特開 2023-12448 負荷変調プッシュプル電力増幅器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023012448

(43)【公開日】2023-01-25

(54)【発明の名称】負荷変調プッシュプル電力増幅器

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/02 20060101AFI20230118BHJP

   H03F 3/26 20060101ALI20230118BHJP

   H03F 3/24 20060101ALI20230118BHJP

   H03F 1/32 20060101ALI20230118BHJP

【ＦＩ】

H03F1/02

H03F3/26

H03F3/24

H03F1/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022111480

(22)【出願日】2022-07-12

(31)【優先権主張番号】63/221085

(32)【優先日】2021-07-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【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

(74)【代理人】

【識別番号】100195257

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 一志

(72)【発明者】

【氏名】レフトラ、 フィリップ ジョン

(72)【発明者】

【氏名】パン、 ボ

【テーマコード（参考）】

5J500

【Ｆターム（参考）】

5J500AA01

5J500AA15

5J500AA41

5J500AC22

5J500AC36

5J500AF12

5J500AF15

5J500AH06

5J500AH10

5J500AH12

5J500AH18

5J500AH24

5J500AH26

5J500AH29

5J500AH35

5J500AH39

5J500AK53

5J500AM08

5J500AM17

5J500AM20

5J500AS14

5J500AT01

5J500AT05

5J500LV06

5J500LV07

5J500LV08

5J500MU00

5J500MU06

5J500NG01

5J500NH14

5J500NH15

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ＡＭＡＭ性能及び／又は効率を改善するプッシュプル電力増幅器を提供する。
【解決手段】電力増幅器４００は、入力信号を受信する入力部２０２と、増幅出力信号を与える出力部２１４と、当該入力部と当該出力部との間に結合されるバラン２１０と、当該バランに結合される少なくとも一つのキャパシタ２１２と、当該少なくとも一つのキャパシタに結合されて、当該少なくとも一つのキャパシタとともに、可変インピーダンスを当該バランに提示する負荷変調器４０２と、を含む。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力増幅器であって、
入力信号を受信する入力部と、
増幅出力信号を与える出力部と、
前記入力部と前記出力部との間に結合されるバランと、
前記バランに結合される少なくとも一つのキャパシタと、
前記少なくとも一つのキャパシタに結合される制御可能負荷と
を含み、
前記制御可能負荷は、前記少なくとも一つのキャパシタとともに、可変インピーダンスを前記バランに提示するように構成される、電力増幅器。

【請求項2】

前記制御可能負荷はスイッチを含む、請求項１の電力増幅器。

【請求項3】

前記スイッチはヘテロ接合バイポーラトランジスタを含む、請求項２の電力増幅器。

【請求項4】

前記入力信号を平衡信号に変換するべく構成される入力分割器と、
前記入力部と前記入力分割器との間に結合される入力駆動器と、
前記入力駆動器と前記バランとの間に結合される出力駆動器と
をさらに含む、請求項１の電力増幅器。

【請求項5】

前記入力駆動器と前記出力駆動器の間において前記入力駆動器のコレクタインピーダンスと前記出力駆動器のコレクタインピーダンスとが位相不一致となるように構成される段間整合器をさらに含む、請求項４の電力増幅器。

【請求項6】

前記制御可能負荷を増加させることによって前記電力増幅器の利得及び飽和電力が増加する、請求項５の電力増幅器。

【請求項7】

前記制御可能負荷を増加させることによって前記入力駆動器のコレクタインピーダンスが増加し、前記出力駆動器のコレクタインピーダンスが減少する、請求項６の電力増幅器。

【請求項8】

前記制御可能負荷は可変抵抗である、請求項７の電力増幅器。

【請求項9】

前記入力駆動器はカスコード増幅器を含む、請求項４の電力増幅器。

【請求項10】

前記入力駆動器はエミッタ接地増幅器を含む、請求項４の電力増幅器。

【請求項11】

前記出力駆動器はエミッタ接地増幅器を含む、請求項４の電力増幅器。

【請求項12】

前記制御可能負荷は可変抵抗である、請求項１の電力増幅器。

【請求項13】

電力増幅器を制御する方法であって、
バラン、前記バランに結合される少なくとも一つのキャパシタ、及び前記少なくとも一つのキャパシタに結合される制御可能負荷を有する電力増幅器を与えることと、
前記バランの効率を改善するべく前記制御可能負荷を変化させることと
を含む、方法。

【請求項14】

前記制御可能負荷はスイッチを含み、
前記制御可能負荷を変化させることは、前記スイッチの制御接続部に与えられる制御信号を変化させることを含む、請求項１３の方法。

【請求項15】

前記制御可能負荷は可変抵抗器を含み、
前記制御可能負荷を変化させることは、前記可変抵抗器の抵抗を変化させることを含む、請求項１４の方法。

【請求項16】

前記電力増幅器はさらに入力駆動器及び出力駆動器を含み、
前記方法はさらに、前記入力駆動器と前記出力駆動器との間に段間整合器を、前記入力駆動器のコレクタインピーダンスと前記出力駆動器のコレクタインピーダンスとが位相不一致となるように実装することを含む、請求項１４の方法。

【請求項17】

前記制御可能負荷を増加させることによって前記入力駆動器のコレクタインピーダンスが増加し、前記出力駆動器のコレクタインピーダンスが減少する、請求項１６の方法。

【請求項18】

前記制御可能負荷を増加させることは、前記制御可能負荷の抵抗を増加させることを含む、請求項１７の方法。

【請求項19】

電力増幅器システムであって、
入力信号を受信する入力部と、
増幅出力信号を与える出力部と、
前記入力部と前記出力部との間に結合されるバランと、
前記バランに結合される少なくとも一つのキャパシタと、
前記少なくとも一つのキャパシタに結合される負荷を変化させる手段と
を含む、電力増幅器システム。

