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特許7482797フロントエンドシステム、チャージポンプ電圧を生成する方法、及びチャージポンプ
(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】
(24)【登録日】2024-05-02
(45)【発行日】2024-05-14
(54)【発明の名称】フロントエンドシステム、チャージポンプ電圧を生成する方法、及びチャージポンプ
(51)【国際特許分類】
H02M 3/07 20060101AFI20240507BHJP
【ＦＩ】
H02M3/07
【請求項の数】
20
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021000633
(22)【出願日】2021-01-06
(65)【公開番号】P2021112122
(43)【公開日】2021-08-02
【審査請求日】2023-12-28
(31)【優先権主張番号】62/958,890
(32)【優先日】2020-01-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】503031330
【氏名又は名称】スカイワークス ソリューションズ，インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＳＫＹＷＯＲＫＳ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ，ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100111235
【弁理士】
【氏名又は名称】原 裕子
(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】ラム、 ルイ
【審査官】栗栖 正和
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００９１０４５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／００７４４８１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１４９３２８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１４／０６２８３２（ＷＯ，Ａ２）
【文献】特表２００５－５１５６５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２２３８２９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ３／０７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
フロントエンドシステムであって、無線周波数スイッチと、
スイッチ有効信号の第１状態においてチャージポンプ電圧により前記無線周波数スイッチにバイアスを与えるべく構成されたスイッチコントローラと、
チャージポンプ出力端子において前記チャージポンプ電圧を生成するべく構成されたチャージポンプと
を含み、
前記チャージポンプは、
一のスイッチトキャパシタと、
前記スイッチトキャパシタの第１端に電気的に接続された出力部を有する反転器と、
前記チャージポンプの充電動作の間に前記スイッチトキャパシタを充電するべく、及び前記チャージポンプの放電動作の間に前記スイッチトキャパシタを前記チャージポンプ出力端子に接続するべく構成された複数のスイッチと
を含み、
前記複数のスイッチは、前記充電動作と前記放電動作とが非重畳となるように動作するべく構成され、
前記複数のスイッチは、
前記スイッチトキャパシタの第２端と基準電圧との間に接続された一対の充電スイッチと、
前記スイッチトキャパシタの第２端と前記チャージポンプ出力端子との間に接続された一対の放電スイッチと
を含み、
前記一対の充電スイッチの第１充電スイッチが第１クロック位相信号により制御され、
