▶ ルネサス エレクトロニクス アメリカ インコーポレイテッドの特許一覧
(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】P2023065330
(43)【公開日】2023-05-12
(54)【発明の名称】３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャ
(51)【国際特許分類】
H03F 1/02 20060101AFI20230502BHJP
H03F 3/68 20060101ALI20230502BHJP
H03F 3/24 20060101ALI20230502BHJP
H03F 3/195 20060101ALI20230502BHJP
H03H 7/48 20060101ALI20230502BHJP
H03H 7/38 20060101ALI20230502BHJP
H04B 1/04 20060101ALI20230502BHJP
【ＦＩ】
H03F1/02 188
H03F3/68 220
H03F3/24
H03F3/195
H03H7/48 C
H03H7/38 Z
H04B1/04 A
【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 2022170714
(22)【出願日】2022-10-25
(31)【優先権主張番号】17/511,913
(32)【優先日】2021-10-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】518364964
【氏名又は名称】ルネサス エレクトロニクス アメリカ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＥＳＡＳ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＭＥＲＩＣＡ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】１００１ Ｍｕｒｐｈｙ Ｒａｎｃｈ Ｒｏａｄ， Ｍｉｌｐｉｔａｓ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９５０３５， Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】フセイン・ハサナリ・ラダニ
(72)【発明者】
【氏名】ラマヌジャム・スリニディ・エンバー
(72)【発明者】
【氏名】マイケル・ギヨネ
(72)【発明者】
【氏名】トゥシャル・シャルマ
(72)【発明者】
【氏名】シシル・ラマサレ・シュクラ
【テーマコード（参考）】
5J500
5K060
【Ｆターム（参考）】
5J500AA01
5J500AA21
5J500AA41
5J500AA63
5J500AA64
5J500AA65
5J500AC36
5J500AF12
5J500AF15
5J500AH09
5J500AH25
5J500AH29
5J500AH33
5J500AK13
5J500AK16
5J500AK29
5J500AK45
5J500AK66
5J500AK68
5J500AM08
5J500AQ04
5J500AS14
5J500AT01
5J500AT07
5J500CK05
5J500CK06
5J500CK07
5K060BB07
5K060CC04
5K060HH06
5K060JJ16
5K060KK03
(57)【要約】
【課題】信号を増幅するためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】
回路は、入力周波数（ＲＦ）信号を、キャリア増幅段において第１のサイズを有する第１のトランジスタの電力容量に一致する電力レベルを有する第１のＲＦ信号に変換してもよく、ピーク増幅段において第１のサイズを有する第２のトランジスタの電力容量に一致する電力レベルを有する第２のＲＦ信号に変換してもよく、別のピーク増幅段において第２のサイズを有する第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有する第３のＲＦ信号に変換してもよい。回路は、第１、第２、および第３のＲＦ信号を増幅して、第１、第２、および第３の増幅ＲＦ信号をそれぞれ生成してもよい。回路は、第１、第２、および第３の増幅ＲＦ信号を、入力ＲＦ信号を増幅したものである出力ＲＦ信号に結合してもよい。
【選択図】図１
【解決手段】
回路は、入力周波数（ＲＦ）信号を、キャリア増幅段において第１のサイズを有する第１のトランジスタの電力容量に一致する電力レベルを有する第１のＲＦ信号に変換してもよく、ピーク増幅段において第１のサイズを有する第２のトランジスタの電力容量に一致する電力レベルを有する第２のＲＦ信号に変換してもよく、別のピーク増幅段において第２のサイズを有する第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有する第３のＲＦ信号に変換してもよい。回路は、第１、第２、および第３のＲＦ信号を増幅して、第１、第２、および第３の増幅ＲＦ信号をそれぞれ生成してもよい。回路は、第１、第２、および第３の増幅ＲＦ信号を、入力ＲＦ信号を増幅したものである出力ＲＦ信号に結合してもよい。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力周波数（ＲＦ）信号を第１のＲＦ信号、第２のＲＦ信号、および第３のＲＦ信号に変換するように構成された回路と、
第１のサイズを有する第１のトランジスタを含むキャリア増幅段であって、前記第１のＲＦ信号は、前記第１のトランジスタの電力容量に一致する第１の電力レベルを有し、前記第１のＲＦ信号を増幅して第１の増幅ＲＦ信号を生成するように構成されたキャリア増幅段と、
前記第１のサイズを有する第２のトランジスタを含む第１のピーク増幅段であって、前記第２のＲＦ信号は、前記第２のトランジスタの電力容量に一致する第２の電力レベルを有し、前記第２のＲＦ信号を増幅して第２の増幅ＲＦ信号を生成するように構成された第１のピーク増幅段と、
前記第１のサイズとは異なる第２のサイズを有する第３のトランジスタを含む第２のピーク増幅段であって、前記第３のＲＦ信号は、前記第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有し、前記第３のＲＦ信号を増幅して第３の増幅ＲＦ信号を生成するように構成された第２のピーク増幅段と、
を備え、
前記第１の増幅ＲＦ信号、前記第２の増幅ＲＦ信号、および前記第３の増幅ＲＦ信号は、前記入力ＲＦ信号を増幅したものである出力ＲＦ信号に結合される、
装置。
第１のサイズを有する第１のトランジスタを含むキャリア増幅段であって、前記第１のＲＦ信号は、前記第１のトランジスタの電力容量に一致する第１の電力レベルを有し、前記第１のＲＦ信号を増幅して第１の増幅ＲＦ信号を生成するように構成されたキャリア増幅段と、
前記第１のサイズを有する第２のトランジスタを含む第１のピーク増幅段であって、前記第２のＲＦ信号は、前記第２のトランジスタの電力容量に一致する第２の電力レベルを有し、前記第２のＲＦ信号を増幅して第２の増幅ＲＦ信号を生成するように構成された第１のピーク増幅段と、
前記第１のサイズとは異なる第２のサイズを有する第３のトランジスタを含む第２のピーク増幅段であって、前記第３のＲＦ信号は、前記第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有し、前記第３のＲＦ信号を増幅して第３の増幅ＲＦ信号を生成するように構成された第２のピーク増幅段と、
を備え、
前記第１の増幅ＲＦ信号、前記第２の増幅ＲＦ信号、および前記第３の増幅ＲＦ信号は、前記入力ＲＦ信号を増幅したものである出力ＲＦ信号に結合される、
装置。
【請求項2】
前記回路は、第１の分割器と、第２の分割器と、第１の整合ネットワークと、第２の整合ネットワークと、第３の整合ネットワークと、を備え、
前記第１の分割器は、前記入力ＲＦ信号を第１の分割ＲＦ信号と中間ＲＦ信号に分割するように構成され、
前記第２の分割器は、前記中間ＲＦ信号を第２の分割ＲＦ信号と第３の分割ＲＦ信号に分割するように構成され、