【請求項20】

前記電力増幅器システムの利得と前記電力増幅器システムの飽和電力ポイントとを同時に増加させる手段をさらに含む、請求項１９の電力増幅器システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は、２０２１年７月１３日に出願された「負荷変調プッシュプル電力増幅器」との名称の米国仮出願第６３／２２１，０８５号の、米国特許法第１１９条（ｅ）による優先権を主張し、その全体が参照によりここに組み入れられる。

【0002】

本開示に係る少なくとも一つ例は一般に、電力増幅器に関する。

【背景技術】

【0003】

移動セルラーデバイスのような電子デバイスが、他の電子デバイスと情報を交換し得る。移動セルラーデバイスは、信号を送受信するアンテナを含み得る。移動セルラーデバイスは、アンテナを介して送受信される信号を処理するべく付加的なコンポーネント及び回路を含み得る。例えば、移動セルラーデバイスは、アンテナを介して送受信される信号を増幅する一以上の電力増幅器を含み得る。

【発明の概要】

【0004】

本開示の少なくとも一つの側面によれば、入力信号を受信する入力部と、増幅出力信号を与える出力部と、当該入力部と当該出力部との間に結合されるバランと、当該バランに結合される少なくとも一つのキャパシタと、当該少なくとも一つのキャパシタに結合されて、当該少なくとも一つのキャパシタとともに、可変インピーダンスを当該バランに提示するべく構成される制御可能負荷とを含む電力増幅器が与えられる。

【0005】

様々な例において、制御可能負荷はスイッチを含む。少なくとも一つの例において、スイッチはヘテロ接合バイポーラトランジスタを含む。いくつかの例において、電力増幅器は、入力信号を平衡信号に変換するべく構成される入力分割器と、入力部と入力分割器との間に結合される入力駆動器と、入力駆動器とバランとの間に結合される出力駆動器とを含む。様々な例において、電力増幅器は、入力駆動器と出力駆動器との間において当該入力駆動器のコレクタインピーダンスと当該出力駆動器のコレクタインピーダンスとが位相不一致となるように構成される段間整合器を含む。

【0006】

少なくとも一つの例において、制御可能負荷を増加させることによって電力増幅器の利得及び飽和電力が増加する。いくつかの例において、制御可能負荷を増加させることによって入力駆動器のコレクタインピーダンスが増加し、出力駆動器のコレクタインピーダンスが減少する。様々な例において、制御可能負荷は可変抵抗である。少なくとも一つの例において、入力駆動器はカスコード増幅器を含む。いくつかの例において、入力駆動器は共通エミッタ増幅器を含む。様々な例において、出力駆動器はエミッタ接地増幅器を含む。少なくとも一つの例において、制御可能負荷は可変抵抗である。

【0007】

本開示の少なくとも一つの側面によれば、電力増幅器を制御する方法が与えられ、この方法は、バラン、当該バランに結合される少なくとも一つのキャパシタ、及び当該少なくとも一つのキャパシタに結合される制御可能負荷を有する電力増幅器を与えることと、当該制御可能負荷を変化させて当該バランの効率を改善することとを含む。

【0008】

少なくとも一つの例において、制御可能負荷はスイッチを含み、当該制御可能負荷を変化させることは、当該スイッチの制御接続部に与えられる制御信号を変化させることを含む。いくつかの例において、制御可能負荷は可変抵抗器を含み、制御可能負荷を変化させることは、可変抵抗器の抵抗を変化させることを含む。様々な例において、電力増幅器はさらに入力駆動器及び出力駆動器を含み、方法はさらに、当該入力駆動器と当該出力駆動器との間に段間整合器を、当該入力駆動器のコレクタインピーダンスと当該出力駆動器のコレクタインピーダンスとが位相不一致となるように実装することを含む。少なくとも一つ例において、制御可能負荷を増加させることによって入力駆動器のコレクタインピーダンスが増加し、出力駆動器のコレクタインピーダンスが減少する。いくつかの例において、制御可能負荷を増加させることは、制御可能負荷の抵抗を増加させることを含む。

【0009】

本開示の少なくとも一つの側面によれば、入力信号を受信する入力部と、増幅出力信号を与える出力部と、当該入力部と当該出力部との間に結合されるバランと、当該バランに結合される少なくとも一つのキャパシタと、当該少なくとも一つキャパシタに結合される負荷を変化させる手段とを含む電力増幅器システムが与えられる。

【0010】

少なくとも一つの例において、電力増幅器システムは、当該電力増幅器システムの利得と当該電力増幅器システムの飽和電力ポイントとを同時に増加させる手段を含む。

【図面の簡単な説明】

【0011】

少なくとも一つの実施形態の様々な側面が、縮尺どおりに描かれることを意図いない添付図面を参照して以下に説明される。図面は、様々な側面及び実施形態の例示及びさらなる理解を与えるべく含まれており、本明細書に組み入れられて本明細書の一部を構成するが、いずれかの特定の実施形態の限界の画定として意図されるわけではない。図面は、本明細書の残りの部分とともに、記載され及び請求される側面及び実施形態の原理及び動作を説明する助けとなる。図面において、様々な図面に示される同一又はほぼ同一のコンポーネントはそれぞれが同じ番号によって表される。明確性を目的として、すべての図面にすべてのコンポーネントが標識されるわけではない。

