いて増幅し得る。更なる例において、複数の電圧を選択的に増幅するために、電力増幅器は、電圧の各々を別個の増幅器信号チェーンにおいて増幅し得、その後、利得制御に基づいて、増幅された電圧の1つを選択し得る。
【0024】
幾つかの例において、電力増幅器は複数の利得制御を含み得る。例えば、電力増幅器は、電力増幅された出力信号の生成にどのオシレータ電圧を用いるかの選択を制御するコース(coarse)利得制御、及び選択されたオシレータ電圧を増幅する多段増幅器において、増幅器段の1つの又は両方の利得を制御するファイン(fine)利得制御を含み得る。ファイン利得制御は、幾つかの例において、連続利得制御関数を提供し得るが、利得制御関数が線形である利得値の範囲が相対的に小さい。一方、コース利得制御関数は、相対的に大きい範囲の利得値にわたって線形であり得るが、離散利得ステップを用いる離散関数であり得る。
【0025】
コース及びファイン利得両方の制御を提供することによって、電力増幅器の利得が、幅広い範囲の利得値にわたって微細に調整されることが可能になる。このように、相対的に大きい範囲の出力電力設定にわたって相対的に高い精度の利得制御を有する電力増幅器が達成され得る。
【0026】
幾つかの例において、電力増幅器における増幅器段の1つ又は複数が、差動自己バイアス増幅器を含み得る。差動自己バイアス増幅器は、電力供給と1つ又は複数のプルアップトランジスタのソース端子との間に結合される第1の可変抵抗、及び接地レールと1つ又は複数のプルダウントランジスタのソース端子との間に結合される第2の可変抵抗を含み得る。
【0027】
可変抵抗を増加させることは、増幅器段の偶数次高調波抑圧を増加させ得るが、増幅器段の利得を低減させ得る。可変抵抗を低減させることは、逆の効果を有し得る。そのため、可変抵抗を、差動自己バイアス増幅器において上述された位置に置くことによって、偶数次高調波抑圧と増幅器利得との間のトレードオフが電力増幅器において動的に調整及び均衡され得る。
【0028】
更なる例において、電力増幅器における増幅器段の1つ又は複数が、自己バイアスモード及び非線形モードで動作するように構成可能であり得る。自己バイアスモードは、非線形モードに比べ、一層高い度合の線形性を提供し得るが、電力効率は一層低くなり得る。他方、非線形モードは、電力効率が一層高くなり得るが、一層低い線形性を提供し得る。自己バイアスモード及び非線形モードで動作するように構成可能な増幅器段を提供することによって、線形性と電力効率との間のトレードオフが電力増幅器において動的に調整及び均衡され得る。
【0029】
付加的な例において、電力増幅器は、段の各々がシングルエンド又は差動自己バイアス増幅器を含む、多段増幅器であり得る。段の各々は更に、独立して調整可能な電力レール電圧を含み得る。特定の増幅器段に対して電力レール電圧を調整することによって、その段の自己バイアス増幅器が、異なるバイアス電流でバイアスされ得、それによって、自己バイアス増幅器の利得が調整され得る。従って、異なる自己バイアス増幅器段に対して、独立して調整可能な電力レール電圧を用いることにより、相対的に少ない数の回路構成要素を用いて、段独立利得調整を備える多段電力増幅器が達成され得る。
【0030】
図1は、本開示に従った例示のトランスミッタ10を図示するブロック図である。トランスミッタ10は、オシレータ12、電力増幅器14、マッチングネットワーク16、アンテナ18、接続20、22、24、28、及び利得制御リード26を含む。オシレータ12の第1の出力が、接続20を介して電力増幅器14の第1の入力に結合される。オシレータ12の第2の出力が、接続22を介して電力増幅器14の第2の入力に結合される。電力増幅器14の利得制御入力が利得制御リード26に結合される。電力増幅器14の出力が、接続24を介してマッチングネットワーク16の入力に結合される。マッチングネットワーク16の出力が、接続28を介してアンテナ18の入力に結合される。
【0031】
接続20、22、24、28の各々は、シングルエンド接続又は差動接続のいずれかであり得、接続を形成する1つ又は複数のリードを含み得る。シングルエンド接続が単一リードとして実装され得る。差動接続がリードの差動ペアを用いて実装され得る。
【0032】
オシレータ12は、オシレータ12の第1の出力において第1の振動信号を、オシレータ12の第2の出力において第2の振動信号を生成する。第2の振動信号は、第1の振動信号の減衰されたバージョンであり得る。振動信号は、シングルエンド信号又は差動信号であり得る。電力増幅器14は、それぞれ、電力増幅器14の第1及び第2の入力において振動信号を受け取り、振動信号に基づいて、電力増幅された出力信号を電力増幅器14の出力において生成する。電力増幅された出力信号を生成するために、電力増幅器14は、振動信号の一方を選択し得、振動信号のうち選択された振動信号の増幅されたバージョンを生成し得、振動信号のうち選択された振動信号の増幅されたバージョンを、電力増幅された出力信号として出力し得る。電力増幅器14は、電力増幅器14の利得制御入力において受信した利得制御信号に基づいて決定される利得を用いて、振動信号のうち選択された振動信号の増幅されたバージョンを生成し得る。マッチングネットワーク16は、マッチングネットワーク16の入力において、電力増幅された出力信号を受信し、電力増幅された出力信号を変換して、変換された電力増幅された出力信号をマッチングネットワーク16の出力において生成する。マッチングネットワーク16は、電力増幅器14の出力インピーダンスに実質的に調和するように設計される入力インピーダンス、及びアンテナ18のインピーダンスに実質的に調和する出力インピーダンスを有し得る。アンテナ18は、変換された電力増幅された出力信号をマッチングネットワーク16から受信し、この信号を電磁放射として放射する。
【0033】
オシレータ12の第1及び第2の出力において振動信号を生成するために、オシレータ12は、本明細書においてリアクティブ構成要素ネットワークと称される1つ又は複数のリアクティブ構成要素のネットワークを含み得る。リアクティブ構成要素ネットワークは、リアクティブ構成要素ネットワークの第1の端部に接続される第1のノード、リアクティブ構成要素ネットワークの第2の端部に接続される第2のノード、及び第1のノードと第2のノードとの間のそれぞれの位置において接続される1つ又は複数のタップを有し得る。
【0034】
幾つかの例において、オシレータ12は、第1及び第2のノードの一方又は両方における電圧に基づいて第1の振動信号を生成し得、1つ又は複数のタップにおける電圧に基づいて第2の振動信号を生成し得る。振動信号が差動信号である例において、リアクティブ構成要素ネットワークは、第1のノードと第2のノードとの間の2つの異なる位置に置かれる少なくとも2つのタップを有し得る。そのような例において、第1の振動信号は、第1のノードと第2のノードとの間の電圧に対応し得、第2の振動信号は、第1のタップと第2のタップとの間の電圧に対応し得る。
【0035】
リアクティブ構成要素ネットワークは、1つ又は複数のリアクティブ構成要素(例えば、インダクタ又はキャパシタ)を含み得る。リアクティブ構成要素ネットワークが1つより多くのリアクティブ構成要素を含む場合、リアクティブ構成要素は直列に結合され得る。いずれの場合も、第1のタップと第2のタップとの間の1つ又は複数のリアクティブ構成要素の部分は、第1のノードと第2のノードとの間のリアクティブ構成要素の部分のサブセットであり得る。そのため、第1のタップと第2のタップとの間のリアクタンス(例えば、インダクタンス又はキャパシタンス)は、第1のノードと第2のノードとの間のリアクタンスより小さくなり得る。従って、第1のタップと第2のタップとの間で得られる電圧に対応する第2の振動信号は、第1の振動信号の減衰されたバージョンであり得、それは第1のノードと第2のノードとの間で得られる電圧に対応する。第2の振動信号は、第2の振動信号の増幅が第1の振動信号に比例するが、第1の振動信号より小さいという意味において、第1の振動信号の減衰されたバージョンであり得る。
【0036】
振動信号がシングルエンド信号である例において、第1の振動信号は、幾つかの例において、オシレータ12のノードの1つと基準電圧との間の電圧に対応し得、第2の振動信号は、そのような例において、オシレータ12のタップの1つと基準電圧との間の電圧に対応し得る。幾つかの例において、第1のノードは、接地レール又は電力レールに結合され得、基準電圧として働き得る。そのような例において、第1の振動信号は、幾つかの例において、第1のノードと第2のノードとの間の電圧に対応し得、第2の振動信号は、そのような例において、タップの1つと第1のノードとの間の電圧に対応し得る。
【0037】
タップと第1のノードとの間の1つ又は複数のリアクティブ構成要素の部分は、第1のノードと第2のノードとの間のリアクティブ構成要素の部分のサブセットであり得る。それ故、タップと第1のノードとの間のリアクタンス(例えば、インダクタンス又はキャパシタンス)は、第1のノードと第2のノードとの間のリアクタンスより小さくなり得る。従って、タップと第1のノードとの間で得られる電圧に対応する第2の振動信号は、第1のノードと第2のノードとの間で得られる電圧に対応する第1の振動信号の減衰されたバージョンであり得る。
【0038】
オシレータ12は、制御信号に基づいて、第1及び第2の振動信号を生成し得る。例えば、オシレータ12は電圧制御オシレータ(VCO)であり得、制御信号は電圧信号であり得る。幾つかの例において、トランスミッタ10は、送信されるデータに基づいて制御信号を生成し得る。そのような例において、オシレータ12は、送信されるデータに基づいて、オシレータ12の第1及び第2の出力における振動信号を周波数変調及び/又は位相変調するために制御信号を用い得る。即ち、そのような例において、振動信号の各々は、周波数変調された(FM)又は位相変調された(PM)信号であり得る。幾つかの例において、振動信号は電圧信号であり得る。
【0039】
幾つかの例において、電力増幅器14は、単一の増幅器信号チェーンを含み得る。そのような例において、電力増幅された出力信号を生成するために、電力増幅器14は、振動信号の1つを選択し得、振動信号のうちの選択された振動信号を単一の増幅器信号チェーンを用いて増幅し得、振動信号のうちの選択された振動信号の増幅されたバージョンを電力増幅された出力信号として出力し得る。
【0040】
更なる例において、電力増幅器14は、複数の増幅器信号チェーンを含み得る。そのような例において、電力増幅された出力信号を生成するために、電力増幅器14は、それぞれの増幅器信号チェーンを用いて振動信号の各々を増幅し得、振動信号の増幅されたバージョンの1つを、電力増幅された出力信号として出力するように選択し得る。
【0041】
利得制御信号は、電力増幅器14の利得を制御し得る。幾つかの例において、電力増幅器14は、電力増幅された出力信号を生成する際に用いるために、オシレータ12によって出力される振動信号のうちの1つを、又は振動信号のうちの1つの振動信号の増幅されたバージョンを選択する選択ユニットを含み得る。そのような例において、利得制御信号は、選択ユニットの制御入力に結合され得、選択ユニットは、利得制御信号に基づいて信号の1つを選択し得る。
【0042】
幾つかの例において、利得制御信号は、複数の信号成分を含み得る。例えば、利得制御信号は、第1の利得制御信号成分及び第2の利得制御信号成分を含み得る。第1の利得制御信号成分は、選択ユニットの制御入力に結合され得、選択ユニットによって提供される利得(例えば、減衰)を制御し得、第2の利得制御信号成分は、電力増幅器14における1つ又は複数の増幅器段に結合され得、1つ又は複数の増幅器段によって提供される利得を制御し得る。
【0043】
電力増幅器14は、単段増幅器又は多段増幅器のいずれかであり得る。単段増幅器は単一の増幅器段を有し得、多段増幅器は複数の増幅器段を有し得る。電力増幅器14が多段増幅器であり、利得制御信号が、増幅器段に結合される利得制御信号成分を含む例において、利得制御信号成分は、各々が多段増幅器のそれぞれの段に結合される複数の利得制御信号サブ構成要素を含み得る。利得制御信号サブ構成要素の各々は、多段増幅器における各段の利得を調整及び制御し得る。そのような例において、多段増幅器における各利得段の利得が独立して調整され得る。
【0044】
電力増幅器14が複数の増幅器信号チェーンを含む例において、増幅器信号チェーンの各々は、単段増幅器信号チェーン又は多段増幅器信号チェーンのいずれかであり得る。複数の増幅器信号チェーンが多段増幅器信号チェーンである例において、増幅器信号チェーンの各々における対応する増幅器段は、幾つかの例において、利得制御信号の同じ利得制御信号サブ構成要素に基づいて制御され得る。別の例において、対応する増幅器段の利得は、独立してプログラム可能であり得る。