前記第１の整合ネットワークは、前記第１の分割ＲＦ信号の電力レベルを前記第１の電力レベルに調整して前記第１のＲＦ信号を生成するように構成され、
前記第２の整合ネットワークは、前記第２の分割ＲＦ信号の電力レベルを前記第２の電力レベルに調整して前記第２のＲＦ信号を生成するように構成され、
前記第３の整合ネットワークは、前記第３の分割ＲＦ信号の電力レベルを前記第３の電力レベルに調整して前記第３のＲＦ信号を生成するように構成される、
請求項１に記載の装置。
前記第１の分割器は、前記入力ＲＦ信号を第１の分割ＲＦ信号と中間ＲＦ信号に分割するように構成され、
前記第２の分割器は、前記中間ＲＦ信号を第２の分割ＲＦ信号と第３の分割ＲＦ信号に分割するように構成され、
前記第１の整合ネットワークは、前記第１の分割ＲＦ信号の電力レベルを前記第１の電力レベルに調整して前記第１のＲＦ信号を生成するように構成され、
前記第２の整合ネットワークは、前記第２の分割ＲＦ信号の電力レベルを前記第２の電力レベルに調整して前記第２のＲＦ信号を生成するように構成され、
前記第３の整合ネットワークは、前記第３の分割ＲＦ信号の電力レベルを前記第３の電力レベルに調整して前記第３のＲＦ信号を生成するように構成される、
請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記第１の整合ネットワーク、前記第２の整合ネットワーク、および前記第３の整合ネットワークの各々は、前記第１の分割ＲＦ信号、前記第２の分割ＲＦ信号、および前記第３の分割ＲＦ信号の高調波をそれぞれ低減させる高調波トラップを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項4】
前記第１の増幅ＲＦ信号、前記第２の増幅ＲＦ信号、および前記第３の増幅ＲＦ信号を結合して前記出力ＲＦ信号を生成するように構成された出力ネットワークをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項5】
前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、および前記第３のトランジスタは、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタである、請求項１に記載の装置。
【請求項6】
前記第１のサイズは、前記第２のサイズよりも小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項7】
前記第１のサイズと前記第２のサイズの比率は、１対２である、請求項１に記載の装置。
【請求項8】
信号を増幅するための方法であって、
入力周波数（ＲＦ）信号を、キャリア増幅段において第１のサイズを有する第１のトランジスタの電力容量に一致する第１の電力レベルを有する第１のＲＦ信号に変換するステップと、
前記入力ＲＦ信号を、第１のピーク増幅段において前記第１のサイズを有する第２のトランジスタの電力容量に一致する第２の電力レベルを有する第２のＲＦ信号に変換するステップと、
前記入力ＲＦ信号を、第２のピーク増幅段において第２のサイズを有する第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有する第３のＲＦ信号に変換するステップと、
前記第１のＲＦ信号を増幅して第１の増幅ＲＦ信号を生成するステップと、
前記第２のＲＦ信号を増幅して第２の増幅ＲＦ信号を生成するステップと、
前記第３のＲＦ信号を増幅して第３の増幅ＲＦ信号を生成するステップと、
前記第１の増幅ＲＦ信号、前記第２の増幅ＲＦ信号、および前記第３の増幅ＲＦ信号を、前記入力ＲＦ信号を増幅したものである出力ＲＦ信号に結合するステップと、
を含む、方法。
入力周波数（ＲＦ）信号を、キャリア増幅段において第１のサイズを有する第１のトランジスタの電力容量に一致する第１の電力レベルを有する第１のＲＦ信号に変換するステップと、
前記入力ＲＦ信号を、第１のピーク増幅段において前記第１のサイズを有する第２のトランジスタの電力容量に一致する第２の電力レベルを有する第２のＲＦ信号に変換するステップと、
前記入力ＲＦ信号を、第２のピーク増幅段において第２のサイズを有する第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有する第３のＲＦ信号に変換するステップと、
前記第１のＲＦ信号を増幅して第１の増幅ＲＦ信号を生成するステップと、
前記第２のＲＦ信号を増幅して第２の増幅ＲＦ信号を生成するステップと、
前記第３のＲＦ信号を増幅して第３の増幅ＲＦ信号を生成するステップと、
前記第１の増幅ＲＦ信号、前記第２の増幅ＲＦ信号、および前記第３の増幅ＲＦ信号を、前記入力ＲＦ信号を増幅したものである出力ＲＦ信号に結合するステップと、
を含む、方法。
【請求項9】
前記入力ＲＦ信号を前記第１のＲＦ信号、前記第２のＲＦ信号、および前記第３のＲＦ信号に変換する前記ステップは、
前記入力ＲＦ信号を第１の分割ＲＦ信号と中間ＲＦ信号に分割するステップと、
前記中間ＲＦ信号を第２の分割ＲＦ信号と第３の分割ＲＦ信号に分割するステップと、
前記第１の分割ＲＦ信号の電力レベルを前記第１の電力レベルに調整して前記第１のＲＦ信号を生成するステップと、
前記第２の分割ＲＦ信号の電力レベルを前記第２の電力レベルに調整して前記第２のＲＦ信号を生成するステップと、
前記第３の分割ＲＦ信号の電力レベルを前記第３の電力レベルに調整して前記第３のＲＦ信号を生成するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
前記入力ＲＦ信号を第１の分割ＲＦ信号と中間ＲＦ信号に分割するステップと、
前記中間ＲＦ信号を第２の分割ＲＦ信号と第３の分割ＲＦ信号に分割するステップと、
前記第１の分割ＲＦ信号の電力レベルを前記第１の電力レベルに調整して前記第１のＲＦ信号を生成するステップと、
前記第２の分割ＲＦ信号の電力レベルを前記第２の電力レベルに調整して前記第２のＲＦ信号を生成するステップと、
前記第３の分割ＲＦ信号の電力レベルを前記第３の電力レベルに調整して前記第３のＲＦ信号を生成するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
高調波トラップを使用して、前記第１の分割ＲＦ信号、前記第２の分割ＲＦ信号、および前記第３の分割ＲＦ信号の高調波を低減させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、および前記第３のトランジスタは、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタである、請求項８に記載の方法。
【請求項12】
前記第１のサイズは、前記第２のサイズよりも小さい、請求項８に記載の方法。
【請求項13】
前記第１のサイズと前記第２のサイズの比率は、１対２である、請求項８に記載の方法。
【請求項14】
入力ＲＦ信号を受信するように構成されたトランスミッタと、
前記トランスミッタに接続された増幅器と、
を備え、
前記増幅器は、
入力周波数（ＲＦ）信号を第１のＲＦ信号、第２のＲＦ信号、および第３のＲＦ信号に変換するように構成された回路と、
第１のサイズを有する第１のトランジスタを含むキャリア増幅段であって、前記第１のＲＦ信号は、前記第１のトランジスタの電力容量に一致する第１の電力レベルを有し、前記第１のＲＦ信号を増幅して第１の増幅ＲＦ信号を生成するように構成されたキャリア増幅段と、
前記第１のサイズを有する第２のトランジスタを含む第１のピーク増幅段であって、前記第２のＲＦ信号は、前記第２のトランジスタの電力容量に一致する第２の電力レベルを有し、前記第２のＲＦ信号を増幅して第２の増幅ＲＦ信号を生成するように構成された第１のピーク増幅段と、
前記第１のサイズとは異なる第２のサイズを有する第３のトランジスタを含む第２のピーク増幅段であって、前記第３のＲＦ信号は、前記第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有し、前記第３のＲＦ信号を増幅して第３の増幅ＲＦ信号を生成するように構成された第２のピーク増幅段と、
を備え、
前記第１の増幅ＲＦ信号、前記第２の増幅ＲＦ信号、および前記第３の増幅ＲＦ信号は、前記入力ＲＦ信号を増幅したものである出力ＲＦ信号に結合される、