【0012】

【図1】一例に係る無線デバイスのブロック図を示す。

【図2】一例に係る電力増幅器のブロック図を示す。

【図3】一例に係る図２の電力増幅器の高レベル模式図を示す。

【図4】他例に係る電力増幅器のブロック図を示す。

【図5】一例に係るキャパシタに結合される負荷変調器の模式図を示す。

【図6】一例に係る図４の電力増幅器の模式図を示す。

【図7】一例に係る図４の電力増幅器のコンポーネントに与えられる制御信号の変調の効果を描くグラフを示す。

【図8】出力電力の所与の値に対する図４の電力増幅器の最高利得を描くグラフを示す。

【図9】他例に係る電力増幅器のブロック図を示す。

【図10】一例に係る図９の電力増幅器の模式図を示す。

【図11】一例に係る図９の電力増幅器のコンポーネントに対応するスミスチャートを示す。

【図12】一例に係る様々な制御信号値における図９の電力増幅器の各性能を示すグラフを示す。

【図13】一例に係る変化した制御信号に対する図９の電力増幅器の全体的な性能を示すグラフを示す。

【図14】一例に係る図９の電力増幅器の模式図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

ここに記載される方法及びシステムの例は、その適用において、以下の説明に記載され又は添付図面に示される構成及び配列の詳細に限定されない。これらの方法及びシステムは、他の実施形態で実装することができ、様々な態様で実施し又は実行することができる。特定の実装例が単なる例示目的でここに与えられ、限定を意図しない。詳しくは、任意の一以上の例に関連して説明される作用、コンポーネント、要素及び特徴が、任意の他の例における同様の役割から除外されることを意図しない。

【0014】

また、本明細書中で使用する表現及び用語は、説明のためのものであって、限定するものとみなすべきではない。ここで単数形において言及されるシステム及び方法の例、実施形態、コンポーネント、要素又は作用へのいかなる参照も、複数を含む実施形態を包含し、ここでの任意の実施形態、コンポーネント、要素又は作用への複数の参照も、特異点のみを含む実施形態を包含し得る。単数形又は複数形での参照は、ここで開示されるシステム又は方法、これらのコンポーネント、作用又は要素を限定することを意図しない。ここでの「含む」、「備える」、「有する」、「包含する」、及びこれらのバリエーションの使用は、これらよりも後に列記される項目及び均等物並びに付加的な項目を包括することを意味する。

【0015】

「又は」及び「若しくは」への言及は包括的に解釈され、「又は」及び「若しくは」を使用して記載される任意の項目が、記載される項目のうち一つ、一を超えるもの、及びすべてのもののいずれかを示し得る。加えて、本文書と参照によりここに組み込まれる文書との間で用語の使用に矛盾がある場合、組み込まれる特徴における用語の使用は、本文書の用語の使用を補足し、調整できない差異については、本文書の用語の使用が支配的となる。

【0016】

電気デバイスは電力増幅器を含み得る。電力増幅器は、入力信号を受信し、利得値に基づいて当該入力信号を増幅し、当該入力信号及び当該利得値に基づいて増幅出力信号を出力する。電力増幅器の性能は、様々なメトリックによって特徴付けられる。例示的な性能メトリックは、電力増幅器利得が１ｄＢ／ｄＢにどれだけ近いのかを示し得る入力振幅変化当たりの出力振幅変化（ＡＭＡＭ）性能、及び電力付加効率（ＰＡＥ）のような効率を含み得る。

【0017】

いくつかの例において、「理想的」とみなされる電力増幅器は、一定の利得、すなわち入力電力の程度が変化しても変化することのない利得、を示し得る。この例において、利得は、一定であるがゆえに、完全に線形とみなすことができる。非線形電力増幅器は、線形ではない利得を示し得る。例えば、非理想的な電力増幅器の利得は、飽和電力（ＰＳＡＴ）と称される所定の入力電力以上で急激に減少し得る。所定の動作ポイントで又は動作レンジ内で実質的に線形の利得を有する電力増幅器は、好ましいＡＭＡＭ性能を示すとみなすことができる。したがって、ＡＭＡＭ性能は、電力増幅器性能の一つのメトリックである。

【0018】

非理想的な電力増幅器は、電力増幅器における意図しない損失ゆえに完全に効率的とはいえない。プッシュプル電力増幅器のようないくつかの電力増幅器が、バランのような変圧器を含み得る。バランは、漏洩インダクタンスを有し得る。漏洩インダクタンスは、バランに非効率性を導入し得る。電力増幅器は、バランの非効率性を軽減又は排除するフィルタを含み得る。例えば、電力増幅器は、バランの漏洩インダクタンスを平衡させるように構成される一以上のキャパシタを含み得る。漏洩インダクタンスを平衡させることは、漏洩インダクタンスの損失を軽減又は排除することを含み得る。したがって、効率が、電力増幅器性能の他のメトリックとなる。

【0019】

ここに与えられる例は、プッシュプル電力増幅器のような電力増幅器におけるＡＭＡＭ性能及び／又は効率を改善する。一例において、バランの漏洩インダクタンスを平衡させるべく、少なくとも一つのキャパシタがバランに結合される。少なくとも一つのキャパシタは、可変電圧制御信号を有するスイッチに結合されてよい。制御信号を変化させることは、有利なことに、利得及び効率のような電力増幅器特性の変調を可能にする。

【0020】

いくつかの例において、電力増幅器はさらに、電力増幅器のＡＭＡＭ性能を改善する駆動器段を含む。駆動器段は、バランを駆動するべく構成される最終段（又は「出力段」）に結合され得る。駆動器段と最終段との段間整合により、駆動器段と最終段との間の位相が互いに位相不一致となるように調整され得る。少なくとも位相差ゆえに、可変電圧制御信号を増加させることにより、最終段のコレクタインピーダンスが減少するにつれて駆動器段のベースインピーダンスの増加がもたらされ、駆動器段のベースインピーダンスの増加するにつれて最終段のコレクタインピーダンスの減少がもたらされる。この位相不一致関係により、有利なことに、ＰＳＡＴが増加するにつれて電力増幅器の利得が増加する。電力増幅器のＡＭＡＭ性能は、それゆえ、インピーダンスが反対方向に変化することによって増加し得る。