【0045】
付加的な例において、電力増幅器14は、段の各々がシングルエンド又は差動自己バイアス増幅器を含む、多段増幅器であり得る。段の各々は更に、独立して調整可能な電力レール電圧を有し得る。特定の増幅器段に対して電力レール電圧を調整することによって、その段の自己バイアス増幅器が、異なるバイアス電流でバイアスされ得、これは、自己バイアス増幅器の利得を調整し得る。従って、異なる自己バイアス増幅器段に対して独立して調整可能な電力レール電圧を用いることによって、相対的に小さい数の回路構成要素を用いて、段独立利得調整を備える多段電力増幅器が達成され得る。
【0046】
幾つかの例において、調整可能な電力レール電圧は、1つ又は複数の調整可能な電力供給によって供給され得る。例えば、調整可能な電力供給は、調整可能な低ドロップアウトレギュレータ(LDO)等の調整可能な電圧レギュレータであり得る。電圧レギュレータ及び/又はLDOは、レギュレータ及び/又はLDOが、制御入力に基づいて決定される電圧レベルを出力し得るという意味において、調整可能であり得る。
【0047】
電力増幅器14における増幅器段の1つ又は複数が1つ又は複数の調整可能な電力供給によって電力供給される例において、調整可能な電力供給の各々に対する制御入力は、利得制御信号のそれぞれの利得制御信号サブ構成要素に結合され得る。そのような例において、増幅器段は、電力供給出力レベル(例えば、電圧レベル)に基づいて決定される利得を有するように構成され得る。
【0048】
利得制御信号が複数の信号成分を含む例において、電力増幅器14は、複数の利得制御を含むとされ得る。例えば、電力増幅器14は、電力増幅された出力信号を生成するために用いる振動信号の選択を制御する、コース利得制御、及び選択されたオシレータ電圧を増幅する多段増幅器における増幅器段の1つ又は複数の利得を制御する、ファイン利得制御を含み得る。ファイン利得制御は、幾つかの例において、連続利得制御関数を提供し得るが、利得制御関数が線形である利得値の範囲は、相対的に小さくなり得る。一方、コース利得制御関数は、相対的に大きい利得値の範囲にわたって線形であり得るが、離散利得ステップを用いる離散関数であり得る。
【0049】
コース及びファイン両方の利得制御を提供することによって、電力増幅器14の利得を利得値の幅広い範囲にわたって微細に調整することが可能になり得る。このように、出力電力設定の相対的に大きな範囲にわたって、相対的に高い精度の利得制御を有する電力増幅器が達成され得る。
【0050】
幾つかの例において、電力増幅器14における増幅器段の1つ又は複数が、差動自己バイアス増幅器段であり得る。差動自己バイアス増幅器段は、電力供給と1つ又は複数のプルアップトランジスタのソース端子との間に結合される第1の可変抵抗、及び接地レールと1つ又は複数のプルダウントランジスタのソース端子との間に結合される第2の可変抵抗を含み得る。
【0051】
可変抵抗を増加させることは、増幅器段の偶数次高調波抑圧を増加させ得るが、増幅器段の利得を低減させ得る。可変抵抗を低減させることは、逆の効果を有し得る。そのため、可変抵抗を差動自己バイアス増幅器における上述の位置に置くことによって、偶数次高調波抑圧と増幅器利得との間のトレードオフが、電力増幅器14において動的に調整及び均衡され得る。
【0052】
幾つかの例において、電力増幅器14は、増幅器段もまた調整可能な電力供給(例えば、調整可能なLDO)によって電力供給される前述の例において記載されたように、1つ又は複数の可変抵抗を備える差動自己バイアス増幅器段を含み得る。そのような例において、コース利得制御は可変抵抗に結合され得、ファイン利得制御は調整可能な電力供給に結合され得る。
【0053】
更なる例において、電力増幅器14における増幅器段の1つ又は複数が、自己バイアスモード及び非線形モードで動作するように構成可能であり得る。自己バイアスモードは、非線形モードに比べ、一層高い度合の線形性を提供し得るが、電力効率は一層低くなり得る。一方、非線形モードは、電力効率は一層高いが、一層低い線形性を提供し得る。自己バイアスモード及び非線形モードで動作するように構成可能であり得る増幅器段を提供することによって、線形性と電力効率との間のトレードオフが、電力増幅器14において動的に調整及び均衡され得る。
【0054】
マッチングネットワーク16は、電力増幅器14とアンテナ18との間にインピーダンスマッチングを提供するように構成可能である任意の構成要素を含み得る。幾つかの例において、マッチングネットワーク16は、マッチングネットワーク16の出力インピーダンスをアンテナ18のインピーダンスにマッチさせるように、及びマッチングネットワーク16の入力インピーダンスを電力増幅器14の出力インピーダンスにマッチさせるように構成される、1つ又は複数のインダクタ又はキャパシタを含み得る。アンテナ18は、電磁信号を遠隔デバイスに送信するように構成される任意のタイプのアンテナであり得る。
【0055】
電力増幅器14は、電力増幅された出力信号を生成するために、オシレータ12によって出力された振動信号を選択的に増幅し得る。振動信号の各々は、オシレータ12に含まれるリアクティブ構成要素のネットワークの異なる部分を横切って発生する異なる電圧に対応し得る。オシレータ12に含まれるリアクティブ構成要素のネットワークの異なる部分を横切って発生する異なる電圧を選択的に増幅することによって、電力増幅器14の利得が調整され得、それによって、電力増幅器14の出力電力が、トランスミッタ10の動的電力要件に基づいて調整され得る。電力増幅器14の出力電力が動的電力要件に基づいて調整され得ることによって、電力増幅器14の総電力消費が低減され得る。電力増幅器14によって選択的に増幅される異なる電圧を得るために、オシレータ12に含まれるリアクティブ構成要素のネットワークの1つ又は複数のタップを用いることによって、異なる電圧を得るために必要となる構成要素の量が低減され得る。このように、相対的に少ない数の構成要素を用いて、可変利得の、相対的に低電力増幅器が得られ得る。
【0056】
図2は、本開示に従った、例示のオシレータ12が更に詳細に図示されている図1の例示のトランスミッタ10のブロック図である。図2において、オシレータ12の第1及び第2の出力は、シングルエンド出力信号を生成するシングルエンド出力である。オシレータ12はオシレータ回路要素32を含み、オシレータ回路要素32はリアクティブ構成要素ネットワーク34を含む。リアクティブ構成要素ネットワーク34は、リアクティブ構成要素ネットワーク34の第1の端部に結合されるノード36、及びリアクティブ構成要素ネットワーク34の第2の端部に接続されるノード38を含む。リアクティブ構成要素ネットワーク34はまた、リアクティブ構成要素ネットワーク34の第1の端部と第2の端部との間で、リアクティブ構成要素ネットワーク34におけるリアクティブ構成要素に結合されるタップ40を含む。
【0057】
ノード38は、リード42を介して電力増幅器14の第1の入力に結合され、タップ40は、リード44を介して電力増幅器14の第2の入力に結合される。ノード38は、オシレータ12の第1の出力に結合され得、及び/又はオシレータ12の第1の出力を形成し得る。タップ40は、オシレータ12の第2の出力に結合され得、及び/又はオシレータ12の第2の出力を形成し得る。図2におけるリード42、44は、それぞれ、図1における接続20、22に対応し得る。
【0058】
動作の間、オシレータ12は、オシレータ12の第1の出力において第1の振動信号を、及びオシレータ12の第2の出力において第2の振動信号を生成する。第2の振動信号は、第1の振動信号の減衰されたバージョンであり得る。幾つかの例において、第1の振動信号は、ノード38と基準電圧との間の電圧に対応し得、第2の振動信号は、タップ40と基準電圧との間の電圧に対応し得る。更なる例において、ノード36は、接地レール又は電力レールに結合され得、基準電圧として働き得る。そのような例において、第1の振動信号は、ノード36とノード38との間の電圧に対応し得、第2の振動信号は、タップ40とノード36との間の電圧に対応し得る。
【0059】
幾つかの例において、図2のトランスミッタ10は、集積回路上に実装され得る。集積回路は、ノード36、ノード38、及びノード36とノード38との間に結合されるリアクティブ構成要素ネットワーク34(即ち、1つ又は複数のリアクティブ構成要素のネットワーク)を有するオシレータ12を含み得る。リアクティブ構成要素ネットワーク34は、ノード36とノード38との間に少なくとも1つのタップ40を有し得る。オシレータ12は更に、ノード38を介してリアクティブ構成要素ネットワーク34に結合される第1の出力、及びタップ40を介してリアクティブ構成要素ネットワーク34に結合される第2の出力を含み得る。集積回路は更に、オシレータ12の第1の出力に結合される第1の入力と、オシレータ12の第2の出力に結合される第2の入力と、出力とを有する電力増幅器14を含み得る。
【0060】
幾つかの例において、オシレータ12のノード36は、オシレータ12に対する電力レール又は接地レールの少なくとも一方である。そのような例において、リアクティブ構成要素ネットワーク34は、幾つかの例において、オシレータ12のノード36とノード38との間に直列に結合される1つ又は複数のインダクタを含む。そのような例において、タップ40は、1つ又は複数のインダクタに結合され、オシレータ12のノード36とノード38との間のインダクタンスは、リアクティブ構成要素ネットワーク34のタップ40とオシレータ12のノード36との間のインダクタンスより大きい。
【0061】
オシレータ12のノード36がオシレータ12に対する電力レール又は接地レールの少なくとも一方である付加的な例において、リアクティブ構成要素ネットワーク34は、オシレータ12のノード36とノード38との間に直列に結合される1つ又は複数のキャパシタを含む。そのような例において、タップ40は、1つ又は複数のキャパシタに結合され、オシレータ12のノード36とノード38との間のキャパシタンスは、リアクティブ構成要素ネットワーク34のタップ40とオシレータ12のノード36との間のキャパシタンスより大きい。
【0062】
図3は、本開示に従った、別の例示のオシレータの12が更に詳細に図示されている図1の例示のトランスミッタ10のブロック図である。図3に示されるように、オシレータ12はオシレータ回路要素52を含み、オシレータ回路要素52は、(1)ノード36がリード56を介して電力増幅器14に結合され、(2)リアクティブ構成要素ネットワーク34がノード36とノード38との間に付加的なタップ54を含み、(3)タップ54がリード58を介して電力増幅器14に結合される、という点が異なることを除き、図2のオシレータ回路要素32に類似している。図2のオシレータ回路要素32と図3のオシレータ回路要素52との間で同一又は類似の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【0063】
図3において、オシレータ12の第1及び第2の出力は、差動出力信号を生成する差動出力である。具体的には、ノード36、38は第1の差動出力を形成し得、タップ40、54は第2の差動出力を形成し得る。同様に、電力増幅器14の第1及び第2の入力は差動入力であり得る。オシレータ12の第1の差動出力は、リード42、56を介して電力増幅器14の第1の差動入力に結合される。オシレータ12の第2の差動出力は、リード44、58を介して電力増幅器14の第2の差動入力に結合される。図3におけるリード42、56は集合的に、図1における接続20に対応し得る。同様に、図3におけるリード44、58は集合的に、図1における接続22に対応し得る。
【0064】
動作の間、オシレータ12は、オシレータ12の第1の出力において第1の差動振動信号を、オシレータ12の第2の出力において第2の差動振動信号を生成する。第2の差動振動信号は、第1の差動振動信号の減衰されたバージョンであり得る。第1の差動振動信号は、ノード36とノード38との間の電圧に対応し得、第2の差動振動信号は、リアクティブ構成要素ネットワーク34のタップ54とタップ40との間の電圧に対応し得る。
【0065】
幾つかの例において、図3のトランスミッタ10は集積回路上に実装され得る。集積回路は、ノード36と、ノード38と、及びノード36とノード38との間に結合されるリアクティブ構成要素ネットワーク34とを有するオシレータ12を含む。リアクティブ構成要素ネットワーク34は、ノード36とノード38との間にタップ40、54を有し得る。オシレータ12は更に、ノード36、38を介してリアクティブ構成要素ネットワーク34に結合れる第1の出力、及びタップ40、54を介してリアクティブ構成要素ネットワーク34に結合される第2の出力を含み得る。集積回路は更に、オシレータ12の第1の出力に結合される第1の入力、オシレータ12の第2の出力に結合される第2の入力、及び出力を有する電力増幅器14を含み得る。