装置。
前記トランスミッタに接続された増幅器と、
を備え、
前記増幅器は、
入力周波数（ＲＦ）信号を第１のＲＦ信号、第２のＲＦ信号、および第３のＲＦ信号に変換するように構成された回路と、
第１のサイズを有する第１のトランジスタを含むキャリア増幅段であって、前記第１のＲＦ信号は、前記第１のトランジスタの電力容量に一致する第１の電力レベルを有し、前記第１のＲＦ信号を増幅して第１の増幅ＲＦ信号を生成するように構成されたキャリア増幅段と、
前記第１のサイズを有する第２のトランジスタを含む第１のピーク増幅段であって、前記第２のＲＦ信号は、前記第２のトランジスタの電力容量に一致する第２の電力レベルを有し、前記第２のＲＦ信号を増幅して第２の増幅ＲＦ信号を生成するように構成された第１のピーク増幅段と、
前記第１のサイズとは異なる第２のサイズを有する第３のトランジスタを含む第２のピーク増幅段であって、前記第３のＲＦ信号は、前記第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有し、前記第３のＲＦ信号を増幅して第３の増幅ＲＦ信号を生成するように構成された第２のピーク増幅段と、
を備え、
前記第１の増幅ＲＦ信号、前記第２の増幅ＲＦ信号、および前記第３の増幅ＲＦ信号は、前記入力ＲＦ信号を増幅したものである出力ＲＦ信号に結合される、
装置。
【請求項15】
前記回路は、第１の分割器と、第２の分割器と、第１の整合ネットワークと、第２の整合ネットワークと、第３の整合ネットワークと、を備え、
前記第１の分割器は、前記入力ＲＦ信号を第１の分割ＲＦ信号と中間ＲＦ信号に分割するように構成され、
前記第２の分割器は、前記中間ＲＦ信号を第２の分割ＲＦ信号と第３の分割ＲＦ信号に分割するように構成され、
前記第１の整合ネットワークは、前記第１の分割ＲＦ信号を調整して前記第１のＲＦ信号を生成するように構成され、
前記第２の整合ネットワークは、前記第２の分割ＲＦ信号を調整して前記第２のＲＦ信号を生成するように構成され、
前記第３の整合ネットワークは、前記第３の分割ＲＦ信号を調整して前記第３のＲＦ信号を生成するように構成される、
請求項１４に記載の装置。
前記第１の分割器は、前記入力ＲＦ信号を第１の分割ＲＦ信号と中間ＲＦ信号に分割するように構成され、
前記第２の分割器は、前記中間ＲＦ信号を第２の分割ＲＦ信号と第３の分割ＲＦ信号に分割するように構成され、
前記第１の整合ネットワークは、前記第１の分割ＲＦ信号を調整して前記第１のＲＦ信号を生成するように構成され、
前記第２の整合ネットワークは、前記第２の分割ＲＦ信号を調整して前記第２のＲＦ信号を生成するように構成され、
前記第３の整合ネットワークは、前記第３の分割ＲＦ信号を調整して前記第３のＲＦ信号を生成するように構成される、
請求項１４に記載の装置。
【請求項16】
前記第１の整合ネットワーク、前記第２の整合ネットワーク、および前記第３の整合ネットワークの各々は、前記第１の分割ＲＦ信号、前記第２の分割ＲＦ信号、および前記第３の分割ＲＦ信号の高調波をそれぞれ低減させる高調波トラップを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項17】
前記第１の増幅ＲＦ信号、前記第２の増幅ＲＦ信号、および前記第３の増幅ＲＦ信号を結合して前記出力ＲＦ信号を生成するように構成された出力ネットワークをさらに備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項18】
前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、および前記第３のトランジスタは、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタである、請求項１４に記載の装置。
【請求項19】
前記第１のサイズは、前記第２のサイズよりも小さい、請求項１４に記載の装置。
【請求項20】
前記第１のサイズと前記第２のサイズの比率は、１対２である、請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、無線電力伝送のための装置およびシステムに関する。より詳細には、本発明は、周波数（ＲＦ）電力増幅器に関する。
【背景技術】
【0002】
無線通信システムは、周波数（ＲＦ）信号の電力を増大させるために電力増幅器を採用する場合がある。無線通信システムにおいて、伝送路の最終増幅段における電力増幅器は、空中で放射するためのアンテナへの信号の増幅を促進することができる。高利得、高直線性、安定性、および高水準の電力付加効率は、このような無線通信システムにおいて望ましい増幅器の特性である。一般に、飽和電力に近い電力を電力増幅器が伝送する場合、電力増幅器は、最大電力効率で動作する場合がある。しかしながら、出力電力が減少するにつれて電力効率が低下する場合がある。したがって、現在および次世代の無線システムにとって、高効率の電力増幅器アーキテクチャが望ましいと考えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、様々なアーキテクチャは、半導体パッケージ設計の観点から課題を抱えている。例えば、一部の増幅器の半導体パッケージ設計では、各増幅経路を実現するように、デバイス、導体、および集積回路などのディスクリートコンポーネントの別個のセットが必要となる場合がある。これらのディスクリートコンポーネントの別個のセットは、異なる増幅経路間の信号結合に起因して発生し得る性能劣化を抑制するように、互いに特定の距離で離間するように維持される場合がある。したがって、異なる増幅経路間の距離を維持しながら比較的小さいサイズを有する電力増幅器を設計することは、課題となる場合がある。
【0004】
より小さいサイズを有する電力増幅器を設計するために、窒化ガリウム（ＧａＮ）デバイスが検討されている。ＧａＮデバイスは、他の材料のデバイスと比較して、より小型で、高電力密度、高効率、低スイッチング損失、およびより良好な熱管理を含む様々な利点を提供することができる。ＧａＮデバイスは、ワイドバンドギャップ半導体と呼ばれる半導体ファミリに属している。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、シリコン（Ｓｉ）またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などの一般的に使用される材料よりもバンドギャップが著しく大きい材料を指す場合がある。通常、ワイドバンドギャップとは、バンドギャップが例えば１または２電子ボルト（ｅＶ）よりも大きい材料を指す。ＧａＮのバンドギャップは、３．２電子ボルト（ｅＶ）（シリコンの約３倍）である。バンドギャップが広いことで、ＧａＮデバイスでは、半導体の伝導帯に価電子を励起するのに必要なエネルギーが増加して、より高い降伏電圧および高温でのより高い熱安定性という利点を提供することができる。さらに、ＧａＮの降伏電圧が高いことで、ＧａＮデバイスは、高電圧および高出力での用途でも破損することなく対応することができ、フットプリントを比較的小さく維持しながらＧａＮデバイスを電力用途に使用することができる。したがって、ＧａＮデバイスに基づく電力増幅器は、近接する増幅経路を有する場合がある。これにより、より小型の電力増幅器を得ることができる。ＧａＮは、周波数用途に対して、例えばシリコンよりも著しく高い場合がある電子移動度を有する。その結果、ＧａＮ結晶中の電子は、シリコンの場合よりも３０％超速く移動することができる。そのため、ＧａＮの電子移動度によって、ＧａＮは、ＲＦ用途などの特定の用途において、より高いスイッチング周波数に対応することができる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