【0021】

例示的な電力増幅器が、様々な構成に従って実装され得る。説明のみを目的として、プッシュプル電力増幅器に関する複数の例が与えられる。しかしながら、本開示の原理が、プッシュプル電力増幅器に限られないことを理解すべきである。さらに、本開示に係る電力増幅器は、消費者電子機器、自動車、電化製品、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、産業機器等のような様々な電子デバイスのいずれに実装されてもよい。説明のみを目的として、電力増幅器がスマートフォンのような無線セルラーデバイスに実装される複数の例が与えられてよい。例えば、例示的な電力増幅器が、図１を参照して後述される無線デバイスに実装されてよい。

【0022】

図１は、一例に係る無線デバイス１００のブロック図を示す。無線デバイス１００は、音声及び／又はデータ通信のために構成されるセルラー電話機、スマートフォン、タブレット、モデム、通信ネットワーク、又は任意の他の携帯デバイス若しくは非携帯デバイスとしてよい。無線デバイス１００は、ユーザインタフェイス１０２、メモリ及び／又はストレージ１０４、ベース帯域サブシステム１０６、送受信器１０８、電力管理システム１１０、電力増幅器（ＰＡ）モジュール１１２、結合器１１４、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１６、スイッチング回路１１８（アンテナスイッチモジュール［ＡＳＭ］とも称する）、アンテナ１２０、並びに少なくとも一つのセンサ１２２を含む。

【0023】

アンテナ１２０は、無線デバイス１００がアンテナ１２０を介して一以上の外部デバイスと通信し得るように、一以上の信号を送信及び／又は受信するべく構成される。送受信器１０８は、送信のための信号を生成し及び／又は受信信号を処理するように構成される。いくつかの実施形態において、送信機能及び受信機能は、別個のコンポーネント（例えば送信モジュール及び受信モジュール）に実装することができ、又は同じモジュールに実装することもできる。

【0024】

送信のために生成された信号は、送受信器１０８からＰＡモジュール１１２へ与えられる。ＰＡモジュール１１２は、送受信器１０８からの生成された信号を増幅する。当業者であればわかることだが、ＰＡモジュール１１２は、一以上の電力増幅器を含み得る。ＰＡモジュール１１２は、多種多様な無線周波数（ＲＦ）又は他の周波数帯域の送信信号を増幅するべく使用され得る。例えば、ＰＡモジュール１１２は、電力増幅器の出力をパルス化するべく使用することができる有効信号を受信することができる。これにより、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）信号又は任意の他の適切なパルス信号の送信が支援される。ＰＡモジュール１１２は、例えば、５Ｇ信号、グローバルシステムフォーモバイル（ＧＳＭ（登録商標））信号、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）信号、Ｗ－ＣＤＭＡ信号、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）信号、又はＥＤＧＥ信号を含む様々なタイプの信号のいずれかを増幅するべく構成することができる。所定の実施形態において、ＰＡモジュール１１２、及びスイッチ等を含む関連コンポーネントを、例えばｐＨＥＭＴ若しくはＢｉＦＥＴトランジスタを使用してＧａＡｓ基板上に、又はＣＭＯＳトランジスタを使用してシリコン基板上に、作製することができる。無線デバイス１００はまたＬＮＡ１１６も含む。ＬＮＡ１１６は、ＰＡモジュール１１２の電力増幅器と同じ又は異なる態様で受信信号を増幅するべく構成される一以上の電力増幅器を含んでよい。

【0025】

無線デバイス１００はまた、異なる帯域間及び／又はモード間でスイッチングするべく構成されるスイッチング回路１１８も含む。例えば、スイッチング回路１１８は、受信動作モードにおいてＬＮＡ１１６をアンテナ１２０に結合するべく構成され、送信動作モードにおいてＬＮＡ１１６をアンテナ１２０から結合解除するべく構成される。同様に、ＰＡモジュール１１２がアンテナ１２０に結合されることにより、送信動作モードにおいてＰＡモジュール１１２からアンテナ１２０へ与えられる信号が、無線デバイス１００の受信経路（及びスイッチング回路１１８）をバイパスする。いくつかの例において、スイッチング回路１１８は、ＬＮＡ１１６及び／又はＰＡモジュール１１２を、アンテナ１２０に含まれてよい数個のアンテナのうち一以上に対して結合及び／又は結合解除するように構成され得る。

【0026】

したがって、所定の実施形態において、アンテナ１２０は、送受信器１０８に与えられる信号を、スイッチング回路１１８及びＬＮＡ１１６を介して受信することと、送受信器１０８、ＰＡモジュール１１２及び結合器１１４を介して無線デバイス１００から信号を送信することとの双方を行うことができる。しかしながら、他例において、異なる動作モードに対して多数のアンテナを使用することもできる。

【0027】

電力管理システム１１０は、送受信器１０８に接続されて無線デバイス１００の動作のための電力を管理するように構成される。電力管理システム１１０はまた、例えば、ＰＡモジュール１１２及び／又はＬＮＡ１１６の電力増幅器の制御コンポーネントによって、無線デバイス１００の動作を制御することもできる。電力管理システム１１０は、無線デバイス１００の様々なコンポーネントのために電力を供給する電池を含んでよく、又は当該電池に接続されてよい。電力管理システム１１０はさらに一以上のプロセッサ又はコントローラを含む。この一以上のプロセッサ又はコントローラは、信号の送信を制御することができ、さらに、例えば送信又は受信される信号の周波数に基づいて無線デバイス１００のコンポーネントを構成することができる。加えて、電力管理システム１１０のプロセッサ又はコントローラは、後述されるＰＡモジュール１１２及び／又はＬＮＡ１１６のコンポーネントのような、無線デバイス１００の、スイッチを作動させ、コンポーネントをチューニングし、又はそれ以外にコンポーネントを構成するべく制御信号を与えることができる。少なくとも一つの実施形態において、電力管理システム１１０のプロセッサ又はコントローラはまた、スイッチング回路１１８を送信モード又は受信モードで動作するように制御するべく制御信号を与えることもできる。