【0066】
幾つかの例において、リアクティブ構成要素ネットワーク34は、ノード36とノード38との間に結合されるタップ40、54を有し得る。そのような例において、オシレータ12の第1の出力は、ノード36を介してリアクティブ構成要素ネットワーク34に結合される第1の端子、及びノード38を介してリアクティブ構成要素ネットワーク34に結合される第2の端子を有する第1の差動出力である。そのような例において、VCOの第2の出力は、タップ54を介してリアクティブ構成要素ネットワーク34に結合される第1の端子、及びタップ40を介してリアクティブ構成要素ネットワーク34に結合される第2の端子を有する第2の差動出力である。
【0067】
更なる例において、リアクティブ構成要素ネットワーク34は、オシレータ12のノード36とノード38との間に直列に結合される1つ又は複数のインダクタを含み、タップ40、54は、1つ又は複数のインダクタに結合される。そのような例において、オシレータ12の第1の差動出力の第1の端子と第2の端子との間のインダクタンスは、オシレータ12の第2の差動出力の第1の端子と第2の端子との間のインダクタンスより大きい。
【0068】
付加的な例において、リアクティブ構成要素ネットワーク34は、オシレータ12のノード36とノード38との間に直列に結合される1つ又は複数のキャパシタを含み、タップ40、54は1つ又は複数のキャパシタに結合される。そのような例において、オシレータ12の第1の差動出力の第1の端子と第2の端子との間のキャパシタンスは、オシレータ12の第2の差動出力の第1の端子と第2の端子との間のキャパシタンスより大きい。
【0069】
図2及び図3のトランスミッタ10において、オシレータ12は複数の振動信号を出力し得、電力増幅器14は、電力増幅された出力信号を生成するために、振動信号を選択的に増幅し得る。振動信号の各々は、オシレータ12に含まれるリアクティブ構成要素のネットワークの異なる部分を横切って発生する異なる電圧に対応し得る。オシレータ12におけるリアクティブ構成要素のネットワークの異なる部分を横切って発生する異なる電圧を選択的に増幅することによって、電力増幅器14の利得が調整され得、それによって電力増幅器14の出力電力が、トランスミッタ10の動的電力要件に基づいて調整され得る。電力増幅器14の出力電力がトランスミッタ10の動的電力要件に基づいて調整され得ることによって、電力増幅器14の総電力消費が低減され得る。電力増幅器14によって選択的に増幅される異なる電圧を得るために、オシレータ12に含まれるリアクティブ構成要素のネットワークの1つ又は複数のタップを用いることによって、異なる電圧を得るために必要とされる構成要素の量が低減され得る。このように、相対的に少ない数の構成要素を用いて、可変利得の、相対的に低電力増幅器が得られ得る。
【0070】
図4は、本開示に従った、例示の電力増幅器14が更に詳細に図示されている図1の例示のトランスミッタ10のブロック図である。電力増幅器14は、選択回路60、増幅器段62、64、調整可能な電源66、68、接続70、72、電力線74、76、及び利得制御リード78、80、82を含む。選択回路60の第1の入力が、接続20を介してオシレータ12の第1の出力に結合される。選択回路60の第2の入力が、接続22を介してオシレータ12の第2の出力に結合される。選択回路60の出力が、接続70を介して増幅器段62の入力に結合される。増幅器段62の出力が、接続72を介して増幅器段64の入力に結合される。増幅器段64の出力が、接続24を介してマッチングネットワーク16の入力に結合される。
【0071】
増幅器段64の出力は、電力増幅器14の出力に結合され得、及び/又は電力増幅器14の出力を形成し得る。選択回路60の第1及び第2の入力は、それぞれ、電力増幅器14の第1及び第2の入力に結合され得、及び/又は電力増幅器14の第1及び第2の入力を形成し得る。
【0072】
調整可能な電源66の出力が、電力線74を介して増幅器段62の電力入力に結合される。調整可能な電源68の出力が、電力線76を介して増幅器段64の電力入力に結合される。選択回路60の制御入力が、利得制御Aリード78に結合される。増幅器段62の制御入力が、利得制御Bリード80に結合される。増幅器段64の制御入力が、利得制御Cリード82に結合される。利得制御リード78、80、82は集合的に、図1図3に図示される利得制御リード26に対応し得る。
【0073】
接続20、22、24、28、70、72は、シングルエンド接続又は差動接続であり得る。接続20、22がシングルエンド接続であるとき、オシレータ12は、幾つかの例において、図2におけるオシレータ12に対応し得、接続20、22は、図2のリード42、44に対応し得る。オシレータ12の接続20、22が差動接続であるとき、オシレータ12は、幾つかの例において、図3におけるオシレータ12に対応し得、接続20、22は、図3のリード42、44、56、58に対応し得る。
【0074】
動作の間、選択回路60は、それぞれ、接続20、22を介してオシレータ12から振動信号を受信し、利得制御A信号に基づいて、電力増幅された信号の生成に用いるために振動信号の1つを選択し、選択された信号を接続70上に出力する。増幅器段62は、選択された信号を接続70を介して受信し、選択された信号を利得制御B信号によって決定される利得を用いて増幅し、増幅された信号を接続72上に出力する。増幅器段64は、増幅された信号を接続72を介して増幅器段62から受信し、その信号を、利得制御C信号によって決定される利得を用いて増幅し、増幅された信号を、電力増幅器14に対する電力供給され増幅された信号として、接続24において出力する。
【0075】
調整可能な電源66は、電力線74を介して増幅器段62に電力供給し得る。同様に、調整可能な電源68は、電力線76を介して増幅器段64に電力供給し得る。調整可能な電源66は、利得制御B信号に基づいて出力電力レベル(例えば、電圧レベル)を生成し得、調整可能な電源68は、利得制御C信号に基づいて出力電力レベル(例えば、電圧レベル)を生成し得る。幾つかの例において、調整可能な電源66、68の一方又は両方が、例えば調整可能なLDO等の調整可能な電圧レギュレータであり得る。増幅器段62は、選択された信号を、調整可能な電源66によって生成された出力電力レベルによって決定される利得に基づいて増幅し得る。増幅器段64は、増幅器段64の入力信号を、調整可能な電源68によって生成された出力電力レベルによって決定される利得に基づいて増幅し得る。
【0076】
図4に示されるように、電力増幅器14は選択回路60を含む。選択回路60は、(1)電力増幅器14の第1の入力に結合される第1の入力、(2)電力増幅器14の第2の入力に結合される第2の入力、及び(3)出力を有する。電力増幅器14は更に増幅器段62を含み、増幅器段62は、(1)選択回路60の出力に結合される入力、及び(2)出力を有する。電力増幅器14は更に増幅器段64を含み、増幅器段64は、(1)増幅器段62の出力に結合される入力、及び(2)出力を有する。選択回路60は、利得制御Aリード78に結合される制御入力を有する。
【0077】
増幅器段62、64は、本開示に説明される増幅器段の任意の組み合わせを備えて、又はその他のタイプの増幅器段を備えて実装され得る。幾つかの例において、増幅器段62は、図13に図示される増幅器段を備えて実装され得、増幅器段64は、図14に図示される増幅器段を備えて実装され得る。
【0078】
幾つかの例において、電力増幅器14における増幅器段62、64の各々は、シングルエンド又は差動自己バイアス増幅器(例えば、自己バイアスインバータ)を含み得る。増幅器段62、64の各々は更に、それぞれ、調整可能な電源66、68によって提供される、独立して調整可能な電力レール電圧を有し得る。特定の増幅器段に対して電力レール電圧を調整することによって、その段の自己バイアス増幅器が、異なるバイアス電流でバイアスされ得、それによって自己バイアス増幅器の利得が調整され得る。従って、異なる自己バイアス増幅器段に対して、独立して調整可能な電力レール電圧を用いることによって、相対的に少ない数の回路構成要素を用いて、段独立利得調整を備える多段電力増幅器が達成され得る。
【0079】
幾つかの例において、利得制御A信号は、電力増幅された出力信号の生成にどのオシレータ電圧を用いるかの選択を制御する、コース利得制御であり得る。そのような例において、利得制御B信号及び利得制御C信号は集合的に、多段電力増幅器14において増幅器段62、64の利得を制御するファイン利得制御を構成し得る。ファイン利得制御は、幾つかの例において、連続利得制御関数を提供し得るが、利得制御関数が線形である利得値の範囲は相対的に小さくなり得る。一方、コース利得制御関数は、相対的に大きい利得値の範囲にわたって線形であり得るが、離散利得ステップを備える離散関数であり得る。
【0080】
コース及びファイン両方の利得制御を提供することによって、電力増幅器の利得を、幅広い利得値範囲にわたって微細に調整することが可能になり得る。このように、出力電力設定の相対的に大きい範囲にわたって、相対的に高精度の利得制御を持つ電力増幅器が達成され得る。
【0081】
図5は、本開示に従った、別の例示の電力増幅器14が更に詳細に図示されている図1の例示のトランスミッタ10のブロック図である。電力増幅器14は、増幅器段84、86、88、90、選択回路92、調整可能な電源94、96、接続98、100、102、104、電力線106、108、110、112、及び利得制御リード114、116、118を含む。
【0082】
増幅器段84の入力が、接続20を介してオシレータ12の第1の出力に結合される。増幅器段84の出力が、接続98を介して増幅器段86の入力に結合される。増幅器段86の出力が、接続100を介して選択回路92の第1の入力に結合される。増幅器段88の入力が、接続22を介してオシレータ12の第2の出力に結合される。増幅器段88の出力が、接続102を介して増幅器段90の入力に結合される。増幅器段90の出力が、接続104を介して選択回路92の第2の入力に結合される。選択回路92の出力が、接続24を介してマッチングネットワーク16の入力に結合される。
【0083】
選択回路92の出力は、電力増幅器14の出力に結合され得、及び/又は電力増幅器14の出力を形成し得る。増幅器段84の入力は、電力増幅器14の第1の入力に結合され得、及び/又は電力増幅器14の第1の入力を構成し得る。同様に、増幅器段88の入力は、電力増幅器14の第2の入力に結合され得、及び/又は電力増幅器14の第2の入力を形成し得る。
【0084】
調整可能な電源94の出力が、電力線106を介して増幅器段84の電力入力に結合される。調整可能な電源94の出力はまた、電力線106、110を介して増幅器段88の電力入力に結合される。調整可能な電源96の出力が、電力線108を介して増幅器段86の電力入力に結合される。調整可能な電源96の出力はまた、電力線108、112を介して増幅器段90の電力入力に結合される。選択回路92の制御入力が利得制御Aリード114に結合される。調整可能な電源94の制御入力が利得制御Bリード116に結合される。調整可能な電源96の制御入力が利得制御Cリード118に結合される。利得制御リード114、116、118は集合的に、図1図3に図示される利得制御リード26に対応し得る。
【0085】
接続20、22、24、28、98、100、102、104は、シングルエンド接続又は差動接続であり得る。接続20、22がシングルエンド接続であるとき、オシレータ12は、幾つかの例において、図2におけるオシレータ12に対応し得、接続20、22は、図2のリード42、44に対応し得る。オシレータ12の接続20、22が差動接続であるとき、オシレータ12は、幾つかの例において、図3におけるオシレータ12に対応し得、接続20、22は、図3のリード42、44、56、58に対応し得る。
【0086】
動作の間、増幅器段84は、第1の入力を介して第1の振動信号を受信し、第1の増幅された信号を生成するために第1の振動信号を増幅し、第1の増幅された信号を接続98を介して出力する。増幅器段86は、第1の増幅された信号を接続98を介して受信し、第2の増幅された信号を生成するために第1の増幅された信号を増幅し、第2の増幅された信号を接続100を介して出力する。増幅器段86は、第2の入力を介して第2の振動信号を受信し、第3の増幅された信号を生成するために第2の振動信号を増幅し、第3の増幅された信号を接続102を介して出力する。増幅器段86は、第1の増幅された信号を接続102を介して受信し、第4の増幅された信号を生成するために第3の増幅された信号を増幅し、第4の増幅された信号を接続104を介して出力する。選択回路92は、それぞれ、接続100及び接続104を介して第3及び第4の増幅された信号を受信し、電力増幅された信号を利得制御A信号に基づいて生成するために用いるために第3及び第4の増幅された信号の一方を選択し、選択された信号を接続24を介して出力する。