以下、一部の実施例において、信号を増幅するための装置を全体として説明する。該装置は、入力周波数（ＲＦ）信号を第１のＲＦ信号、第２のＲＦ信号、および第３のＲＦ信号に変換するように構成された回路を含むことができる。さらに、該装置は、第１のサイズを有する第１のトランジスタを含むキャリア増幅段を含むことができる。第１のＲＦ信号は、第１のトランジスタの電力容量に一致する第１の電力レベルを有することができ、キャリア増幅段は、第１のＲＦ信号を増幅して第１の増幅ＲＦ信号を生成するように構成され得る。さらに、該装置は、第１のサイズを有する第２のトランジスタを含む第１のピーク増幅段を含むことができる。第２のＲＦ信号は、第２のトランジスタの電力容量に一致する第２の電力レベルを有することができ、第１のピーク増幅段は、第２のＲＦ信号を増幅して第２の増幅ＲＦ信号を生成するように構成される。さらに、該装置は、第１のサイズとは異なる第２のサイズを有する第３のトランジスタを含む第２のピーク増幅段を含むことができる。第３のＲＦ信号は、第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有することができ、第２のピーク増幅段は、第３のＲＦ信号を増幅して第３の増幅ＲＦ信号を生成するように構成され得る。第１の増幅ＲＦ信号、第２の増幅ＲＦ信号、および第３の増幅ＲＦ信号は、入力ＲＦ信号を増幅したものであり得る出力ＲＦ信号に結合され得る。
【0006】
また、一部の実施例において、信号を増幅するための方法を全体として説明する。該方法は、入力周波数（ＲＦ）信号を、キャリア増幅段において第１のサイズを有する第１のトランジスタの電力容量に一致する第１の電力レベルを有する第１のＲＦ信号に変換するステップを含むことができる。さらに、該方法は、入力周波数（ＲＦ）信号を、第１のピーク増幅段において第１のサイズを有する第２のトランジスタの電力容量に一致する第２の電力レベルを有する第２のＲＦ信号に変換するステップを含むことができる。さらに、該方法は、入力周波数（ＲＦ）信号を、第２のピーク増幅段において第２のサイズを有する第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有する第３のＲＦ信号に変換するステップを含むことができる。さらに、該方法は、第１のＲＦ信号を増幅して第１の増幅ＲＦ信号を生成するステップを含むことができる。さらに、該方法は、第２のＲＦ信号を増幅して第２の増幅ＲＦ信号を生成するステップを含むことができる。さらに、該方法は、第３のＲＦ信号を増幅して第３の増幅ＲＦ信号を生成するステップを含むことができる。さらに、該方法は、第１の増幅ＲＦ信号、第２の増幅ＲＦ信号、および第３の増幅ＲＦ信号を、入力ＲＦ信号を増幅したものである出力ＲＦ信号に結合するステップを含むことができる。
【0007】
また、一部の実施例において、信号を増幅するための装置を全体として説明する。該装置は、入力ＲＦ信号を受信するように構成されたトランスミッタを含むことができる。さらに、該装置は、トランスミッタに接続された増幅器を含むことができる。増幅器は、入力周波数（ＲＦ）信号を第１のＲＦ信号、第２のＲＦ信号、および第３のＲＦ信号に変換するように構成された回路を含むことができる。さらに、増幅器は、第１のサイズを有する第１のトランジスタを含むキャリア増幅段を含むことができる。第１のＲＦ信号は、第１のトランジスタの電力容量に一致する第１の電力レベルを有することができる。キャリア増幅段は、第１のＲＦ信号を増幅して第１の増幅ＲＦ信号を生成するように構成され得る。さらに、増幅器は、第１のサイズを有する第２のトランジスタを含む第１のピーク増幅段を含むことができる。第２のＲＦ信号は、第２のトランジスタの電力容量に一致する第２の電力レベルを有することができる。第１のピーク増幅段は、第２のＲＦ信号を増幅して第２の増幅ＲＦ信号を生成するように構成され得る。さらに、増幅器は、第１のサイズとは異なる第２のサイズを有する第３のトランジスタを含む第２のピーク増幅段を含むことができる。第３のＲＦ信号は、第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有することができる。第２のピーク増幅段は、第３のＲＦ信号を増幅して第３の増幅ＲＦ信号を生成するように構成され得る。第１の増幅ＲＦ信号、第２の増幅ＲＦ信号、および第３の増幅ＲＦ信号は、入力ＲＦ信号を増幅したものであり得る出力ＲＦ信号に結合され得る。
【0008】
上述した概要は、例示的なものであり、いかなる場合でも限定的であることを意図していない。上述した例示的な態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴が、添付の図面および以下の詳細な説明を参照することで明らかになるであろう。図において、同様の参照符号は、同一または機能的に類似する要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】一実施形態における３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャを実現することができる例示的な装置を示す図である。
【図3】一実施形態における３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャを実現することができる増幅器モジュールの最上層を示す図である。
【図5】一実施形態における３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャを実現することができる例示的なシステムを示す図である。
【図6】一実施形態における３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャを実現することができる例示的な通信システムを示す図である。
【図7】一実施形態における３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャを実現する工程を示すフロー図である。
【図8】一実施形態における３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャを実現する別の工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下の説明では、本願の様々な実施形態の理解を促すために、特定の構造、構成要素、材料、寸法、処理ステップ、および技術などを含む多数の特定の詳細が記載されている。しかしながら、当業者であれば、本願の様々な実施形態が、これらの具体的な詳細なしに実現され得ることを理解するであろう。場合によっては、本願を不明瞭にしないために、既知の構造または処理ステップの詳細に関する説明を省略する。
【0011】
図１は、一実施形態における３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャを実現することができる例示的な装置１００を示す図である。装置１００は、少なくとも３つの増幅段を有する電力増幅器であってもよい。図１に示す実施例において、装置１００は、キャリア（または主要）増幅段１０１と、ピーク（または補助）増幅段１０２と、ピーク（または補助）増幅段１０３と、を含んでもよい。さらに、装置１００は、回路１１０と、回路１３０と、を含んでもよい。回路１１０は、分割器、整合ネットワーク、および／または本明細書に記載のシステムおよび方法を実現することができる他の回路およびコンポーネントを含む回路であってもよい。図１に示す実施例において、回路１１０は、分割器１１２と、分割器１１４と、入力整合ネットワーク１２１と、入力整合ネットワーク１２２と、入力整合ネットワーク１２３と、を含んでもよい。
【0012】
一実施例において、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３の各々は、１つのパワートランジスタを含んでもよい。別の実施例において、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３のうちの１つまたは複数は、直列に結合された２つのパワートランジスタ（例えば、ＧａＮトランジスタ）を含む２段デバイスであってもよい。これらの２段デバイスにおいて、一方のトランジスタがドライバとして機能してよく、他方のトランジスタが出力増幅トランジスタとして機能してもよい。一実施形態において、増幅段１０１は、ＡＢ級増幅器としてバイアスされており、増幅器１０２および１０３は、Ｂ級またはＣ級増幅器であり得る。
【0013】