前記反転器の入力部が、前記第１クロック位相信号よりも遅延した第２クロック位相信号を受信し、
前記一対の充電スイッチの第２充電スイッチが、前記第２クロック位相信号よりも遅延した第３クロック位相信号により制御される、フロントエンドシステム。
【請求項2】
前記チャージポンプは、電力高供給電圧及び接地電圧によって電力供給を受け、前記チャージポンプ電圧は前記接地電圧よりも低い、請求項１のフロントエンドシステム。
【請求項3】
前記一対の充電スイッチは前記充電動作の間に閉であり前記放電動作の間に開であり、前記一対の放電スイッチは前記放電動作の間に閉であり前記充電動作の間に開である、請求項１のフロントエンドシステム。
【請求項4】
前記一対の放電スイッチのうち第１放電スイッチが、前記第１クロック位相信号の反転バージョンにより制御され、前記一対の放電スイッチのうち第２放電スイッチが、前記第３クロック位相信号の反転バージョンにより制御される、請求項１のフロントエンドシステム。
【請求項5】
前記チャージポンプはさらに、第１複数のクロック信号位相を生成するべく構成された発振器と、
前記第１複数のクロック信号位相を処理して第２複数のクロック信号位相を生成するべく構成された組み合わせ論理と
を含み、
前記スイッチの少なくとも一部分は前記第２複数のクロック信号位相によって制御される、請求項１のフロントエンドシステム。
【請求項6】
前記チャージポンプは、第１段及び第２段を含む複数の段を含み、前記第１段は前記複数のスイッチ及び前記スイッチトキャパシタを含む、請求項１のフロントエンドシステム。
【請求項7】
前記複数のスイッチは一部が、前記第２段からのクロック信号によって制御される、請求項６のフロントエンドシステム。
【請求項8】
フロントエンドシステムであって、
スイッチ有効信号の第１状態においてチャージポンプ電圧により無線周波数スイッチにバイアスを与えるべく構成されたスイッチコントローラと、
チャージポンプ出力端子において前記チャージポンプ電圧を生成するべく構成されたチャージポンプと
を含み、
前記チャージポンプは、
一のスイッチトキャパシタと、
前記スイッチトキャパシタの第１端に電気的に接続された出力部を有する反転器と、
前記チャージポンプの充電動作の間に前記スイッチトキャパシタを充電するべく、及び前記チャージポンプの放電動作の間に前記スイッチトキャパシタを前記チャージポンプ出力端子に接続するべく構成された複数のスイッチと
を含み、
前記複数のスイッチは、前記充電動作と前記放電動作とが非重畳となるように動作するべく構成され、
前記複数のスイッチは、
前記スイッチトキャパシタの第２端と基準電圧との間に接続された一対の充電スイッチと、
前記スイッチトキャパシタの第２端と前記チャージポンプ出力端子との間に接続された一対の放電スイッチと
を含み、
前記一対の充電スイッチは、前記充電動作の間に閉にされて前記放電動作の間に開にされ、
前記一対の充電スイッチはさらに、前記充電動作から前記放電動作への遷移の間に前記一対の充電スイッチのうち一方の充電スイッチが開にされて前記一対の充電スイッチのうち他方の充電スイッチが閉にされるように構成される、フロントエンドシステム。
【請求項9】
前記充電動作から前記放電動作への遷移の間に、前記一対の放電スイッチのうち一方の放電スイッチが開にされて前記一対の放電スイッチのうち他方の放電スイッチが閉にされる、請求項８のフロントエンドシステム。
【請求項10】
チャージポンプ電圧を生成する方法であって、チャージポンプの充電動作の間に複数のスイッチを使用して一のスイッチトキャパシタを充電することと、
前記チャージポンプを前記充電動作から非重畳の放電動作へと遷移させることと、
前記放電動作の間に前記スイッチトキャパシタをチャージポンプ出力端子に接続することと、
反転器の出力を使用して前記スイッチトキャパシタの第１端を制御し、前記複数のスイッチを使用して前記スイッチトキャパシタの第２端を制御することと、
前記充電動作の間に前記複数のスイッチのうち一対の充電スイッチを閉にし、前記充電動作の間に前記複数のスイッチのうち一対の放電スイッチを開にし、前記放電動作の間に前記一対の充電スイッチを開にし、前記放電動作の間に前記一対の放電スイッチを閉にすることと、