【0087】
増幅器段84、86は第1の増幅器信号チェーンを形成し得、増幅器段88、90は第2の増幅器信号チェーンを形成し得る。第1の増幅器信号チェーンは、接続20において受信した振動信号を増幅し得、第2の増幅器信号チェーンは、接続22において受信した振動信号を増幅し得、選択回路92は増幅された信号のいずれを電力増幅された信号として出力するかを選択し得る。
【0088】
調整可能な電源94は、電力線106、110を介して増幅器段84、88に電力供給し得る。同様に、調整可能な電源96は、電力線108、112を介して増幅器段86、90に電力供給し得る。調整可能な電源94は利得制御B信号に基づいて出力電力レベル(例えば、電圧レベル)を生成し得、調整可能な電源96は利得制御C信号に基づいて出力電力レベル(例えば、電圧レベル)を生成し得る。幾つかの例において、調整可能な電源94、96の1つ又は複数が、例えば、調整可能な及び/又はプログラム可能なLDO等、調整可能な及び/又はプログム可能な電力増幅された信号を電圧レギュレータであり得る。増幅器段84、88は、調整可能な電源94によって生成された出力電力レベルによって決定される利得に基づいて、それらのそれぞれの入力信号を増幅し得る。同様に、増幅器段86、90は、調整可能な電源96によって生成された出力電力レベルによって決定される利得に基づいて、それらのそれぞれの入力信号を増幅し得る。
【0089】
図5に示されるように、電力増幅器14は、増幅器段84、86を有する第1の信号チェーンを含む。増幅器段84は、(1)電力増幅器14の第1の入力に結合される入力、及び(2)出力を有する。増幅器段86は、(1)第1の信号チェーンの増幅器段84の出力に結合される入力、及び(2)出力を有する。電力増幅器14は更に、増幅器段88、90を有する第2の信号チェーンを含む。増幅器段88は、(1)電力増幅器の第2の入力に結合される入力、及び(2)出力を有する。増幅器段90は、(1)第2の信号チェーンの第1の増幅器段88の出力に結合される入力、及び(2)出力を有する。
【0090】
電力増幅器14は更に選択回路92を含み、選択回路92は、(1)第1の信号チェーンの増幅器段86の出力に結合される第1の入力、(2)第2の信号チェーンの増幅器段90の出力に結合される第2の入力、及び(3)電力増幅器14の出力を形成する出力を有する。選択回路92は、利得制御Aリード114に結合される制御入力を有する。
【0091】
増幅器段84、86、88、90は、本開示に説明される増幅器段の任意の組み合わせを備えて又はその他のタイプ増幅器段を備えて実装され得る。幾つかの例において、増幅器段84、88は、図13に図示される増幅器段を備えて実装され得、増幅器段86、90は、図14に図示される増幅器段を備えて実装され得る。
【0092】
幾つかの例において、電力増幅器14の増幅器段84、86、88、90の各々は、シングルエンド又は差動自己バイアス増幅器(例えば、自己バイアスインバータ)を含み得る。増幅器段84、86、88、90の各々は更に、調整可能な電源94、96によって提供される独立して調整可能な電力レール電圧を有し得る。特定の増幅器段に対して電力レール電圧を調整することによって、その段の自己バイアス増幅器が、異なるバイアス電流でバイアスされ得、それによって自己バイアス増幅器の利得が調整され得る。従って、異なる自己バイアス増幅器段に対して、独立して調整可能な電力レール電圧を用いることによって、相対的に少ない数の回路構成要素を用いて、段独立利得調整を備える多段電力増幅器が達成され得る。
【0093】
幾つかの例において、利得制御A信号は、電力増幅された出力信号の生成に、どのオシレータ電圧を用いるかの選択を制御する、コース利得制御であり得る。そのような例において、利得制御B信号及び利得制御C信号は集合的に、多段電力増幅器14において増幅器段84、86、88、90の利得を制御するファイン利得制御を構成し得る。ファイン利得制御は、幾つかの例において、連続利得制御関数を提供し得るが、利得制御関数が線形である利得値の範囲は相対的に小さくなり得る。一方、コース利得制御関数は、相対的に大きい利得値の範囲にわたって線形であり得るが、離散利得ステップを備える離散関数であり得る。
【0094】
コース及びファイン両方の利得制御を提供することによって、電力増幅器の利得を幅広い範囲にわたって微細に調整することが可能になり得る。このように、出力電力設定の相対的に大きい範囲にわたって、相対的に高精度の利得制御を持つ電力増幅器が達成され得る。
【0095】
図6は、本開示の例示のオシレータにおいて用いられ得る例示のリアクティブ構成要素ネットワーク34を図示する概略図である。幾つかの例において、リアクティブ構成要素ネットワーク34は、図3において図示されるリアクティブ構成要素ネットワーク34を実装するために用いられ得る。リアクティブ構成要素ネットワーク34はインダクタL1、L2、L3、L4、及びノード36、38、120、122、124を含む。インダクタL1はノード36とノード120との間に結合される。インダクタL2は、ノード120とノード122との間に結合される。インダクタL3は、ノード122とノード124との間に結合される。インダクタL4は、ノード124とノード38との間に結合される。
【0096】
タップ54がノード120に結合され、タップ40がノード124に結合される。ノード36、38は第1の差動出力を形成し得、タップ54、40は第2の差動出力を形成し得る。
【0097】
図6に示されるように、タップ54、40は、ノード36とノード38との間のノード120、124に結合される。そのため、ノード36とノード38との間のインダクタンスは、リアクティブ構成要素ネットワーク34のタップ54とタップ40との間のインダクタンスより大きく、それにより、タップ54とタップ40との間の電圧を、ノード36とノード38と間の電圧に比例させるが、ノード36とノード38と間の電圧より小さくする。
【0098】
図7は、本開示に従った、図6の例示のリアクティブ構成要素ネットワーク34を組み込む例示のオシレータ12を図示する概略図である。オシレータ12は、トランジスタ126、128、接地レール130、高電圧レール132、及び図6に示されるリアクティブ構成要素ネットワーク34を含む。トランジスタ126のソースが接地レール130に結合される。トランジスタ126のドレインが、ノード36に及びトランジスタ128のゲートに結合される。トランジスタ126のゲートが、ノード38に及びトランジスタ128のドレインに結合される。トランジスタ128のソースが接地レール130に結合される。トランジスタ128のドレインが、ノード38に及びトランジスタ126のゲートに結合される。トランジスタ128のゲートが、ノード36に及びトランジスタ126のドレインに結合される。リアクティブ構成要素ネットワーク34のノード122は高電圧レール132に結合される。
【0099】
トランジスタ126、128はクロス結合トランジスタの例であり得、クロス結合トランジスタの出力がノード36、38に結合される。ノード36、38はオシレータ12に対する第1の差動出力を形成し、タップ40、54はオシレータ12に対する第2の差動出力を形成する。図7において、インダクタL 1、L2、L3、L4は、オシレータ12のノード36とノード38との間で直列に結合される1つ又は複数のインダクタの構成の例である。
【0100】
動作の間、トランジスタ126、128は各々、リアクティブ負荷を備える共通ソース増幅器として動作し得る。インダクタL 1、L2、L3、L4は、トランジスタ126、128に対するリアクティブ負荷の全部又は一部を形成し得る。具体的には、トランジスタ126は、トランジスタ128のドレインにおける信号を増幅し得、信号に180度位相シフトを適用し得る。トランジスタ128は、トランジスタ126のドレインにおける信号を増幅し得、信号に180度位相シフトを適用し得る。クロス結合オシレータによって形成されるフィードバックループは集合的に、ノード36、38における2つの差動出力における信号を振動させ得る。インダクタL 1、L2、L3、L4のインダクタンスは、トランジスタ126、128における1つ又は複数の寄生キャパシタンスと共に、オシレータ12に対する振動の周波数を制御し得る。
【0101】
タップ40、54によって形成されるオシレータ12の第2の差動出力は、ノード36、38によって形成されるオシレータ12の第1の差動出力によって提供される出力信号に比例するが、それより小さい振動出力信号を提供し得る。これらの電圧のどれを増幅するかを選択することによって、電力増幅器の利得を変化させることが可能であり得る。異なる電圧の電圧レベルを出力するために、オシレータ12に含まれるリアクティブ構成要素のネットワーク(例えば、インダクタL 1、L2、L3、L4)の1つ又は複数のタップを用いることによって、電力増幅器において又は集積回路の外部に、付加的なリアクティブ構成要素を必要とすることなく、電力増幅器の利得を変化させることが可能になり得る。このように、相対的に少ない数の構成要素を用いて、可変利得の、相対的に低電力の増幅器が得られ得る。
【0102】
図8は、本開示の例示のオシレータに用いられ得る別の例示のリアクティブ構成要素ネットワーク34を図示する概略図である。リアクティブ構成要素ネットワーク34は、インダクタL5、L6、L7、L8、L9、L10、ノード134、136、138、140、142、144、146、及びタップ148、150、152、154を含む。インダクタL5は、ノード134とノード136との間に結合される。インダクタL6は、ノード136とノード138との間に結合される。インダクタL7は、ノード138とノード140との間に結合される。インダクタL8は、ノード140とノード142との間に結合される。インダクタL9は、ノード142とノード144との間に結合される。インダクタL10は、ノード144とノード146との間に結合される。図8において、インダクタL5、L6、L7、L8、L9、L10は、オシレータ12のノード134とノード146との間に直列に結合される1つ又は複数のインダクタの構成の例である。
【0103】
タップ148はノード136に結合される。タップ150はノード138に結合される。タップ152はノード142に結合される。タップ154はノード144に結合される。
【0104】
ノード134、146は第1の差動出力を形成し得、タップ136、144は第2の差動出力を形成し得、タップ138、142は第3の差動出力を形成し得る。第2の差動出力は、第1の差動出力によって出力される信号に比例するが、それより小さい、振動信号を出力し得る。第3の差動出力は、第1及び第2の差動出力によって出力される信号に比例するが、それより小さい、振動信号を出力し得る。概して、任意の数の差動出力を形成するため、またそれによって、本開示に従って電力増幅器に対して任意の数の利得ステップを提供するために、直列に接続された一連のインダクタにおいて、任意の数のタップが配置され得る。
【0105】
図9は、本開示の例示のトランスミッタに用いられ得る例示のリアクティブ構成要素及びスイッチング回路156の概略図である。幾つかの例において、リアクティブ構成要素ネットワーク34は、図3に示されるリアクティブ構成要素ネットワーク34及び/又は図4に示される選択回路60を実装するために用いられ得る。リアクティブ構成要素及びスイッチング回路156は、インダクタL11、L12、L13、スイッチS1、S2、S3、S4、及びノード158、160、162、164、166、168を含む。
【0106】
インダクタL11は、ノード158とノード160との間に結合される。インダクタL12は、ノード160とノード162との間に結合される。インダクタL13は、ノード162とノード164との間に結合される。スイッチS1は、ノード158とノード166との間に結合される。スイッチS2は、ノード160とノード166との間に結合される。スイッチS3は、ノード162とノード168との間に結合される。スイッチS4は、ノード164とノード168との間に結合される。
【0107】
ノード158、164は差動入力を形成し得る。ノード166、168は差動出力を形成し得る。
【0108】