一実施例において、キャリア増幅段１０１は、第１のサイズを有する１つまたは複数のパワートランジスタを含んでもよい。ピーク増幅段１０２は、第１のサイズ（例えば、キャリア増幅段１０１のパワートランジスタと同じサイズ）を有する１つまたは複数のパワートランジスタを含んでもよい。ピーク増幅段１０３は、第２のサイズを有する１つまたは複数のパワートランジスタを含んでもよい。ここで、第２のサイズは、第１のサイズよりも大きくてもよい。そのため、ピーク増幅段１０３は、キャリア増幅段およびピーク増幅段１０２のパワートランジスタよりもサイズまたはゲート周辺が大きいパワートランジスタを含んでもよい。例示的な実施形態において、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３におけるトランジスタのサイズの比率は、１対１対２（１：１：２）であってもよい。例えば、キャリア増幅段１０１およびピーク増幅段１０２を実現するパワートランジスタのサイズ（例えば、ゲート周辺のサイズ）は、約４ｍｍであってもよく、ピーク増幅段１０３を実現するパワートランジスタのサイズは、約８ｍｍであってもよい。キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３のうちのパワートランジスタは、窒化ガリウム系金属－半導体電界効果トランジスタ（ＧａＮ系ＭＥＳＦＥＴ）、ＧａＮ系高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ＧａＮ系ヘテロ構造電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）などの窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタ、シリコン系横方向拡散型金属酸化膜半導体（ＬＤＭＯＳ）、シリコン系相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系デバイスなどであってもよい。
【0014】
回路１１０、すなわち装置１００は、入力周波数（ＲＦ）信号ＲＦ＿ｉｎを受信してもよい。分割器１１２は、入力ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎを第１の分割ＲＦ信号ＲＦ＿１と中間ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎｔに分割するように構成されてもよい。分割器１１４は、中間ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎｔを第２の分割ＲＦ信号ＲＦ＿２と第３の分割ＲＦ信号ＲＦ＿３に分割するように構成されてもよい。分割ＲＦ信号ＲＦ＿１は、キャリア増幅段１０１に入力されてもよく、分割ＲＦ信号ＲＦ＿２は、ピーク増幅段１０２に入力されてもよく、分割ＲＦ信号ＲＦ＿３は、ピーク増幅段１０３に入力されてもよい。例えば、分割器１１２の電力分割比は１：３であり得、分割器１１４の電力分割比は１：２であり得る。一実施例において、分割器１１２および１１４の各々は、電力分割器、位相調整器、減衰器、表面実装受動部品（例えば、抵抗器、インダクタ、キャパシタ）および／または他のタイプのコンポーネントなど、ＲＦ信号の分割を容易する様々なコンポーネントを含んでもよい。例えば、分割器１１４の位相調整器は、分割ＲＦ信号ＲＦ＿３に位相シフトを実行して分割ＲＦ信号ＲＦ＿３に遅延１１６を適用してもよい。ここで、遅延１１６は、９０度の位相シフトを提供する４分の１波長伝送線によって実現され得る。
【0015】
入力ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎによって供給される電力は、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３のうちのどれがスイッチオンされ得るかを決定してもよい。一実施例において、キャリア増幅段１０１は、入力ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎの電力レベルに関係なく、常にスイッチオンされてもよい。入力ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎの電力レベルが増加するにつれて、スイッチオンされる増幅段の数も増加してもよいスイッチオン。例えば、入力信号ＲＦ＿ｉｎの最小電力レベルは、ＲＦ＿１の電力レベルがキャリア増幅段１０１のパワートランジスタをスイッチオンするのに十分であるが（この段は電力入力に関係なくオンであってよい）、ＲＦ＿２およびＲＦ＿３の電力レベルがピーク増幅段１０２および１０３のパワートランジスタをスイッチオンするには不十分である電力分割を引き起こす場合がある。別の実施例において、最小電力レベルよりも大きい、入力信号ＲＦ＿ｉｎの特定の電力レベルは、ＲＦ＿１およびＲＦ＿２の電力レベルがキャリア増幅段１０１およびピーク増幅段１０２のパワートランジスタをそれぞれスイッチオンするのに十分であるが、ＲＦ＿３の電力レベルがピーク増幅段１０３のパワートランジスタをスイッチオンするのに不十分である電力分割を引き起こす場合がある。別の実施例において、最小電力レベルよりも大きい、入力信号ＲＦ＿ｉｎの別の特定の電力レベルは、ＲＦ＿１、ＲＦ＿２、およびＲＦ＿３の電力レベルがキャリア増幅段１０１、ならびにピーク増幅段１０２および１０３のパワートランジスタをそれぞれスイッチオンするのに十分である電力分割を引き起こす場合がある。例えば、ＲＦ＿ｉｎが３０デシベルミリワット（ｄＢｍ）すなわち１ワット（Ｗ）である場合、ＲＦ＿１は２４ｄＢｍ（または０．２５Ｗ）、ＲＦ＿ｉｎｔは２８．８ｄＢｍ（または０．７５Ｗ）、ＲＦ＿２は２４ｄＢｍ（または０．２５Ｗ）、およびＲＦ＿３は２７ｄＢｍ（または０．５Ｗ）となる。
【0016】
入力整合ネットワーク１２１、１２２、および１２３は、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３に対してそれぞれ入力インピーダンス整合を行うように構成されてもよい。一実施例において、入力整合ネットワーク１２１、１２２、および１２３は、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３に流入する高調波電流を低減させるように構成された高調波トラップをそれぞれ含んでもよい。入力整合ネットワーク１２１、１２２、および１２３によって行われるインピーダンス整合は、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３にそれぞれ入力されるＲＦ信号を制御してもよい。例えば、入力整合ネットワーク１２１、１２２、および１２３は、分割ＲＦ信号ＲＦ＿１、ＲＦ＿２、およびＲＦ＿３がキャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３にそれぞれ入力される前に、それらの電力レベルを制御してもよい。整合ネットワークは、インピーダンス整合に加えて、入力信号の周波数特性を画定するために使用される。
【0017】
入力整合ネットワーク１２１、１２２、および１２３、ならびに電力分割器１１２および１１４は、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３のパワートランジスタの電力容量に一致するように共に協働して、バックオフ状態において高い効率性能を維持する。入力整合ネットワーク１２１、１２２、および１２３、ならびに回路１３０は、キャリア増幅段１０１を負荷変調する必要がない場合があるように、電力増幅器を高いバックオフ効率で動作させ続ける。なお、ＧａＮトランジスタは、他の材料（例えばＳｉ）から構成されたトランジスタよりも高い電力容量を有する傾向があることに留意されたい。したがって、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３にＧａＮトランジスタを使用することで、より高い電力を有するＲＦ信号を出力することができる場合がある。例えば、総出力電力は５２ｄＢｍ（または１５８．４Ｗ）となり、装置１００によって実現されるトポロジーは、約８～１０デシベル（ｄＢ）という大きいバックオフで高効率（例えば、完全高調波終端では７８．５％に近い）を実現することができる。入力整合ネットワーク１２１、１２２、および１２３は、整合されたＲＦ信号ＲＦ＿１ｍ、ＲＦ＿２ｍ、およびＲＦ＿３ｍを、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３にそれぞれ出力してもよい。