【0028】

一実施形態において、ベース帯域サブシステム１０６は、ユーザに与えられ及びユーザから受信される音声及び／又はデータの入出力を処理するべく、ユーザインタフェイス１０２に接続される。ベース帯域サブシステム１０６はまた、無線デバイスの動作を制御する及び／又はユーザのために情報の格納を与えるデータ及び／又は命令を格納するように構成されるメモリ及び／又はストレージ１０４に接続され得る。

【0029】

無線デバイス１００はまた、ＰＡモジュール１１２からの送信電力信号を測定するための、かつ、一以上の結合信号を少なくとも一つのセンサ１２２に与えるための、一以上の結合器セクションを有する結合器１１４も含む。いくつかの例において、結合器１１４はさらに、ＬＮＡ１１６からの送信電力信号を測定するように構成される。様々な例において、無線デバイス１００は、ＬＮＡ１１６からの送信電力信号を測定するべく、結合器１１４に加えて又は結合器１１４の代わりに一以上の結合器を含む。

【0030】

少なくとも一つのセンサ１２２は情報を、送受信器１０８、電力管理システム１１０に、及び／又は、ＰＡモジュール１１２及び／又はＬＮＡ１１６の電力レベルを調節する調整用フィードバックとしてＰＡモジュール１１２及び／又はＬＮＡ１１６に直接、送信することができる。このようにして、結合器１１４を使用して、相対的に低い／高い電力を有する送信信号の電力をブーストし／減少させることができる。しかしながら、結合器１１４が、様々な他の実装例において使用できることもわかる。

【0031】

例えば、無線デバイス１００が時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）アーキテクチャを有する移動電話機である所定の実施形態において、結合器１１４は、有利なことに、ＰＡモジュール１１２及び／又はＬＮＡ１１６からのＲＦ送信電力信号の増幅を管理することができる。ＧＳＭ、ＣＤＭＡ及びＷ－ＣＤＭＡのシステムにおいて見出されるもののようなＴＤＭＡアーキテクチャを有する移動電話機において、ＰＡモジュール１１２は、電力包絡線を、電力対時間の所定限界内で上下にシフトさせるように使用することができる。例えば、特定の移動電話機に、特定の周波数チャネルのための送信タイムスロットを割り当てることができる。この場合、ＰＡモジュール１１２及び／又はＬＮＡ１１６は、一以上のＲＦ電力信号の電力レベルを経時的に調節することを支援するように用いることができる。これにより、割り当てられた受信タイムスロットの中での送信からの信号干渉を回避して電力消費を低減することができる。かかるシステムにおいて、結合器１１４は、上述したようにＰＡモジュール１１２及び／又はＬＮＡ１１６の制御を支援するべく、電力増幅器出力信号の電力を測定するように使用することができる。図１に示される実装例は例示であって非限定的である。例えば、図１の実装例が、ＲＦ信号の送信とともに使用される結合器１１４を示すにもかかわらず、ここに説明される結合器１１４の様々な例はまた、受信されるＲＦ信号又は他の信号にも同様に使用することもできることがわかる。

【0032】

上述したように、ＰＡモジュール１１２及び／又はＬＮＡ１１６はそれぞれが、一以上の電力増幅器を含み得る。例えば、少なくともＰＡモジュール１１２が、ＲＦ入力信号を受信し、ＲＦ入力信号を増幅し、及び増幅済みＲＦ出力信号を出力に与えるように構成される一以上のプッシュプル電力増幅器を含み得る。

【0033】

図２は、一例に係る電力増幅器２００のブロック図を示す。様々な例において、電力増幅器２００は、プッシュプル電力増幅器を含み得る。電力増幅器２００は、ＲＦ信号入力部２０２、入力分割器２０４、Ａ側信号経路２０６、Ｂ側信号経路２０８、バラン２１０、一以上のキャパシタ２１２「キャパシタ２１２」）、及びＲＦ信号出力部２１４を含む。

【0034】

ＲＦ信号入力部２０２は入力分割器２０４に結合される。ＲＦ信号入力部２０２は、送受信器１０８のようなＲＦ信号のソースに結合されるように構成される。入力分割器２０４は、ＲＦ信号入力部２０２、Ａ側信号経路２０６及びＢ側信号経路２０８に結合される。Ａ側信号経路２０６は、入力分割器２０４に及びバラン２１０に結合される。Ｂ側信号経路２０８は、入力分割器２０４に及びバラン２１０に結合される。バラン２１０は、Ａ側信号経路２０６、Ｂ側信号経路２０８、キャパシタ２１２に、及びＲＦ信号出力部２１４に結合される。キャパシタ２１２はバラン２１０に結合される。ＲＦ信号出力部２１４はバラン２１０に結合される。ＲＦ信号出力部２１４は、増幅済みＲＦ信号を受信するように構成されるコンポーネント、例えば結合器１１４、に結合されるように構成される。

【0035】

入力分割器２０４は、入力信号を受信し、入力信号を分割して２つの平衡信号にし、並びに２つの平衡信号をＡ側信号経路２０６及びＢ側信号経路２０８に与えるように構成される。信号経路２０６、２０８は、平衡信号をバラン２１０に送信するように構成される。バラン２１０は、平衡信号を不平衡信号に変換して当該不平衡信号をＲＦ信号出力部２１４に与えるように構成される。キャパシタ２１２は、バラン２１０の性能を改善するように構成される。例えば、キャパシタ２１２は、バラン２１０の漏洩インダクタンスによって引き起こされる損失を軽減又は排除し得る。