前記一対の充電スイッチのうち一方の充電スイッチを開にすることと、
前記充電動作から前記放電動作への遷移の間に前記一対の充電スイッチのうち他方の充電スイッチを閉にすることと
を含む、方法。
【請求項11】
前記一対の放電スイッチのうち一方の放電スイッチを開にすることと、前記充電動作から前記放電動作への遷移の間に前記一対の放電スイッチのうち他方の放電スイッチを閉にすることと
をさらに含む、請求項１０の方法。
【請求項12】
電力高供給電圧及び接地電圧を使用して前記反転器に電力供給を与えることをさらに含み、
前記チャージポンプ電圧は前記接地電圧よりも低い、請求項１０の方法。
【請求項13】
前記充電動作の間に前記一対の充電スイッチを閉にすることと、
前記放電動作の間に前記一対の充電スイッチを開にすることと
をさらに含む、請求項１０の方法。
【請求項14】
前記放電動作の間に前記一対の放電スイッチを閉にすることと、
前記充電動作の間に前記一対の放電スイッチを開にすることと
をさらに含む、請求項１０の方法。
【請求項15】
発振器を使用して第１複数のクロック信号位相を生成することと、
組み合わせ論理を使用して前記第１複数のクロック信号位相を処理することにより、第２複数のクロック信号位相を生成することと、
前記第２複数のクロック信号位相を使用して前記複数のスイッチの少なくとも一部分を制御することと
をさらに含む、請求項１０の方法。
【請求項16】
チャージポンプであって、チャージポンプ電圧を与えるべく構成されたチャージポンプ出力端子と、
一のスイッチトキャパシタと、
前記スイッチトキャパシタの第１端に電気的に接続された出力部を有する反転器と、前記スイッチトキャパシタの第２端に電気的に接続された複数のスイッチであって、前記チャージポンプの充電動作の間に前記スイッチトキャパシタを充電するべく、及び前記チャージポンプの放電動作の間に前記スイッチトキャパシタを前記チャージポンプ出力端子に接続するべく構成された複数のスイッチと
を含み、
前記複数のスイッチは、前記充電動作と前記放電動作とが非重畳となるように動作するべく構成され、
前記複数のスイッチは、
前記充電動作の間に閉にされて前記放電動作の間に開にされる一対の充電スイッチと、
前記放電動作の間に閉にされて前記充電動作の間に開にされる一対の放電スイッチと
を含み、
前記一対の充電スイッチは、前記充電動作から前記放電動作への遷移の間に前記一対の充電スイッチのうち一方の充電スイッチが開にされて前記一対の充電スイッチのうち他方の充電スイッチが閉にされるように構成される、チャージポンプ。
【請求項17】
前記反転器は、電力高供給電圧及び接地電圧によって電力供給を受け、
前記チャージポンプ電圧は前記接地電圧よりも低い、請求項１６のチャージポンプ。
【請求項18】
前記一対の充電スイッチは、前記充電動作の間に閉にされて前記放電動作の間に開にされる、請求項１６のチャージポンプ。
【請求項19】
前記一対の放電スイッチは、前記放電動作の間に閉にされて前記充電動作の間に開にされる、請求項１６のチャージポンプ。
【請求項20】
第１複数のクロック信号位相を生成するべく構成された発振器と、
前記第１複数のクロック信号位相を処理して第２複数のクロック信号位相を生成するべく構成された組み合わせ論理と
をさらに含み、
前記スイッチの少なくとも一部分は前記第２複数のクロック信号位相によって制御される、請求項１６のチャージポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は電子システムに関し、詳しくは無線周波数電子機器のためのチャージポンプに関する。
【背景技術】
【0002】
無線周波数（ＲＦ）通信システムは、ＤＣ－ＤＣ電力変換を利用して動作性能を向上させることができる。しばしば、電池電圧を超える電圧が必要又は所望とされる一方、他の状況において、電池電圧よりも著しく低い電圧が利用される。チャージポンプとは、入力電圧を受け、当該入力電圧に基づいて高い電圧又は低い電圧を生成するＤＣ－ＤＣ電力変換器の一種である。例えば、チャージポンプはキャパシタを、入力電圧を高い電圧又は低い電圧に変換するためのエネルギー蓄積要素として使用し得る。