【0018】
キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３は、入力整合ネットワーク１２１、１２２、および１２３から整合されたＲＦ信号ＲＦ＿１ｍ、ＲＦ＿２ｍ、およびＲＦ＿３ｍをそれぞれ受信してもよい。キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３は、整合されたＲＦ信号ＲＦ＿１ｍ、ＲＦ＿２ｍ、およびＲＦ＿３ｍを増幅して増幅ＲＦ信号ＲＦ＿１ａ、ＲＦ＿２ａ、およびＲＦ＿３ａをそれぞれ生成してもよい。増幅ＲＦ信号ＲＦ＿１ａ、ＲＦ＿２ａ、およびＲＦ＿３ａは、（回路１３０内の）ノード１２７で結合されて、結合されたＲＦ信号ＲＦ＿Ｃを形成してもよい。一実施例において、回路１３０は、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３の出力に接続された共振回路を含んでもよい。例えば、共振回路１２４、１２５、および１２６は、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３の出力端子にそれぞれ接続されてもよい。例示的な実施形態において、共振回路１２４、１２５、および１２６は、４分の１波長伝送線の集中等価物の実現、増幅段１０１、１０２、および１０３の出力容量の一部の共振、ならびに増幅段１０１、１０２、および１０３のドレインへのＤＣバイアスの供給に使用することができる。
【0019】
一実施例において、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３の各々は、スイッチオンされることに応答して、整合されたＲＦ信号（例えば、ＲＦ＿１ｍ、ＲＦ＿２ｍ、およびＲＦ＿３ｍ）を増幅してもよい。例えば、キャリア増幅段１０１およびピーク増幅段１０２がスイッチオンされ、ピーク増幅段１０３がスイッチオフされている場合、キャリア増幅段１０１およびピーク増幅段１０２によってＲＦ＿１ｍおよびＲＦ＿２ｍのみが増幅され、ピーク増幅段１０３は、いかなるＲＦ信号も出力しないようになっている。
【0020】
結合されたＲＦ信号ＲＦ＿Ｃは、変圧器１０５を介して負荷１０４に提供されてもよい。一実施例において、負荷１０４は、フェーズドアレイアンテナであってもよく、アンテナに接続されたサーキュレータの入力であってもよい。変圧器１０５は、最大電力転送を達成するために、負荷１０４（例えば、アンテナ）のインピーダンスと結合ノード１２７における出力インピーダンスとを整合させるために使用され得る。回路１３０は、負荷変調を実行するために追加のコンポーネントおよび／またはフットプリントを必要とする場合がある従来の出力ネットワークと比較して、比較的小型（例えば、より少ない数のコンポーネントおよびフットプリントを有する）であってもよい。さらに、回路１３０は、出力ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔで比較的広い帯域幅が達成されるように、負荷変調を実行しない結合ネットワークを提供する。例えば、従来の負荷変調電力増幅器は、キャリア電力増幅器の負荷を高効率状態から高出力状態へ変更することに依存している。一般的に、高効率状態は、高出力状態と比較して、周波数分散性が高い。より大きいバックオフ効率の要件に対しては、この変調の範囲は、３：１の負荷変調、または４：１の負荷変調のように、非常に高くなる可能性がある。そのため、周波数は制限され得る。装置１００によって、キャリア増幅段１０１およびピーク増幅段１０２は、負荷変調なしで２：１のインピーダンスに整合することができ、より低いインピーダンス変換で同様の高いバックオフ効率を達成し、帯域幅を効果的に増大させることができる。
【0021】
図２は、一実施形態における図１の例示的な装置の追加の詳細を示す図である。図２に示す実施例において、回路１１０は、プレドライバ２０２と、ドライバ２０４と、をさらに含んでもよい。一実施例において、プレドライバ２０２およびドライバ２０４は、入力ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎによって供給されている信号を増幅するように構成されてもよく、入力ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎを分割器１１２に入力する前に、入力ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎの様々な属性（周波数特性など）を調整して入力ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎを最適化してもよい。入力整合ネットワーク１２１、１２２、および１２３は、分割ＲＦ信号ＲＦ＿１、ＲＦ＿２、およびＲＦ＿３の電力レベル、およびそれらの周波数特性を調整することができる、抵抗器、インダクタ、またはキャパシタなどの様々なディスクリートコンポーネントを含んでもよい。入力整合ネットワーク１２１、１２２、および１２３は、キャリア増幅段１０１、ピーク増幅段１０２、およびピーク増幅段１０３に流入する高調波電流を制御または最適化するように構成された高調波トラップ２１１、２１２、および２１３をそれぞれ含んでもよい。一実施形態において、分割器１１２および１１４は、図１に示すようにブロック１１２および１１４として個別に実装される。成分値は、増幅器の帯域幅にわたって正しい電力分割が達成されるように選択される。整合ネットワーク１２１、１２２、および１２３は、増幅段１０１、１０２、および１０３の入力にバンドパス応答をそれぞれ提供することができる。
【0022】
図３は、一実施形態における３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャを実現することができる増幅器モジュールの最上層を示す図である。図３に示す増幅器モジュール３００の最上層は、別のデバイスに埋め込まれるまたは統合される半導体パッケージデバイスであってもよい。増幅器モジュール３００は、基板３０２を含んでもよく、基板３０２は、様々な回路要素を実装するための実装面３０４を含んでもよい。プレドライバ要素を有する利得段３１０は、図２に示すプレドライバ２０２を表すことができ、実装面３０４上に実装される。ドライバ要素を有する利得段３１２は、図２に示すドライバ２０４を表すことができ、実装面３０４上に実装される。図１および図２に示す分割器１１２を表す分割器要素３１６が実装面３０４上に実装される。図１および図２に示す分割器１１４を表す分割器要素３１８が実装面３０４上に実装される。図１に示す変圧器１０５を表す変圧器要素３３０が実装面３０４上に実装される。
【0023】
図１および図２に示すキャリア増幅段１０１を表すキャリア増幅器ダイ３２０が実装面３０４上に実装される。図１および図２に示すピーク増幅段１０２を表すピーク増幅器ダイ３２２が実装面３０４上に実装される。図１および図２に示すピーク増幅段１０３を表すピーク増幅器ダイ３２４が実装面３０４上に実装される。なお、ピーク増幅器ダイ３２４は、キャリア増幅器ダイ３２０およびピーク増幅器ダイ３２２よりも比較的大きいサイズを有する。また、キャリア増幅器ダイ３２０およびピーク増幅器ダイ３２２は、略同じサイズを有する。
【0024】
分割器要素３１６および３１８、キャリア増幅器ダイ３２０、ピーク増幅器ダイ３２２、およびピーク増幅器ダイ３２４は、増幅器モジュール３００の増幅段３０６を形成してもよい。一実施例において、キャリア増幅器ダイ３２０、ピーク増幅器ダイ３２２、およびピーク増幅器ダイ３２４は、キャリア増幅器ダイ３２０、ピーク増幅器ダイ３２２、およびピーク増幅器ダイ３２４を通る信号経路の一部の方向が非平行であるように、非平行に配向されてもよい。キャリア増幅器ダイ３２０、ピーク増幅器ダイ３２２、およびピーク増幅器ダイ３２４を非平行に配向することで、信号経路の非平行部間の結合が低減され得る。
【0025】