幾つかの例において、インダクタLll、L12、L13及びノード158、160、162、164は、オシレータ12(例えば、図3)のリアクティブ構成要素ネットワーク34に含まれ得、スイッチS1、S2、S3、S4は、電力増幅器14(例えば、図4)の選択回路60に含まれ得る。そのような例において、ノード158、164は、それぞれ、ノード36、38に対応し得、ノード166、168は選択回路60の出力に対応し得る。そのような例において、スイッチS1、S2、S3、S4の制御入力は、利得制御Aリード78に結合され得る。
【0109】
動作の間、制御回路が、利得制御信号に基づいてスイッチS1、S2、S3、S4を選択的に開閉し得る。第1の動作状態の間、スイッチS1、S4は閉にされ得、スイッチS2、S3は開にされ得、それによって、ノード158とノード164との間の電圧がノード166、168において出力される。第2の動作状態の間、スイッチS2、S3は閉にされ得、スイッチS1、S4は開にされ得、それによって、ノード160とノード162との間の電圧がノード166、168において出力される。
【0110】
幾つかの例において、インダクタL11、L12、L13はタップ付きインダクタを形成し得る。タップ付きインダクタは、スイッチS1、S2、S3、S4と共に、VCOとPAとの間に利得ステップを提供し得る。幾つかの例において、インダクタL11、L12、L13は、VCOコアの内部にインダクタを備えて実装され得、スイッチS1、S2、S3、S4は減衰器ステップを提供し得る。
【0111】
図10は、本開示の例示のオシレータに用いられ得る、別の例示のリアクティブ構成要素ネットワーク34を図示する概略図である。リアクティブ構成要素ネットワーク34は、キャパシタC1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、スイッチS5、S6、ノード170、172、174、176、178、180、182、184、186、188、及びタップ190、192、194、196を含む。キャパシタC1は、ノード170とノード172との間に結合される。キャパシタC2は、ノード172とノード174との間に結合される。キャパシタC3は、ノード178とノード180との間に結合される。キャパシタC4は、ノード176とノード178との間に結合される。キャパシタC5は、ノード172とノード182との間に結合される。キャパシタC6は、ノード178とノード186との間に結合される。キャパシタC7は、ノード174とノード184との間に結合される。キャパシタC8は、ノード176とノード188との間に結合される。スイッチS5は、ノード182とノード186との間に結合される。スイッチS6は、ノード184とノード188との間に結合される。タップ190はノード172に結合され、タップ192はノード174に結合され、タップ194はノード176に結合され、タップ196はノード178に結合される。
【0112】
ノード170及びノード180は、リアクティブ構成要素ネットワーク34の端部を形成し得、リアクティブ構成要素ネットワーク34の第1の差動出力に対応し得る。タップ190、196はリアクティブ構成要素ネットワーク34の第2の差動出力を形成し得、タップ192、194はリアクティブ構成要素ネットワーク34の第3の差動出力を形成し得る。
【0113】
図10に示されるように、タップ192、194は、タップ190とタップ196との間で、及びノード170とノード180との間で、リアクティブ構成要素ネットワーク34に結合される。同様に、タップ190、196は、ノード170とノード180との間で、リアクティブ構成要素ネットワーク34に結合される。そのため、ノード170とノード180との間のキャパシタンスは、(スイッチS5、S6の一方が閉にされるとき)タップ190とタップ196との間のキャパシタンスより大きく、それによって、タップ190とタップ196との間の電圧が、ノード170とノード180との間の電圧に比例するが、それより小さくなる。同様に、ノード170とノード180との間のキャパシタンスは、(スイッチS6が閉にされるとき)タップ190とタップ196との間のキャパシタンスより大きく、タップ190とタップ196との間のキャパシタンスは、(スイッチS6が閉にされるとき)タップ192とタップ194との間のキャパシタンスより大きく、それによって、タップ192とタップ194との間の電圧が、タップ190とタップ196との間の電圧及びノード170とノード180との間の電圧に比例するが、それらより小さくなる。
【0114】
図11は、本開示に従った、図10の例示のリアクティブ構成要素ネットワーク34を組み込む例示のオシレータ12を図示する概略図である。オシレータ12は、トランジスタ198、200、インダクタL14、L15、接地レール202、高電圧レール204、ノード206、及び図10に示されるリアクティブ構成要素ネットワーク34を含む。トランジスタ198のソースが接地レール202に結合される。トランジスタ198のドレインが、ノード170に及びトランジスタ200のゲートに結合される。トランジスタ198のゲートが、ノード180に及びトランジスタ200のドレインに結合される。トランジスタ200のソースが接地レール202に結合される。トランジスタ200のドレインが、ノード180に及びトランジスタ198のゲートに結合される。トランジスタ200のゲートが、ノード170に及びトランジスタ198のドレインに結合される。インダクタL14は、ノード170とノード206との間に結合される。インダクタL15は、ノード206とノード180との間に結合される。ノード206は高電圧レール204に結合される。
【0115】
トランジスタ198、200はクロス結合トランジスタの例であり得、クロス結合トランジスタの出力がノード36、38に結合される。スイッチS5、S6は、制御回路に結合される制御入力を含む。図11において、スイッチS5、S6の一方が閉にされるとき、ノード170とノード180との間のキャパシタンスは、オシレータ12のノード170とノード180との間に直列に結合される1つ又は複数のキャパシタの構成の例であり得る。
【0116】
動作の間、トランジスタ198、200は各々、リアクティブ負荷を備える共通ソース増幅器として動作し得る。キャパシタC1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、及びインダクタL14、L15は、トランジスタ198、200に対するリアクティブ負荷の全部又は一部を形成し得る。具体的には、トランジスタ198は、トランジスタ200のドレインにおける信号を増幅し得、この信号に180度位相シフトを適用し得る。トランジスタ200は、トランジスタ198のドレインにおける信号を増幅し得、この信号に180度位相シフトを適用し得る。クロス結合オシレータによって形成されるフィードバックループは、集合的に、ノード170、180における2つの差動出力における信号を振動させ得る。インダクタL14、L15のインダクタンスは、キャパシタC1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8の1つ又は複数のキャパシタンス(及び、幾つかの例において、トランジスタ198、200における1つ又は複数の寄生キャパシタンス)と共に、オシレータ12に対する振動の周波数を制御し得る。
【0117】
スイッチS5、S6は、オシレータ12の振動周波数をプログラムするように、選択的に開閉され得る。スイッチS5、S6に対する開閉状態の任意の組み合わせは、異なる振動周波数に対応し得る。
【0118】
タップ192、194によって形成されるオシレータ12の第3の差動出力は、振動出力信号を提供し得、その振動出力信号は、タップ190、196によって形成されるオシレータ12の第2の差動出力によって提供される出力信号に比例するが、それより小さく、タップ190、196によって形成されるオシレータ12の第2の差動出力によって提供される出力信号は、ノード170、180によって形成されるオシレータ12の第1の差動出力によって提供される出力信号に比例するが、それより小さい。増幅するためにどの電圧を選択するかによって、電力増幅器の利得を変化させることが可能であり得る。異なる電圧の電圧レベルを出力するために、オシレータ12に含まれるリアクティブ構成要素のネットワークの1つ又は複数のタップ(例えば、キャパシタC1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8)を用いることにより、電力増幅器において又は集積回路の外部に、付加的なリアクティブ構成要素を必要とすることなく、電力増幅器の利得を変化させることができる。このようにして、相対的に少ない数の構成要素を用いて、可変利得の、相対的に低電力増幅器が得られ得る。
【0119】
図12は、本開示の例示のオシレータにおいて用いられ得る、別の例示のリアクティブ構成要素ネットワーク208を図示する概略図である。リアクティブ構成要素ネットワーク208は、キャパシタC9、C10、C11、C12、C13、C14、スイッチS7、S8、S9、S10、及びノード210、212、214、216、218、220を含む。キャパシタC9は、ノード210とノード212との間に結合される。キャパシタC10は、ノード212とノード214との間に結合される。キャパシタC11は、ノード216とノード218との間に結合される。キャパシタC12は、ノード218とノード220との間に結合される。キャパシタC13は、スイッチS7とスイッチS8との間に結合される。キャパシタC14は、スイッチS9とスイッチS10との間に結合される。スイッチS7は、キャパシタC13とノード212との間に結合される。スイッチS8は、キャパシタC13とノード218との間に結合される。スイッチS9は、キャパシタC14とノード212との間に結合される。スイッチS10は、キャパシタC14とノード218との間に結合される。
【0120】
幾つかの例において、図12におけるリアクティブ構成要素ネットワーク208は、本開示のコース利得制御回路において用いられ得る容量減衰回路を実装し得る。容量減衰回路は、トランスミッタにおいて、VCOと電力増幅器との間に利得を提供し得る。幾つかの例において、リアクティブ構成要素ネットワーク208は、VCOコアの内部のキャパシタと組み合わせられ得、スイッチS7、S8、S9、S10は、減衰器ステップを提供し得る。
【0121】
図13は、本開示の電力増幅器において用いられ得る例示の増幅器段230を図示する概略図である。増幅器段230は、トランジスタ232、234、236、238、調整可能なLDO240、抵抗器242、244、246、248、バイアス抵抗器250、252、調整可能な抵抗254、256、キャパシタ258、260、接地レール262、及びノード264、266、268、270、272、274、276、278を含む。
【0122】
トランジスタ232は、抵抗器242とノード268との間に結合される。具体的には、トランジスタ232のソースが抵抗器242に結合され、トランジスタ232のドレインがノード268に結合される。トランジスタ232のゲートがノード276に結合される。トランジスタ234は、抵抗器246とノード268との間に結合される。具体的には、トランジスタ234のソースが抵抗器246に結合され、トランジスタ234のドレインがノード268に結合される。トランジスタ234のゲートがノード276に結合される。
【0123】
トランジスタ236は、抵抗器244とノード270との間に結合される。具体的には、トランジスタ236のソースが抵抗器244に結合され、トランジスタ236のドレインがノード270に結合される。トランジスタ236のゲートがノード278に結合される。トランジスタ238は、抵抗器248とノード270との間に結合される。具体的には、トランジスタ238のソースが抵抗器248に結合され、トランジスタ238のドレインがノード270に結合される。トランジスタ238のゲートがノード278に結合される。
【0124】
抵抗器242は、トランジスタ232とノード272との間に結合される。抵抗器244は、トランジスタ236とノード272との間に結合される。抵抗器246は、トランジスタ234とノード274との間に結合される。抵抗器248は、トランジスタ238とノード274との間に結合される。バイアス抵抗器250は、ノード268とノード276との間に結合される。バイアス抵抗器252は、ノード270とノード278との間に結合される。
【0125】
調整可能な抵抗254は、調整可能なLDO240の出力とノード272との間に結合される。調整可能な抵抗256は、ノード274と接地レール262との間に結合される。キャパシタ258は、ノード264とノード276との間に結合される。キャパシタ260は、ノード266とノード278との間に結合される。
【0126】