【0003】
一以上のチャージポンプを有するＲＦ通信システムの例は、携帯電話機、タブレット、基地局、ネットワークアクセスポイント、ラップトップ、及びウェアラブル電子機器を含むが、これらに限られない。電力増幅器は、約３０ｋＨｚから３００ＧＨｚまでの範囲の、例えば周波数レンジ１（ＦＲ１）における第５世代（５Ｇ）セルラー通信の約４１０ＭＨｚから約７．１２５ＧＨｚまでの範囲の、周波数を有し得るＲＦ信号への増幅を与える。
【発明の概要】
【0004】
所定の実施形態において、本開示はフロントエンドシステムに関する。フロントエンドシステムは、無線周波数スイッチと、スイッチ有効信号の第１状態においてチャージポンプ電圧により当該無線周波数スイッチにバイアスを与えるべく構成されたスイッチコントローラと、チャージポンプ出力端子において当該チャージポンプ電圧を生成するべく構成されたチャージポンプとを含む。チャージポンプは、一のスイッチトキャパシタと、当該チャージポンプの充電動作中に当該スイッチトキャパシタを充電するべく、及び当該チャージポンプの放電動作中に当該スイッチトキャパシタをチャージポンプ出力端子に接続するべく構成された複数のスイッチとを含む。複数のスイッチは、充電動作と放電動作とが非重畳で動作するように構成される。
【0005】
様々な実施形態において、チャージポンプは、電力高供給電圧及び接地電圧によって電力供給を受け、チャージポンプ電圧は当該接地電圧よりも低い。
【0006】
いくつかの実施形態において、チャージポンプは、スイッチトキャパシタの第１端に電気的に接続された出力部を有する反転器を含む。いくつかの実施形態によれば、複数のスイッチは、スイッチトキャパシタの第２端と基準電圧との間に接続された一対の充電スイッチと、当該スイッチトキャパシタの第２端とチャージポンプ出力端子との間に接続された一対の放電スイッチとを含む。一定数の実施形態によれば、一対の充電スイッチは充電動作中に閉であり放電動作中に開であり、一対の放電スイッチは放電動作中に閉であり充電動作中に開である。様々な実施形態によれば、充電動作から放電動作への遷移中、一対の充電スイッチのうち一方の充電スイッチが開であり、当該充電スイッチのうち他方の充電スイッチが閉である。いくつかの実施形態によれば、充電動作から放電動作への遷移中、一対の放電スイッチのうちの一方の放電スイッチが開であり、当該放電スイッチのうちの他方の放電スイッチは閉である。一定数の実施形態によれば、一対の充電スイッチのうち第１充電スイッチが、第１クロック位相信号により制御され、反転器の入力部が、第１クロック位相信号よりも遅延した第２クロック位相信号を受信し、当該一対の充電スイッチのうち第２充電スイッチが、第２クロック位相信号よりも遅延した第３クロック信号位相により制御される。様々な実施形態によれば、一対の放電スイッチのうち第１放電スイッチが、第１クロック位相信号の反転バージョンにより制御され、当該一対の放電スイッチのうち第２放電スイッチが、第３クロック位相信号の反転バージョンにより制御される。いくつかの実施形態によれば、反転器は、電力高供給電圧及び接地電圧によって電力供給を受ける。
【0007】
いくつかの実施形態において、チャージポンプはさらに、第１複数のクロック信号位相を生成するべく構成された発振器と、第１複数のクロック信号位相を処理して第２複数のクロック信号位相を生成するべく構成された組み合わせ論理とを含み、当該スイッチの少なくとも一部分は第２複数のクロック信号位相によって制御される。
【0008】
様々な実施形態において、チャージポンプは、第１段及び第２段を含む複数の段を含み、第１段は当該複数のスイッチ及び当該一のスイッチトキャパシタを含む。一定数の実施形態によれば、複数のスイッチは一部が、第２段からのクロック信号によって制御される。
【0009】
所定の実施形態において、本開示は、チャージポンプ電圧を生成する方法に関する。方法は、チャージポンプの充電動作中に複数のスイッチを使用してスイッチトキャパシタを充電することと、当該チャージポンプを当該充電動作から放電動作へと非重畳で遷移させることと、当該放電動作中に当該スイッチトキャパシタをチャージポンプ出力端子に接続することとを含む。