一実施例において、キャリア増幅器ダイ３２０、ピーク増幅器ダイ３２２、およびピーク増幅器ダイ３２４の各々は、動作中に熱を生成することができるモノリシックパワートランジスタ集積回路（ＩＣ）であってもよい。さらに、基板３０２は、ヒートシンクおよび接地基準へのアクセスを提供するように、キャリア増幅器ダイ３２０、ピーク増幅器ダイ３２２、およびピーク増幅器ダイ３２４に接続された電気的および熱的に伝導性のトレンチ、コイン、またはスラグを含んでもよい。
【0026】
図４は、一実施形態における図３の増幅器モジュール３００の追加の詳細を示す図である。図４に示す実施例において、図３に示す実施例と比較して、追加の要素が実装面３０４上に実装されている。例えば、導電性のランディングパッド４０２は、増幅器モジュール３００が入力ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎを受信するための入力ノードとして機能してもよい。別の導電性のランディングパッド４０４は、増幅器モジュール３００が出力ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔを出力するための出力ノードとして機能してもよい。
【0027】
別の実施例において、実装面３０４上の様々なノードは、異なる電源に接続されてもよく、実装面３０４上に実装された要素に電力が容易に供給されるようになっていてもよい。例えば、ノード４１０およびノード４１２は、プレドライバ要素３１０およびドライバ３１２をそれぞれ動作させるための電力を供給する導電性接点を含んでもよい。別の実施例において、ノード４２０、ノード４２２、およびノード４２４は、キャリア増幅器ダイ３２０、ピーク増幅器ダイ３２２、およびピーク増幅器ダイ３２４をそれぞれ動作させるための電力を供給する導電性接点を含んでもよい。別のノード４０８は、増幅器モジュール３００全体に電力を供給する導電性接点を含んでもよい。
【0028】
図５は、一実施形態における３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャを実現することができる例示的なシステム５００を示す図である。システム５００は、図１に示すシステム１００として個別に実現されてもよい。システム５００は、回路１１０と、回路１３０と、半導体パッケージであり得るパッケージデバイス５０２および５０４と、を含んでもよい。パッケージデバイス５０２および５０４は、１つまたは複数の半導体装置または集積回路を含む半導体パッケージであってもよい。例えば、パッケージデバイス５０２は、キャリア増幅段１０１と、ピーク増幅段１０２と、入力整合ネットワーク１２１と、入力整合ネットワーク１２２と、を含んでもよい。パッケージデバイス５０４は、ピーク増幅段１０３と、入力整合ネットワーク１２３と、を含んでもよい。パッケージデバイス５０２は、同一のトランジスタと入力プレマッチ（例えば、入力整合ネットワーク１２１および１２２による整合）を含むデュアルパスのディスクリートパッケージトランジスタデバイスとして実現されてもよい。パッケージデバイス５０４は、入力プレマッチ（例えば、入力整合ネットワーク１２３による整合）を含むシングルパスのディスクリートパッケージトランジスタデバイスとして実現されてもよい。一実施例において、システム５００は、回路１１０、回路１３０、ならびにパッケージデバイス５０２および５０４をプリント回路基板（ＰＣＢ）上に実装することで形成されてもよい。
【0029】
図６は、一実施形態における３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャを実現することができる例示的な通信システム６００を示す図である。通信システム６００は、トランスミッタ６０１およびレシーバ６２０を含むトランシーバで実現されてもよい。ここで、トランスミッタ６０１は、回路６０２と、増幅器モジュール６１０と、を含むことができる。トランスミッタ６０１は、入力ＲＦ信号ＴＸ＿ｉｎを受信するように構成されてもよい。トランスミッタ６０１は、増幅される前に入力ＲＦ信号ＴＸ＿ｉｎの利得および位相を調整することができる利得制御回路および位相制御回路などの制御要素を含むフロントエンド回路を含んでもよい。通信システム６００の増幅段は、増幅器モジュール６１０を含んでもよい。増幅器モジュール６１０は、Ｎ個の増幅段を含んでもよく、入力ＲＦ信号ＴＸ＿ｉｎを増幅して増幅ＲＦ信号ＴＸ＿ｏｕｔを生成するように構成されてもよい。一実施例において、Ｎ＝３の場合、増幅器６１０は、電力分割、特定のサイズを有するパワートランジスタ（例えば、ＧａＮトランジスタであってもよい）に対する入力インピーダンス整合、および負荷変調を使用しないことを含む場合があるアプローチを使用して増幅を実現するように、図１および図２に示す装置１００、または図３および図４に示す増幅器モジュール３００を実現してもよい。さらに、システム６００は、トランスミッタ６０２と増幅器モジュール６１０との間に接続された回路６２４を含んでもよい。回路６２４は、増幅器モジュール６１０に対する電力増幅バイアスの制御および／またはスイッチング補償および温度補償を提供するように構成されてもよい。
【0030】
増幅ＲＦ信号ＴＸ＿ｏｕｔは、アンテナ６０８に送信されてもよい。一実施例において、増幅ＲＦ信号ＴＸ＿ｏｕｔは、フィードバック信号６０４として、例えば、トランスミッタ６０２または他のコントローラにフィードバックされてもよい。一実施形態において、装置６００は、通常、デジタルプリディストーションシステムとして知られているシステムとループ状に接続される。フィードバック信号６０４は、装置６００の出力を監視するようにデジタルプリディストーションシステムに提供され得る。デジタルプリディストーションシステムは、アンテナの性能を維持して安定させるために、フィードバック信号６０４を処理してそのレベル、振幅、位相、および帯域幅などを調整する。サーキュレータ６０６は、トランスミッタ６０１の出力とアンテナ６０８との間に接続され得る。サーキュレータ６０６は、装置６００に対して起動される伝送モードまたは受信モードに応答してアンテナ６０８へ流れる電流、またはアンテナ６０８から流れる電流を方向転換するなどして、アンテナの破損を防止するために使用され得る。一実施例において、サーキュレータ６０６は、通信システム６００が伝送モードで動作しているときに、増幅器モジュール６１０の出力とアンテナ６０８とを接続するように切り替えられてもよい。また、サーキュレータ６０６は、通信システムが受信モードで動作しているときに、アンテナ６０８とレシーバ６２０とを接続するように切り替えられてもよい。受信モードにおいて、アンテナ６０８は、ＲＦ信号ＲＸ＿ｉｎを受信してもよく、レシーバ６２０は、ＲＦ信号ＲＸ＿ｉｎの位相、受信角度、および振幅などを決定して受信ＲＦ信号ＲＸ＿ｏｕｔを生成するなど、ＲＦ信号ＲＸ＿ｉｎを処理するように構成されてもよい。
【0031】
図７は、一実施形態における３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャを実現する工程７００を示すフロー図である。図７に示す工程７００は、例えば、上述した装置１００を使用して実行されてもよい。例示的な工程は、１つまたは複数のブロック７０２、７０４、７０６、７０８、７１０、７１２、および／または７１４で示すような１つまたは複数の動作、操作、または機能を含んでもよい。図においてこれらのブロックは個別に示されているが、所望の実装に応じて、ブロックが増えるように分割されてもよく、ブロックが減るように結合または省略されてもよく、ブロックを異なる順序で、または並行して実行してもよい。
【0032】