【0036】

図３は、一例に係る電力増幅器２００の高レベル模式図を示す。図示のように、入力分割器２０４は、不平衡ＲＦ入力信号を平衡信号に変換して当該平衡信号を信号経路２０６、２０８に与えるように構成される変圧器を含み得る。Ａ側信号経路２０６は第１駆動器３００を含み、Ｂ側信号経路２０８は第２駆動器３０２を含み、これらはそれぞれが、平衡信号をバラン２１０に与えるように構成される。駆動器３００、３０２はまとめて、電力増幅器２００の最終段３０４として識別される。最終段３０４は、代替的に「出力段」と称してよい。バラン２１０は、平衡信号を不平衡信号に変換して当該平衡信号をＲＦ信号出力部２１４に与えるように構成される変圧器を含み得る。上述したキャパシタ２１２は、バラン２１０を平衡させることによって電力増幅器２００の効率を増加させることができる。

【0037】

様々な例において、電力増幅器２００の負荷線路を、負荷変調器をキャパシタ２１２に結合することによって制御することができる。負荷変調器は、電力増幅器２００の、ＰＡＥ、利得、ＰＳＡＴ等のようなパラメータを制御可能にし得る。これらのパラメータを制御する能力によって、有利なことに、電力増幅器２００が特定の動作条件セットに対して所望の特性を示すようにすることができる。

【0038】

図４は、一例に係る電力増幅器４００のブロック図を示す。電力増幅器４００は電力増幅器２００と同様であり、同様のコンポーネントがそれに応じて標識される。電力増幅器４００は、ＲＦ信号入力部２０２、入力分割器２０４、Ａ側信号経路２０６、Ｂ側信号経路２０８、バラン２１０、キャパシタ２１２及びＲＦ信号出力部２１４を含む。電力増幅器４００はまた、負荷変調器４０２も含む。負荷変調器４０２はキャパシタ２１２に結合される。負荷変調器４０２は代替的に、「可変負荷」、「制御可能負荷」、「可変抵抗」、「制御可能抵抗」等と称してよい。

【0039】

負荷変調器４０２は、可変抵抗をキャパシタ２１２に与えることができる。一例において、負荷変調器４０２は、可変抵抗器として動作するべく構成されるスイッチ（例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ［ＨＢＴ］）を含む。例えば、図５は、一例に係るキャパシタ２１２に結合される負荷変調器４０２の模式図を示す。この例において、負荷変調器４０２は、キャパシタ２１２と基準ノード（例えばグランドノード）との間に直列に結合されるスイッチ５００を含む。いくつかの例において、スイッチ５００はｎｐｎＨＢＴとしてよい。ただし、他例において、スイッチ５００は、ＢＪＴ、ＭＯＳＦＥＴ等のような他のタイプのスイッチにしてよい。スイッチ５００の状態は、制御信号ソース５０２が与える制御信号を変化させることによって制御され得る。制御信号ソース５０２は、制御信号をスイッチ５００の制御接続部（例えばベース）に与え得る。制御信号ソース５０２は、制御信号ソース５０２が与える制御信号を制御するべく構成される少なくとも一つのコントローラを含んでよく、又は当該少なくとも一つのコントローラに結合されてよい。例えば、無線デバイス１００は、少なくとも一つのコントローラを含み得る。

【0040】

様々な例において、電力増幅器４００の負荷線路は、制御信号ソース５０２が（例えば制御信号の電圧及び／又は電流の振幅を減少させることにより）スイッチ５００を完全開にすることによって最大にすることができるので、キャパシタ２１２を開回路に結合することができる。電力増幅器４００の負荷線路は、制御信号ソース５０２が（例えば制御信号の電圧及び／又は電流の振幅を増加させることにより）スイッチ５００を完全閉にすることによって最小にすることができるので、スイッチ５００が抵抗器として振る舞うこととなる。これは、高いピーク対平均比波形の変調効率にとって有益となり得る。損失は最高負荷線路において、すなわち制御信号ソース５０２がスイッチ５００を完全開にする場合に、最小にすることができる。

【0041】

図６は、一例に係る電力増幅器４００の模式図を示す。電力増幅器４００は、ＲＦ信号入力部２０２、入力分割器２０４、Ａ側信号経路２０６、Ｂ側信号経路２０８、バラン２１０、キャパシタ２１２、ＲＦ信号出力部２１４、並びにスイッチ５００及び制御信号ソース５０２を含む負荷変調器４０２を含む。上述したように、制御信号ソース５０２がスイッチ５００に出力する制御信号が、電力増幅器４００の様々なパラメータを制御するべく変調される。

【0042】

例えば、図７が、第１グラフ７００、第２グラフ７０２、第３グラフ７０４及び第４グラフ７０６を示し、これらは、一例に係る制御信号ソース５０２が与える制御信号を変調することの効果を描く。第１グラフ７００は、複数のトレース７０８を含む。各トレースは、制御信号ソース５０２が与える制御信号の各値に対応する。複数のトレース７０８は、電力増幅器４００の利得（ＧＡＩＮ）を出力電力（ＰＯＵＴ）の関数として示す。複数のトレース７０８により示されるように、制御信号の各値に対し、出力電力が各ＰＳＡＴ値（利得が有意に降下するポイント）に到達するまで利得は近似的に線形となり得る。制御信号（Ｖｃｏｎｔｒｏｌ）の値を減少させることにより各ＰＳＡＴが増加し得るが、利得は一般に、ほとんどの出力電力値において、制御信号の値を増加させることと比べて低くなる。

【0043】

第２グラフ７０２は、電力増幅器４００のピークＰＡＥを、制御信号ソース５０２が与える制御信号の値の関数として示すトレース７１０を含む。トレース７１０により示されるように、ピークＰＡＥは、制御信号（ＶＣＴＲＬ）の値が増加するにつれて減少し得る。したがって、ピークＰＡＥは、スイッチ５００が開かつ非導通位置にあることを示し得る制御信号の値が最小となるところで最大となり得る。