トランジスタ232、234及びバイアス抵抗器250は、第1の自己バイアス増幅器(例えば、自己バイアスインバータ)を形成する。トランジスタ236、238及びバイアス抵抗器252は、第2の自己バイアス増幅器(例えば、自己バイアスインバータ)を形成する。トランジスタ232、234、236、238及びバイアス抵抗器250、252は共に、差動自己バイアス増幅器(例えば、差動自己バイアスインバータ)を形成する。
【0127】
ノード264、266は増幅器段230に対する差動入力を形成し得、ノード268、270は、増幅器段230に対する差動出力を形成し得る。具体的には、ノード264は非反転入力を形成し得、ノード266は反転入力を形成し得る。同様に、ノード268は非反転出力を形成し得、ノード270は反転出力を形成し得る。
【0128】
図13に示されるように、増幅器段230は、(1)電力レール(例えば、調整可能なLDO240の出力に結合されるリード)、調整可能な抵抗254、(2)調整可能な抵抗254を介して電力レールに結合される第1の自己バイアスインバータ(例えば、トランジスタ232、234、及び抵抗器250)、及び(3)調整可能な抵抗254を介して電力レール(例えば、調整可能なLDO240の出力)に結合される第2の自己バイアスインバータ(例えば、トランジスタ236、238、及び抵抗器252)を含む。電力レールは、例えば、調整可能なLDO240等の調整可能な電源に結合される。増幅器段230は更に、調整可能な抵抗256を含む。第1の自己バイアスインバータ(例えば、トランジスタ232、234、及び抵抗器250)は、調整可能な抵抗256を介して接地レール262に結合され、第2の自己バイアスインバータ(例えば、トランジスタ236、238、及び抵抗器252)は、調整可能な抵抗256を介して接地レール262に結合される。
【0129】
第1の自己バイアスインバータは、入力(例えば、ノード276)、出力(例えば、ノード268)、及び第1の自己バイアスインバータの入力と出力との間に結合されるバイアス抵抗器250を含む。第2の自己バイアスインバータは、入力(例えば、ノード278)、出力(例えば、ノード270)、及び第2の自己バイアスインバータの入力と出力との間に結合されるバイアス抵抗器252を含む。
【0130】
動作の間、バイアス抵抗器250、252は、自己バイアスインバータを、調整可能なLDO240によって出力される電圧と接地との間のおよそ中間である電圧でバイアスする。キャパシタ258、260は、ノード264、266において受け取られる直流(DC)及びその他の低周波数信号成分をフィルタリング除去する。トランジスタ232、234、236、238によって形成される増幅器は、キャパシタ258、260から受信されたフィルタリングされた入力信号を増幅し、増幅された信号をノード268、270において出力する。
【0131】
幾つかの例において、増幅器段230は、自己バイアスAB級PA段を実装し得る。調整可能な抵抗254、256はPA段の電流消費を制御し得、及びVCOからの第2の高調波音の拒絶を提供し得、一方、抵抗器242、244、246、248は、付加的な高調波が実質的に生成されないように、段に対して線形性を提供し得る。
【0132】
幾つかの例において、調整可能な抵抗254、256にコース利得制御が結合され得、調整可能なLDO240にファイン利得制御が結合され得る。付加的な例において、調整可能なLDO240は、可変ではない固定電力供給とし得る。
【0133】
調整可能な抵抗254、256の抵抗を増加させることは、増幅器段230の偶数次高調波抑圧を増加させ得るが、増幅器段230の利得を低減させ得る。調整可能な抵抗254、256の抵抗を低減させることは、反対の効果を有し得る。そのため、調整可能な抵抗254、256を図13において図示される箇所に置くことによって、偶数次高調波抑圧と増幅器利得との間のトレードオフが、増幅器段230において動的に調整及び均衡され得る。
【0134】
図14は、本開示の電力増幅器において用いられ得る、別の例示の増幅器段280を図示する概略図である。増幅器段280は、トランジスタ282、284、調整可能なLDO286、スイッチ288、290、292、294、296、バイアス抵抗器298、300、302、キャパシタ304、306、接地レール308、及びノード310、312、314、316、318、320、322、324、326、328を含む。
【0135】
トランジスタ282は、調整可能なLDO286とノード320との間に結合される。具体的には、トランジスタ282のソースが、調整可能なLDO286の出力に結合され、トランジスタ282のドレインがノード320に結合される。トランジスタ282のゲートがノード312に結合される。トランジスタ284は、ノード320と接地レール308との間に結合される。具体的には、トランジスタ284のソースが接地レール308に結合され、トランジスタ284のドレインがノード320に結合される。トランジスタ284のゲートがノード314に結合される。
【0136】
スイッチ288は、ノード312とノード324との間に結合される。スイッチ290は、ノード312とノード316との間に結合される。スイッチ292は、ノード316とノード318との間に結合される。スイッチ294は、ノード316とノード314との間に結合される。スイッチ296は、ノード314とノード326との間に結合される。バイアス抵抗器298は、ノード318とノード320との間に結合される。バイアス抵抗器300は、ノード322とノード324との間に結合される。バイアス抵抗器302は、ノード326とノード328との間に結合される。キャパシタ304は、ノード310とノード312との間に結合される。キャパシタ306は、ノード310とノード314との間に結合される。ノード322は、第1のバイアス電圧源(V_BIAS_P)に結合され、ノード328は第2のバイアス電圧源(V_BIAS_N)に結合される。
【0137】
スイッチ290、292、294が閉にされるとき、トランジスタ282、284、及びバイアス抵抗器298は、自己バイアス増幅器(例えば、自己バイアスインバータ)を形成する。ノード310は増幅器段280に対する入力を形成し得、ノード320は増幅器段280に対する出力を形成し得る。
【0138】
図14に示されるように、増幅器段280は、(1)トランジスタ282及びトランジスタ284を有するインバータ、(2)インバータの出力(例えば、ノード320)に結合されるバイアス抵抗器298、(3)第1のバイアス電圧源(V_BIAS_P)、(4)第2のバイアス電圧源(V_BIAS_N)、(5)バイアス抵抗器298とトランジスタ282のゲートとの間に結合されるスイッチ290、(6)第1のバイアス電圧源(V_BIAS_P)とトランジスタ282のゲートとの間に結合されるスイッチ288、(7)バイアス抵抗器298とトランジスタ284のゲートとの間に結合されるスイッチ294、及び(8)第2のバイアス電圧源(V_BIAS_N)とトランジスタ284のゲートとの間に結合されるスイッチ296を含む。増幅器段280は制御ユニット(図示されない)を含み得、制御ユニットは、スイッチ288、290、292、294、296に結合され、増幅器段280を自己バイアス動作モードと非線形動作モードとの間で切り替えるように構成される。
【0139】
自己バイアス動作モードの間、スイッチ290、292、294は閉であり、スイッチ288、296は開である。バイアス抵抗器298は、トランジスタ282、284によって形成されるインバータを、調整可能なLDO286によって出力される電圧と接地との間のおよそ中間の電圧でバイアスする。キャパシタ304、306は、ノード310において受け取った直流(DC)及びその他の周波数信号成分をフィルタリング除去する。トランジスタ282、284によって形成される増幅器は、ノード312、314において受信されたフィルタリングされた入力信号を増幅し、増幅された信号をノード320において出力する。
【0140】
非線形動作モードの間、スイッチ290、292、294は開であり、スイッチ288、296は閉である。第1のバイアス電圧源(V_BIAS_P)が、バイアス抵抗器300を介してトランジスタ282をバイアスする。第2のバイアス電圧源(V_BIAS_N)が、バイアス抵抗器302を介してトランジスタ284をバイアスする。キャパシタ304、306は、ノード310において受け取った直流(DC)及びその他の周波数信号成分をフィルタリング除去する。トランジスタ282、284によって形成される増幅器は、ノード312、314において受信されたフィルタリングされた入力信号を増幅し、増幅された信号をノード320において出力する。
【0141】
上述したように、増幅器段280は、スイッチ288、290、292、294、296の構成に応じて自己バイアスモード又は非線形モードで動作し得る。自己バイアスモードは、非線形モードに比べ、一層大きい度合の線形性を提供し得るが、電力効率が一層低くなり得る。一方、非線形モードは、電力効率が一層高くなり得るが、一層小さい線形性を提供し得る。自己バイアスモード及び非線形モードで動作するように構成可能であり得る増幅器段を提供することによって、線形性と電力効率との間のトレードオフが、増幅器において動的に調整及び均衡され得る。
【0142】
図15は、本開示の電力増幅器において用いられ得る、別の例示の増幅器段330を図示する概略図である。増幅器段330は、(1)抵抗器242、244、246、248、及び調整可能な抵抗254、256が省かれていること、及び(2)トランジスタ232、234及びトランジスタ236、238が、別々に調整可能なLDO240に結合されていることを除くと、図13に図示される増幅器段230に類似している。図13図15との間で同一又は類似の構成要素には、同じ参照番号が付されている。図15に示されるように、トランジスタ232のソースが、介在する抵抗無しで、調整可能なLDO240の第1の出力に直接結合され、トランジスタ236のソースが、介在する抵抗無しで、調整可能なLDO240の第2の出力に直接結合される。
【0143】
図16は、本開示に従った別の例示のトランスミッタ340を図示するブロック図である。トランスミッタ340は、図16におけるトランスミッタ340が、選択回路60の代わりにコース利得制御回路342を含むことを除くと、図4に示されるトランスミッタ10に類似している。図4図16との間で同一又は類似の構成要素には、同じ参照番号が付されている。
【0144】
コース利得制御回路342の第1の入力が、接続20を介してオシレータ12の第1の出力に結合される。コース利得制御回路342の第2の入力が、接続22を介してオシレータ12の第2の出力に結合される。コース利得制御回路342の出力が、接続70を介して増幅器段62の入力に結合される。コース利得制御回路342の制御入力が、利得制御Aリード78に結合される。
【0145】
コース利得制御回路342は、接続20、22を介して受信される信号を減衰するように構成される1つ又は複数の受動減衰回路(例えば、リアクティブ構成要素)を含み得る。受動減衰回路は、容量減衰回路及び/又は誘導減衰回路を含み得る。受動減衰回路は、回路の利得又は減衰のレベルが変化され得る(例えば、出力信号を生成するためにタップの異なる組み合わせを選択する)可変利得受動減衰回路(例えば、複数のタップを備えるリアクティブ構成要素のネットワーク)であり得る。例示の容量減衰回路が、図10及び図12に図示されている。例示の誘導減衰回路が、図6図8、及び図9に図示されている。
【0146】
コース利得制御回路342は、接続20、22を介して受信された信号の1つを選択し得、減衰された信号を接続70において生成するように、1つ又は複数の受動減衰回路を用いて信号を減衰させ得る。コース利得制御回路342は、利得制御A信号に基づいて、信号のどれを選択するかを決定し得る。受動減衰回路が可変利得受動減衰回路である場合、コース利得制御回路342は、利得制御A信号に基づいて、受動減衰回路が信号をどの程度減衰するべきかを決定し得る。幾つかの例において、利得制御A信号は、選択する信号を決定する第1の構成要素、及び受動減衰器が信号を減衰する量を決定する第2の構成要素を含み得る。
【0147】
図17は、本開示に従った別の例示のトランスミッタ350を図示するブロック図である。トランスミッタ350は、(1)図17におけるトランスミッタ350が、図16に示されるようなデュアル入力コース利得制御回路342の代わりにシングル入力コース利得制御回路352を含むこと、及び(2)オシレータ12がシングル出力オシレータ12であることを除くと、図16に示されるトランスミッタ340に類似し得る。図16図17との間で同一又は類似の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【0148】