工程７００は、ブロック７０２で開始することができる。ブロック７０２において、装置は、入力周波数（ＲＦ）信号を第１のＲＦ信号に変換することができる。第１のＲＦ信号は、キャリア増幅段において第１のサイズを有する第１のトランジスタの電力容量に一致する第１の電力レベルを有することができる。次いで、工程７００は、ブロック７０２からブロック７０４へ進むことができる。ブロック７０４において、装置は、入力周波数（ＲＦ）信号を第２のＲＦ信号にさらに変換することができる。第２のＲＦ信号は、第１のピーク増幅段において第１のサイズを有する第２のトランジスタの電力容量に一致する第２の電力レベルを有することができる。次いで、工程７００は、ブロック７０４からブロック７０６へ進むことができる。ブロック７０６において、装置は、入力周波数（ＲＦ）信号を第３のＲＦ信号にさらに変換することができる。第３のＲＦ信号は、第２のピーク増幅段において第２のサイズを有する第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有することができる。一実施形態において、第１のサイズを第２のサイズよりも小さくすることができる。別の実施形態において、第１のサイズと第２のサイズの比率は、１対２であり得る。別の実施形態において、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、および第３のトランジスタは、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタであり得る。
【0033】
一実施形態において、入力ＲＦ信号を第１のＲＦ信号、第２のＲＦ信号、および第３のＲＦ信号に変換するステップは、入力ＲＦ信号を第１の分割ＲＦ信号と中間ＲＦ信号に分割するステップと、中間ＲＦ信号を第２の分割ＲＦ信号と第３の分割ＲＦ信号に分割するステップと、を含むことができる。さらに、一実施形態において、装置は、高調波トラップを使用して、第１の分割ＲＦ信号、第２の分割ＲＦ信号、および第３の分割ＲＦ信号の高調波を低減させることができる。さらに、装置は、第１の分割ＲＦ信号の電力レベルを第１の電力レベルに調整して第１のＲＦ信号を生成し、第２の分割ＲＦ信号の電力レベルを第２の電力レベルに調整して第２のＲＦ信号を生成し、第３の分割ＲＦ信号の電力レベルを第３の電力レベルに調整して第３のＲＦ信号を生成することができる。
【0034】
次いで、工程７００は、ブロック７０６からブロック７０８へ進むことができる。ブロック７０８において、装置は、第１のＲＦ信号をさらに増幅して第１の増幅ＲＦ信号を生成することができる。次いで、工程７００は、ブロック７０８からブロック７１０へ進むことができる。ブロック７１０において、装置は、第２のＲＦ信号をさらに増幅して第２の増幅ＲＦ信号を生成することができる。次いで、工程７００は、ブロック７１０からブロック７１２へ進むことができる。ブロック７１２において、装置は、第３のＲＦ信号をさらに増幅して第３の増幅ＲＦ信号を生成することができる。次いで、工程７００は、ブロック７１２からブロック７１４へ進むことができる。ブロック７１４において、装置は、第１の増幅ＲＦ信号、第２の増幅ＲＦ信号、および第３の増幅ＲＦ信号を、入力ＲＦ信号を増幅したものである出力ＲＦ信号にさらに結合することができる。
【0035】
図８は、一実施形態における３ウェイ結合ＲＦ電力増幅器アーキテクチャを実現する別の工程８００を示すフロー図である。図８に示す工程８００は、例えば、上述した装置１００を使用して実行されてもよい。例示的な工程は、１つまたは複数のブロック８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２、および／または８１４で示すような１つまたは複数の動作、操作、または機能を含んでもよい。図においてこれらのブロックは個別に示されているが、所望の実装に応じて、ブロックが増えるように分割されてもよく、ブロックが減るように結合または省略されてもよく、ブロックを異なる順序で、または並行して実行してもよい。
【0036】
工程８００は、図１に示す項目を参照してもよい。工程８００は、ブロック８０２で開始することができる。ブロック８０２において、装置は、入力周波数（ＲＦ）信号（ＲＦ＿ｉｎ）を、第１のＲＦ信号（ＲＦ＿１）および中間ＲＦ信号（ＲＦ＿ｉｎｔ）を含む２つのＲＦ信号に変換することができる。第１のＲＦ信号は、キャリア増幅段において第１のサイズを有する第１のトランジスタの電力容量に一致する第１の電力レベルを有することができる。一実施形態において、入力ＲＦ信号をＲＦ＿１およびＲＦ＿ｉｎｔに変換するステップは、入力ＲＦ信号をＲＦ＿１とＲＦ＿ｉｎｔに分割するステップを含むことができる。
【0037】
次いで、工程８００は、ブロック８０２からブロック８０４へ進むことができる。ブロック８０４において、装置は、ＲＦ＿ｉｎを、第２のＲＦ信号（ＲＦ＿２）および第３のＲＦ信号（ＲＦ＿３）を含む２つのＲＦ信号に変換することができる。第２のＲＦ信号は、第１のピーク増幅段において第１のサイズを有する第２のトランジスタの電力容量に一致する第２の電力レベルを有することができる。第３のＲＦ信号は、第２のピーク増幅段において第２のサイズを有する第３のトランジスタの電力容量に一致する第３の電力レベルを有することができる。一実施形態において、ＲＦ＿ｉｎｔをＲＦ＿２およびＲＦ＿３に変換するステップは、信号ＲＦ＿ｉｎｔをＲＦ＿２とＲＦ＿３に分割するステップを含むことができる。一実施形態において、第１のサイズを第２のサイズよりも小さくすることができる。別の実施形態において、第１のサイズと第２のサイズの比率は、１対２であり得る。別の実施形態において、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、および第３のトランジスタは、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタであり得る。
【0038】
次いで、工程８００は、ブロック８０４からブロック８０６へ進むことができる。ブロック８０６において、装置は、ＲＦ＿１を増幅して第１の増幅ＲＦ信号（ＲＦ＿１ａ）を生成することができる。次いで、工程８００は、ブロック８０６からブロック８０８へ進むことができる。ブロック８０８において、装置は、ＲＦ＿２を増幅して第２の増幅ＲＦ信号（ＲＦ＿２ａ）を生成することができる。次いで、工程８００は、ブロック８０８からブロック８１０へ進むことができる。ブロック８１０において、装置は、ＲＦ＿３を増幅して第３の増幅ＲＦ信号（ＲＦ＿３ａ）を生成することができる。次いで、工程８００は、ブロック８１０からブロック８１２へ進むことができる。ブロック８１２において、装置は、ＲＦ＿１ａ、ＲＦ＿２ａ、およびＲＦ＿３ａを、ＲＦ＿ｉｎを増幅したものであるＲＦ信号（ＲＦ＿Ｃ）に結合することができる。次いで、工程８００は、ブロック８１２からブロック８１４へ進むことができる。ブロック８１４において、装置は、変圧器（例えば、図１に示す変圧器１０５）を介して、ＲＦ＿Ｃを出力ＲＦ信号（ＲＦ＿ｏｕｔ）に変換することができる。
【0039】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためにのみ使用されており、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用される単数を表す用語は、特に明示されない限り、その複数を含むことも意図している。また、本明細書で使用される「備える」という用語は、記載されている特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を画定するが、１つまたは複数の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除しないことに留意されたい。
【0040】
添付の特許請求の範囲に記載のすべての手段またはステップと機能要素の対応する構造、材料、操作、およびそれらの等価物は、具体的に記載されている他の要素と組み合わせて機能を実現するための任意の構造、材料、または操作を包含することを意図している。本発明の説明は例示および説明のために提供されているが、網羅的であること、または開示された形態の本発明に限定されることを意図していない。当業者には、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、多くの修正および変形を適用することができることが明らかであろう。上述した実施形態は、本発明の原理および実用化を最適に説明するために、また、検討される特定の用途に適するように種々の修正を伴う様々な実施形態について本発明を当業者が理解できるように、選択および説明されたものである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【外国語明細書】