【0044】

第３グラフ７０４は複数のトレース７１２を含み、これらはそれぞれが、制御信号（Ｖｃｏｎｔｒｏｌ）の各値に対応する。複数のトレース７１２は、電力増幅器４００のＰＡＥを出力電力（ＰＯＵＴ）の関数として示す。複数のトレース７１２により示されるように、ピークＰＡＥは、制御信号の値が増加するにつれて減少する。しかしながら、ピークＰＡＥは、制御信号が増加するにつれて出力電力（ＰＯＵＴ）の高い値に対応し得る。したがって、制御信号の値を最小にすることによって高いＰＡＥが達成され得るにもかかわらず、制御信号の値を増加させることにより、高い出力電力値に対して高いＰＡＥ値を有効にすることができる。

【0045】

第４グラフ７０６は、電力増幅器４００のＰＳＡＴを、制御信号ソース５０２が与える制御信号の値の関数として示すトレース７１４を含む。トレース７１４により示されるように、ＰＳＡＴは、制御信号（ＶＣＴＲＬ）の値が増加するにつれて増加し得る。したがって、電力増幅器４００のチューニング範囲を、制御信号の値を増加させることによって、ひいてはＰＳＡＴを増加させることによって、広げることができ、例えば、第４グラフ７０６により示されるように、電力増幅器４００のチューニング範囲は、１Ｖの制御信号値と２Ｖの制御信号値との間で近似的に４ｄＢだけ増加し得る。

【0046】

いくつかの例において、電力増幅器４００が与える出力電力に基づいて制御信号の値を変化させることが有利となり得る。出力電力がＰＳＡＴにおける飽和ポイントに近づくにつれて、制御信号が増加してＰＳＡＴ値を増加させる。しかしながら、上述したように、制御信号を増加させることにより、電力増幅器４００の利得及びＰＡＥが減少し得る。例えば、図８は、出力電力の所与の値に対する電力増幅器４００の最高利得を追跡するトレース８００を含む第１グラフ７００を示す。トレース８００により示されるように、制御信号の最低値に対応するＰＳＡＴを超えるように出力電力を増加させることが、制御信号の値を増加させることによって達成され得る。しかしながら、利得は、制御信号が増加するにつれて相対的に大きくかつ不均一な量だけ低下することがあり、それによって、トレース８００が完全に線形（すなわち水平）というわけではないという事実によって証明されるように、電力増幅器４０のＡＭＡＭ性能が悪影響を受ける。したがって、ＡＭＡＭ応答は、少なくとも部分的には、制御信号が変調されるときのＰＳＡＴと利得との間の逆相関ゆえに、出力電力のトップ４ｄＢにおいて圧縮され得る。

【0047】

例示的な電力増幅器のＡＭＡＭ応答は、第２段を付加することによって向上させることができる。例えば、第２段は、電力増幅器の入力に結合される駆動器段としてよい。駆動器段により、ＰＳＡＴが増加するにつれて電力増幅器の複合利得の増加がもたらされ得る。その結果、制御信号を変調することによってＡＭＡＭ応答が悪影響を受けることがない。

【0048】

図９は、一例に係る電力増幅器９００のブロック図を示す。電力増幅器９００は、電力増幅器４００と同様であり、同じコンポーネントがそれに応じて標識される。電力増幅器９００は、ＲＦ信号入力部２０２、入力分割器２０４、Ａ側信号経路２０６、Ｂ側信号経路２０８、バラン２１０、キャパシタ２１２、ＲＦ信号出力部４０２、及び負荷変調器４０２を含む。電力増幅器９００はまた、入力駆動器９０２も含む。入力駆動器９０２は、ＲＦ信号入力部２０２に結合され、入力分割器２０４に結合される。

【0049】

図１０は、一例に係る電力増幅器９００の模式図を示す。図示のように、入力駆動器９０２は、入力信号をＲＦ信号入力部２０２から受信して入力駆動器９０２のコレクタにおいて出力信号を入力分割器２０４に与えるように構成される。入力分割器２０４は入力信号を分割して平衡信号にし、当該平衡信号を駆動器３００、３０２の各ベースに（すなわち最終段３０４のベースに）与える。駆動器３００、３０２は、駆動器３００、３０２それぞれの各コレクタにおいて（すなわち最終段３０４のコレクタにおいて）バラン２１０への出力信号を出力する。バラン２１０は、出力信号をＲＦ信号出力部２１４に与える。キャパシタ２１２及び負荷変調器４０２によって、上述したようにバラン２１０の性能が改善される。

【0050】

入力駆動器９０２のコレクタと最終段３０４のベースとの段間整合を、電力増幅器９００のＰＳＡＴが増加するにつれて入力駆動器９０２のコレクタのインピーダンスが増加するように調整することができる。ＰＳＡＴが増加するにつれて入力駆動器９０２のコレクタのインピーダンスを増加させることにより、有利なことに、ＰＳＡＴが増加するにつれて電力増幅器９００の複合利得が増加するようになる。

【0051】

入力駆動器９０２と最終段３０４との段間整合は、入力駆動器９０２と最終段３０４とが位相不一致となるように選択することができる。上記を説明するべく、図１１は、第１スミスチャート１１００、第２スミスチャート１１０２及び第３スミスチャート１１０４を含む。第１スミスチャート１１００は、制御信号ソース５０２が与える制御信号の値が増加するときの駆動器段９０２のコレクタのインピーダンスを示す。第２スミスチャート１１０２は、制御信号ソース５０２が与える制御信号の値が増加するときの最終段３０４のベースのインピーダンスを示す。第３スミスチャート１１０４は、制御信号ソース５０２が与える制御信号の値が増加するときの最終段３０４のコレクタのインピーダンスを示す。