コース利得制御回路352の入力が、接続354を介してオシレータ12の出力に結合される。コース利得制御回路352の出力が、接続70を介して増幅器段62の入力に結合される。コース利得制御回路352の制御入力が利得制御Aリード78に結合される。
【0149】
コース利得制御回路352は、接続354を介して受信された信号を減衰するように構成される1つ又は複数の受動減衰回路(例えば、リアクティブ構成要素)を含み得る。受動減衰回路は、図16におけるコース利得制御回路342に関連して上述した受動減衰回路のうちの任意のものを含み得る。
【0150】
コース利得制御回路352は、接続70において減衰された信号を生成するため、接続354を介して受信された信号を1つ又は複数の受動減衰回路を用いて減衰し得る。受動減衰回路が可変利得受動減衰回路である場合、コース利得制御回路352は、受動減衰回路が、利得制御A信号に基づいて、信号をどの程度減衰するべきかを決定し得る。
【0151】
図17は、全体的なトランスミッタアーキテクチャを図示する。コース利得制御回路352は、タップ付きインダクタ、容量減衰器、又はバイパスであり得る。コース利得制御回路352の要素は、幾つかの例において、VCO位相ノイズのいかなる劣化も提供しない可能性がある。増幅器段62、64は、幾つかの例において、電流消費の実質的に全てを信号処理及び増幅に対して従事させるために、自己バイアス増幅器を用い得る。制御回路は、LDO(例えば、調整可能な電力供給66、68)からの電力供給を変化させることによって増幅器段62、64の出力信号スイングをプログラミングし得る。制御回路が、出力電力に対して広範なプログラミング範囲を網羅するように、増幅器段62、64の各々の段を対応するLDOによってプログラミングし得る。電力消費を改善するために相対的に望ましい動作ポイントにおいてLDOをプログラミングすることによって省電力化が得られ得る。例えば、コース利得制御回路352は、VCO信号に対して減衰を提供し得、その後、有意に一層小さい振幅の信号を処理するためにLDO設定が一層小さくされ得る。各LDOは、幾つかの例において、PA構造に対する基準電圧を得るために、レプリカ回路を用い得る。同様の原理が本開示の他の増幅器アーキテクチャに適用され得る。
【0152】
幾つかの例において、コース利得制御回路352は、(a)VCOキャパシタアレイからの容量減衰、(b)VCOインダクタからの対称タッピングポイントを用いることによるタップ付きインダクタ、又は(c)シンプルなバイパス、を用いることにより、少なくとも部分的に実装され得る。
【0153】
図18は、本開示に従った別の例示のトランスミッタ360を図示するブロック図である。トランスミッタ360は、図18のトランスミッタ360が、コース利得制御回路362、364、及び利得制御リード366、368を更に含むことを除くと、図5に示されるトランスミッタ10に類似し得る。図5図18との間で同一又は類似の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【0154】
コース利得制御回路362の入力が、接続20を介してオシレータ12の第1の出力に結合される。コース利得制御回路364の入力が、接続22を介してオシレータ12の第2の出力に結合される。コース利得制御回路362の出力が、リード370を介して増幅器段84の入力に結合される。コース利得制御回路364の出力が、リード372を介して増幅器段88の入力に結合される。コース利得制御回路362の制御入力が利得制御リードD366に結合される。コース利得制御回路364の制御入力が利得制御リードE368に結合される。
【0155】
コース利得制御回路362、364は、接続20、22を介して受信された信号を減衰するように構成される、1つ又は複数の受動減衰回路(例えば、リアクティブ構成要素)を含み得る。受動減衰回路は、図16におけるコース利得制御回路342に関して上述された受動減衰回路の任意のものを含み得る。
【0156】
コース利得制御回路362は、接続20を介して受信された信号を1つ又は複数の受動減衰回路を用いて減衰し得、減衰された信号をリード370において出力し得る。受動減衰回路が可変利得受動減衰回路である場合、コース利得制御回路362は、利得制御リードD366を介して受信された利得制御信号に基づいて、受動減衰回路が信号をどの程度減衰するべきかを決定し得る。
【0157】
コース利得制御回路364は、接続22を介して受信された信号を1つ又は複数の受動減衰回路を用いて減衰し得、減衰された信号をリード372において出力し得る。受動減衰回路が可変利得受動減衰回路である場合、コース利得制御回路364は、利得制御リードE368を介して受信された利得制御信号に基づいて、受動減衰回路が信号をどの程度減衰するべきかを決定し得る。
【0158】
図19は、本開示に従った別の例示のトランスミッタ380を図示するブロック図である。トランスミッタ380は、(1)図19におけるトランスミッタ380が、図18に示されるようなデュアル入力電力増幅器14の代わりにシングル入力電力増幅器14を含むこと、(2)オシレータ12がシングル出力オシレータ12であること、及び(3)コース利得制御回路362、364の両方の入力が接続382を介してオシレータ12のシングル出力に結合されることを除くと、図18に示されるトランスミッタ360に類似し得る。図18図19との間で同一又は類似の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【0159】
図20は、本開示に従った別の例示のトランスミッタ390を図示するブロック図である。トランスミッタ390は、(1)図20における電力増幅器14から選択回路60及び利得制御Aリード78が省かれていること、及び(2)増幅器段62の入力が接続392を介してオシレータ12の出力に直接的に結合されることを除くと、図4に示されるトランスミッタ10に類似し得る。図4図20との間で同一又は類似の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【0160】
例えば図4及び図20に示されるように、電力増幅器14は、(1)入力及び出力を有する増幅器段62、(2)増幅器段62の出力に結合される入力を有する増幅器段64、及び(3)出力を含む。電力増幅器14は更に、(1)増幅器段62に結合される第1の調整可能な電力供給(例えば、調整可能な電源66)、及び(2)増幅器段64に結合される第2の調整可能な電力供給(例えば、調整可能な電源68)を含む。幾つかの例において、第1及び第2の調整可能な電力供給は、プログラム可能なLDO及び/又は調整可能なLDOであり得る。
【0161】
幾つかの例において、集積回路が、1つ又は複数のリアクティブ構成要素(例えば、リアクティブ構成要素ネットワーク34)を有する電圧制御オシレータ(VCO)(例えば、オシレータ12)を含む。集積回路は更に、VCOに結合されるプログラム可能受動減衰回路(例えば、リアクティブ構成要素ネットワーク34、選択回路60、リアクティブ構成要素及びスイッチング回路156、コース利得制御回路342、コース利得制御回路352、コース利得制御回路362、364)を含む。プログラム可能受動減衰回路は、VCOに含まれる1つ又は複数のリアクティブ構成要素(例えば、リアクティブ構成要素ネットワーク34)の少なくとも一部を含む。集積回路は更に、プログラム可能受動減衰回路に結合される電力増幅器(例えば、電力増幅器14)を含む。
【0162】
幾つかの例において、プログラム可能受動減衰回路は誘導減衰器である。そのような例において、1つ又は複数のリアクティブ構成要素の一部は、幾つかの例において、1つ又は複数のタップ付きインダクタを含み得る。更なる例において、プログラム可能受動減衰回路は容量減衰器を形成する。そのような例において、1つ又は複数のリアクティブ構成要素は、幾つかの例において、1つ又は複数のキャパシタを含み得る。
【0163】
幾つかの例において、電力増幅器は、第1の電力源、第2の電力源、第1の電力源に結合される第1の増幅器段、及び第2の電力源に結合される第2の増幅器段を含む。そのような例において、第1及び第2の電力源は、プログラム可能電力源、例えばプログラム可能なLDO、であり得る。
【0164】
図21は、本開示に従った、信号の電力を増幅する例示の手法を図示するフローチャートである。図21に示される手法は、本開示において説明される回路の多くに実装され得る。この説明のために、図3に図示されるトランスミッタ10に関して手法を説明する。
【0165】
オシレータ12は、オシレータ12に含まれるリアクティブ構成要素ネットワーク34を用いて、第1の振動信号を生成し(400)、リード42、56を介して第1の振動信号を出力する。オシレータ12は、リアクティブ構成要素ネットワーク34に含まれる1つ又は複数のタップ(例えば、タップ40、54)を介して第2の振動信号を出力する(402)。第2の振動信号は、第1の振動信号に比例し、第1の振動信号より小さい規模を有する。
【0166】
電力増幅器14は、電力増幅された出力信号の生成に用いるために、利得制御に基づいて、第1及び第2の振動信号の一方を選択する(404)。電力増幅器14は、第1及び第2の振動信号の選択された一方に基づいて、電力増幅された出力信号を生成する(406)。
【0167】
幾つかの例(例えば、図4)において、電力増幅器14は、選択された振動信号を生成するために、第1及び第2の振動信号の一方を選択し得、電力増幅された出力信号を生成するために、選択された振動信号を増幅し得る。そのような例において、電力増幅器14は、幾つかの例において、調整可能な低ドロップアウトレギュレータ(LDO)によって決定される利得を用いて、選択された振動信号を増幅し得る。
【0168】
更なる例(例えば、図5)において、電力増幅器14は、第1の電力増幅された信号を生成するために第1の振動信号を増幅し得、第2の電力増幅された信号を生成するために第2の振動信号を増幅し得、選択された電力増幅された信号を生成するために、第1及び第2の電力増幅された信号の一方を選択し得、選択された電力増幅された信号を電力増幅された出力信号として出力し得る。そのような例において、電力増幅器14は、幾つかの例において、調整可能な低ドロップアウトレギュレータ(LDO)によって決定される利得を用いて第1の振動信号を増幅し、調整可能なLDOによって決定される利得を用いて第2の振動信号を増幅する。
【0169】
本開示は、低電力無線に対する低電力電力増幅器(PA)アーキテクチャを実現するために用いられ得る、種々の電力増幅器構成を説明する。本開示の手法は、外部部品構成表(external bill of materials)を節約するように、低減された量の外部構成要素を備える低電力で高効率の電力増幅器を実現するアーキテクチャを提供し得る。本開示において説明される低電力PAは、幾つかの例において、(a)高効率、(b)低い帯域外高調波コンテンツ(contents)、及び(c)利得制御を有し得る。これらの特性は、幾つかの例において、相対的に低い量の電流消費を用いて実現され得る。本開示は、種々の自己バイアス送信PA(TXPA)構成を提供する。本開示において説明されるPAアーキテクチャは、幾つかの例において、利得制御に対して、相対的に低面積実装スキームを提供し得る。
【0170】
幾つかの例において、電力増幅器14のアーキテクチャは、多段アーキテクチャであり得る。幾つかの例において、多段アーキテクチャの第1段(例えば、増幅器段62)は、図13に図示される増幅器段230に対応し得る。そのような例において、第2段(例えば、増幅器段64)に対して用いられるアーキテクチャは、図13と同じ構成を用い得るが、抵抗器242、244、246、248及び調整可能な抵抗254、256を備えない(即ち、それらの抵抗器の抵抗値は0に等しい)。このようにして、第2の増幅器段は、外部構成要素の性質(それぞれ、シングルエンド又は差動)に応じて、シングルエンドか又は差動増幅器のいずれかに構成され得る。
【0171】
効率を更に増大するために、第2の増幅器段は、図14に図示されるように、効率を高めるために、調整可能なLDOに加えて、プログラム可能ゲートバイアスを含み得る。スイッチは、幾つかの例において、最小サイズの金属酸化物半導体(MOS)トランジスタを用いることによって実現され得る。図14における増幅器段280は、(a)自己バイアスAB級アーキテクチャモード、及び(b)非線形タイプの増幅器モードの2つの異なるモードに構成され得る。
【0172】
増幅器段280を自己バイアスAB級アーキテクチャモードに構成するために、制御回路は、スイッチ290、292、294を閉にし得、スイッチ288、296を開にし得る。このケースでは、自己バイアスすることがバイアス抵抗器298を介して可能にされ、調整可能なLDO286は、所望により、増加された効率及び線形性を提供するようにプログラムされ得る。
【0173】
増幅器段280を、自己バイアスAB級アーキテクチャモードに構成するために、制御回路は、スイッチ290、292、294を開にし得、スイッチ288、296を閉にし得、別個のバイアス電圧源(V_BIAS_P、V_BIAS_N)を介して、各トランジスタを個別にバイアスし得る。増幅器段280の出力は、出力におけるDCレベルが、電圧範囲のおよそ中間にあることを確実にするように、内蔵キャリブレーションを用いて監視され得る。
【0174】
図22は、本開示の例示のオシレータにおいて用いられ得る例示のリアクティブ構成要素ネットワーク410を図示する概略図である。リアクティブ構成要素ネットワーク410は、インダクタL16、L17、L18、L19、L20、L21、及びノード412、414、416、418、420、422、424、426を含む。
【0175】
インダクタL16は、ノード412とノード414との間に結合される。インダクタL17は、ノード414とノード416との間に結合される。インダクタL18は、ノード416とノード418との間に結合される。インダクタL19は、ノード420とノード422との間に結合される。インダクタL20は、ノード422とノード424との間に結合される。インダクタL21は、ノード424とノード426との間に結合される。1つ又は複数のノード412、414、416、418、420、422、424、426にタップが結合され得る。
【0176】
インダクタL16はインダクタL19に磁気的に結合される。インダクタL17は、インダクタL20に磁気的に結合される。インダクタL18は、インダクタL21に磁気的に結合される。幾つかの例において、インダクタL16、L19は変圧器であり得、インダクタL17、L20は変圧器であり得、及び/又はインダクタL18、L21は変圧器であり得る。
【0177】
ノード412、414に結合されるタップは第1の差動出力(VCO+、VCO−)を形成し得る。ノード414、416に結合されるタップは第2の差動出力(PA1+、PA1−)を形成し得る。ノード420、426に結合されるタップは、第3の差動出力(PA2+、PA2−)を形成し得る。ノード422、424に結合されるタップは第4の差動出力(PA3+、PA3−)を形成し得る。差動出力の1つ又は複数が、電力増幅器の対応する入力に結合され得る。
【0178】
幾つかの例において、ノード420、426は、それぞれ、図2及び図3におけるノード36、38に対応し得る。更なる例において、ノード412、414は、それぞれ、図2及び図3におけるノード36、38に対応し得る。
【0179】
幾つかの例において、リアクティブ構成要素ネットワーク410は、図2及び図3に示されるリアクティブ構成要素ネットワーク34に対応し得る。そのような例において、リアクティブ構成要素ネットワーク410は、1つ又は複数のリアクティブ構成要素の少なくとも2つのチェーンを含み得、リアクティブ構成要素のチェーンの各々は、直列に結合される1つ又は複数のリアクティブ構成要素を含む(例えば、インダクタL16、L17、L18によって形成される第1のチェーン、及びインダクタL19、L20、L21によって形成される第2のチェーン)。リアクティブ構成要素の少なくとも2つのチェーンは、互いに、誘導的に結合(又は磁気的に結合)され得る。例えば、リアクティブ構成要素の第1のチェーンにおける1つ又は複数のリアクティブ構成要素は、リアクティブ構成要素の第2のチェーンにおける1つ又は複数のリアクティブ構成要素に誘導的に結合(又は磁気的に結合)され得る。1つ又は複数のタップが、1つ又は複数の差動出力を形成するように、リアクティブ構成要素の第1のチェーン及び/又はリアクティブ構成要素の第2のチェーンに結合され得る。
【0180】
幾つかの例において、リアクティブ構成要素の第1のチェーンは、オシレータの能動回路要素に電気的に結合され得、リアクティブ構成要素の第2のチェーンは、リアクティブ構成要素の第1のチェーンに誘導的に結合され得る。この例の幾つかの実装において、第1の差動出力が、リアクティブ構成要素の第1のチェーンに結合されるタップを介して形成され得、第2の差動出力が、リアクティブ構成要素の第2のチェーンに結合されるタップを介して形成され得る。この例の更なる実装において、少なくとも2つの差動出力が、リアクティブ構成要素の第1のチェーンに結合されるタップを介して形成され得る。第1の例の付加的な実装において、少なくとも2つの差動出力が、リアクティブ構成要素の第2のチェーンに結合されるタップを介して形成され得る。
【0181】
幾つかの例において、インダクタL162及びインダクタL18のインダクタンスは互いに等しくされ得、インダクタL19、L20、L21のインダクタンスは、互いに等しくされ得る。付加的な例において、インダクタL17のインダクタンスは、第1のインダクタンス値に等しくされ得、インダクタL16、L18の各々のインダクタンスは、第2のインダクタンス値に等しくされ得、インダクタL19、L20、L21の各々のインダクタンスは、第3のインダクタンス値に等しくされ得る。
【0182】
タップ付きインダクタ(直接的な電気的結合を備える)及び磁気的結合(DC絶縁)の1つ又は両方を用いて、リアクティブ構成要素ネットワークが形成され得る。リアクティブ構成要素ネットワークは、異なるレベルの減衰を備える異なる出力を生成するために、1つ又は複数のコイル(インダクタ)からのタッピングを用い得る。磁気的結合は、固定(コース)ステップ減衰器を実装し得る。
【0183】
幾つかの例において、減衰の量は、プロセス不変である2つの類似する量の間の比に対応し得るという事実によって、本開示のリアクティブ構成要素におけるコースステップ減衰はプロセス不変であり得る。更なる例において、コースステップ減衰は、周波数独立信号スケーリングを提供し得る。例えば、VCOが2.4GHz対3.0GHzで振動する場合、本開示のコース利得制御手法は、そのような例において、同じ信号減衰を提供する。
【0184】
図23は、本開示の例示のオシレータにおいて用いられ得る、例示のリアクティブ構成要素ネットワーク430を図示する概略図である。リアクティブ構成要素ネットワーク430は、キャパシタC15、C16、C17、及びノード432、434、436、438を含む。
【0185】
キャパシタC15は、ノード432とノード434との間に結合される。キャパシタC16は、ノード434とノード436との間に結合される。キャパシタC17は、ノード436とノード438との間に結合される。ノード432、434、436、438の1つ又は複数にタップが結合され得る。
【0186】
ノード432、438に結合されるタップは、第1の差動出力(VCO+、VCO−)を形成し得る。ノード434、436に結合されるタップは、第2の差動出力(PA+、PA−)を形成し得る。図23は、直列に接続される複数のキャパシタを用いてタッピングが実施され得、信号が、電力増幅器とインタフェースするためにリアクティブ構成要素ネットワークから対称的に取り出され得る構成を図示する。
【0187】
図23の例示の構成におけるキャパシタC15、C16、C17の各々は可変キャパシタンスである。別の例において、キャパシタC15、C16、C17の全ては固定キャパシタンスであり得る。或いは、キャパシタC15、C16、C17の幾つかが可変キャパシタンスであり得、キャパシタC15、C16、C17の幾つかが固定キャパシタンスであり得る。幾つかの例において、可変キャパシタンスは電圧制御され得る。幾つかの例において、キャパシタC15、C17のキャパシタンスは互いに等しくされ得、キャパシタC16のキャパシタンスは、キャパシタC15、C17のキャパシタンスとは異なり得る。
【0188】
キャパシタC15、C16、C17が固定キャパシタンスである例において、リアクティブ構成要素ネットワーク430は、一定の減衰ファクタを提供し得る。キャパシタC15、C16、C17が電圧制御された可変キャパシタンスである幾つかの実装において、キャパシタC15、C16、C17の全てが、同じ制御電圧によってプログラムされ得、その場合、一定の減衰が達成され得、VCOの中央周波数は、キャパシタの同じセットにより変えられ得る。キャパシタC15、C16、C17が電圧制御された可変キャパシタンスである付加的な実装において、キャパシタC15、C16、C17が、異なる電圧に対してプログラムされ得る。例えば、キャパシタC15、C17のキャパシタンス(C0)は第1の電圧(V0)によってプログラムされ得、キャパシタC16のキャパシタンス(C1)は、第2の電圧(V1)によってプログラムされ得る。そのような実装において、C0及びC1の両方は、周波数制御に関与し得、V1とは異なる方式でV0を変化させることによって、可変減衰器ステップ(コース利得制御に加えてファイン制御)が達成され得る。
【0189】
超低電力トランシーバは、全体的システム電力の低減のために、複数の利得ステップを備える低電力PAを用い得る。最小数の外部構成要素を用いて、そのようなレシーバを実装することが望まれ得る。
【0190】
本開示は、幾つかの例において低電力PAを達成するための種々の手法を説明する。第1の手法に従って、AB級スタイルの2段PAアーキテクチャが電力増幅のために用いられ得、各段は、別個のLDOを介して独立してプログラムされ得る。第2の手法に従って、コース利得ステップが容量減衰器を用いて得られ得、ファイン利得ステップがLDOを介して提供され得る。この手法は利得ステップの設計を簡素化し得る。第3の手法に従って、コース利得ステップが、タップ付きインダクタ(例えば、自動変圧器)を用いて得られる。タップ付きインダクタは、幾つかのケースにおいて、付加的な電力及び面積を一切消費しない可能性がある。ファイン利得ステップがLDOを用いて実施され得る。
【0191】
幾つかのケースでは、タップ付きインダクタ及び/又は容量減衰器によって提供されるコース利得ステップのため、LDOは利得ステップの全範囲を網羅する必要がない可能性がある。これは、電力消費及びその結果の増幅器の面積を低減し得る。幾つかの例において、2段PAによってVCOに提供される有限隔離を補償するために、周波数ドリフトに対するオンチップ較正手法が用いられ得る。
【0192】
幾つかの例において、コース利得制御及びファイン利得制御は、プログラム可能なLDOによって提供され得る。更なる例において、コース利得制御は容量減衰器を用いて提供され得、ファイン利得制御はLDOを用いて提供され得る。付加的な例において、コース利得制御は自動変圧器を用いて提供され得、ファイン利得制御はLDOを用いて提供され得る。
【0193】
本開示の手法は、幾つかの例において、AB級PAアーキテクチャを用い得る。これは、幾つかの例において、1つの無線周波数(RF)ピンのみを用い、少ない外部部品を用いる動作を可能にし得る。幾つかの例において、ディジェネレーション(degeneration)が用いられず、それによって、電流消費が低減され、電力効率が良好になる。更なる例において、種々の段が、相対的にシンプルな設計を用いて自己バイアスされ、利得は、LDOによって完全に制御され得る。付加的な例において、利得ステップは、(1)LDO制御(コース及びファインの両方)によって完全に、(2)容量減衰器(容量減衰器を用いるコースステップ、LDOを用いるファインステップ)によって部分的に、及び(3)インダクタタッピング(自動変圧器を用いるコースステップ、LDOを用いるファインステップ)によって部分的に、の1つ又は複数によって実現される。
【0194】
幾つかの例において、増幅器段は自己バイアスされ得、それにより、バイアス電流に関して一切の付加的なオーバーヘッド無しに、バイアスが生じ得る。更なる例において、利得ステップは、(1)LDOのみ、(2)LDO及び容量減衰器、(3)LDO及びタップ付きインダクタ、を用いて実装され得る。付加的な例において、本開示の手法は、独立LDOを用いる2段を用い得、これによって、効率及び高調波性能に関してアーキテクチャが再構成され得る。更なる例において、本開示の手法は、一層低い電力消費に対し、相対的に少ない数の増幅器段を用い得る。利得の変化の結果VCO周波数シフトが生じると、較正エンジンがイネーブルされ得る。
【0195】
本開示において説明される手法及び回路要素は、幾つかの例において、集積回路及び他のデバイスの1つ又は複数の任意の組み合わせ上で実装され得る。本発明の請求の範囲内で、説明された実施形態において変更が可能であり、また、他の実施形態が可能である。
図1
図2
図3
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図9
図10
図11
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図23