【0052】

スミスチャート１１００、１１０４によって示されるように、入力駆動器９０２のコレクタのインピーダンスは、制御信号ソース５０２が与える制御信号の関数として増加し、最終段３０４のベースのインピーダンスは、制御信号ソース５０２が与える制御信号の関数として減少する。結果的に、制御信号を変化させることにより、電力増幅器９００の利得及びＰＳＡＴの双方が同時に増加又は減少することが可能となり、これにより良好なＡＭＡＭ性能が得られる。

【0053】

例えば、図１２は、一例に係る様々な制御信号値における電力増幅器９００の各性能を示す第１グラフ１２００及び第２グラフ１２０２を示す。第１グラフ１２００は、電力増幅器９００の利得を出力電力の関数として示す。第１グラフ１２００は複数のトレース１２０４を示し、各トレースが、制御信号ソース５０２が与える制御信号の各値に対応する。複数のトレース１２０４を複数のトレース７０８と比較すると、電力増幅器９００の利得が、制御信号ソース５０２が与える制御信号が増加するにつれて増加する。目標利得線１２０６が、出力電力が増加するにつれて制御信号ソース５０２が制御信号を、制御信号の振幅としての対応値に変調することによって実質的に一定の値で達成され得る利得を、出力電力の関数として示す。目標利得線１２０６は、電力増幅器９００によって達成され得る一例の利得を示すが、異なる利得（例えば高い利得）も電力増幅器９００によって達成することができる。目標利得線１２０６の実質的に水平の性質によって示されるように、電力増幅器９００は、例えば、トレース８００によって示されるＡＭＡＭ性能と比較してかなり改善されたＡＭＡＭ性能を示す。

【0054】

第２グラフ１２０２は、電力増幅器９００のＰＡＥを出力電力の関数として示す。第２グラフ１２０２は複数のトレース１２０８を示し、各トレースが、制御信号ソース５０２が与える制御信号の各値に対応する。目標ＰＡＥ線１２１０は、目標利得線１２０６に対応する制御信号値で達成され得るＰＡＥを、出力電力の関数として示す。目標ＰＡＥ線１２１０によって示されるように、ＰＡＥは、制御信号ソース５０２が与える制御信号が増加するにつれて増加する。

【0055】

図１３は、一例に係る変化する制御信号に対する電力増幅器９００の全体的な性能を示す第１グラフ１３００及び第２グラフ１３０２を示す。第１グラフ１３００は、制御信号を変調することによって達成され得る電力増幅器９００の全体的な利得を出力電力の関数として示す。第１グラフ１３００は、電力増幅器９００の出力電力を示すトレース１３０４を含む。トレース１３０４によって示されるように、電力増幅器９００の利得は、高い出力電力値において（例えば約３０ｄＢと約３４ｄＢとの間において）実質的に一定であり、有利なことに高いＡＭＡＭ性能を示す。

【0056】

第２グラフ１３０２は、制御信号を変調することによって達成され得る電力増幅器９００の全体的なＰＡＥを出力電力の関数として示す。第２グラフ１３０２は、電力増幅器９００の出力電力を示すトレース１３０６を含む。トレース１３０６によって示されるように、電力増幅器９００のＰＡＥは、高い出力電力値において（例えば約２８ｄＢと約３４ｄＢとの間において）実質的一定であり、制御信号ソース５０２が与える制御信号が増加するにつれて実質的に悪影響を受けるということがない。

【0057】

図１４は、一例に係る電力増幅器９００の模式図を示す。電力増幅器９００は、ＲＦ信号入力部２０２、入力駆動器９０２、入力分割器２０４、信号経路２０６、２０８、バラン２１０、キャパシタ２１２、ＲＦ信号出力部２１４、及び負荷変調器４０２を含む。特定コンポーネントの所定構成例が図１４に示されるにもかかわらず、代替的な構成例及び実装例が本開示の範囲内にある。例えば、入力駆動器９０２がカスコード構成を含むように示されるにもかかわらず、エミッタ接地増幅器のような入力駆動器９０２の代替構成例も実装し得る。同様に、駆動器３００、３０２がエミッタ接地構成を含むように示されるにもかかわらず、駆動器３００、３０２の代替構成例も実装し得る。

【0058】

上述したように、無線デバイス１００は、少なくとも一つのコントローラを含み得る。無線デバイス１００に実装され得る様々なコントローラが、上述した様々な動作を実行してよい。関連メモリ及び／又はストレージに格納されたデータを使用して、コントローラはまた、操作されたデータをもたらし得る一以上の非一時的コンピュータ可読媒体に格納された一以上の命令を実行することもできる。いくつかの例において、コントローラは、一以上のプロセッサ又は他のタイプのコントローラを含み得る。一例において、コントローラは少なくとも一つのプロセッサであり、又は少なくとも一つのプロセッサを含む。他例において、コントローラは、汎用プロセッサに加えて又は汎用プロセッサの代わりに特定の動作を実行するようにあつらえられた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用して、上述した動作の少なくとも一部分を実行する。これらの例により示されるように、本開示に係る複数の例が、ハードウェア及びソフトウェアの多くの特定の組み合わせを使用して、ここに記載される動作を実行することができ、本開示は、ハードウェア及びソフトウェアのコンポーネントの任意の特定の組み合わせに限られない。

【0059】

すなわち、少なくとも一つの実施形態のいくつかの側面が上述されてきたが、当業者であれば、様々な変更例、修正例、及び改善例を容易に想起するであろうことを理解すべきである。かかる変更、修正及び改善は、本開示の一部であることが意図され、さらに本発明の要旨及び範囲の中に含まれることが意図される。したがって、上記の説明および図面は単なる例示にすぎない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【外国語明細書】