【0010】
様々な実施形態において、方法はさらに、電力高供給電圧及び接地電圧を使用してチャージポンプに電力供給を与えることと、接地電圧よりも低いチャージポンプ出力電圧をチャージポンプ出力端子に与えることとを含む。
【0011】
いくつかの実施形態において、方法はさらに、反転器の出力を使用してスイッチトキャパシタの第１端を制御することを含む。一定数の実施形態によれば、方法はさらに、複数のスイッチを使用してスイッチトキャパシタの第２端を制御することを含む。いくつかの実施形態によれば、複数のスイッチは、スイッチトキャパシタの第２端と基準電圧との間に接続された一対の充電スイッチと、当該スイッチトキャパシタの第２端とチャージポンプ出力端子との間に接続された一対の放電スイッチとを含む。いくつかの実施形態によれば、方法はさらに、充電動作中に一対の充電スイッチを閉にすることと、当該充電動作中に一対の放電スイッチを開にすることと、放電動作中に当該一対の充電スイッチを開にすることと、当該放電動作中に当該一対の放電スイッチを閉にすることとを含む。一定数の実施形態によれば、方法はさらに、一対の充電スイッチのうち一方の充電スイッチを開にすることと、充電動作から放電動作への遷移中に当該一対の充電スイッチのうち他方の充電スイッチを閉にすることとを含む。いくつかの実施形態によれば、方法はさらに、一対の放電スイッチのうち一方の放電スイッチを開にすることと、充電動作から放電動作への遷移中に当該一対の放電スイッチのうち他方の放電スイッチを閉にすることとを含む。いくつかの実施形態によれば、方法はさらに、一対の充電スイッチのうち第１充電スイッチを第１クロック位相信号により制御することと、第１クロック位相信号よりも遅延した第２クロック位相信号を反転器の入力部に与えることと、当該一対の充電スイッチのうち第２充電スイッチを第２クロック位相信号よりも遅延した第３クロック信号位相により制御することとを含む。一定数の実施形態によれば、方法はさらに、一対の放電スイッチのうち第１放電スイッチを、第１クロック位相信号の反転バージョンによって制御することと、当該一対の放電スイッチのうち第２放電スイッチを、第３クロック位相信号の反転バージョンによって制御することとを含む。
【0012】
いくつかの実施形態において、方法はさらに、発振器を使用して第１複数のクロック信号位相を生成することと、組み合わせ論理を使用して第２複数のクロック信号位相を生成するべく第１複数のクロック信号位相を処理することと、第２複数のクロック信号位相を使用して当該スイッチの少なくとも一部分を制御することとを含む。
【0013】
いくつかの実施形態において、チャージポンプは、第１段及び第２段を含む複数の段を含み、第１段は複数のスイッチ及び一のスイッチトキャパシタを含み、当該方法はさらに、第２段からのクロック信号によって複数のスイッチの一部を制御することを含む。
【0014】
所定の実施形態において、本開示は、チャージポンプに関する。チャージポンプは、チャージポンプ電圧を与えるべく構成されたチャージポンプ出力端子と、一のスイッチトキャパシタと、当該チャージポンプの充電動作中に当該スイッチトキャパシタを充電するべく、及び当該チャージポンプの放電動作中に当該スイッチトキャパシタをチャージポンプ出力端子に接続するべく構成された複数のスイッチとを含む。複数のスイッチは、充電動作と放電動作とが非重畳で動作するように構成される。
【0015】
様々な実施形態において、チャージポンプ電圧は接地電圧より低い。
【0016】
いくつかの実施形態において、チャージポンプはさらに、スイッチトキャパシタの第１端に電気的に接続された出力部を有する反転器を含む。一定数の実施形態によれば、複数のスイッチは、スイッチトキャパシタの第２端と基準電圧との間に接続された一対の充電スイッチと、当該スイッチトキャパシタの第２端とチャージポンプ出力端子との間に接続された一対の放電スイッチとを含む。様々な実施形態によれば、一対の充電スイッチは充電動作中に閉であり放電動作中に開であり、一対の放電スイッチは放電動作中に閉であり充電動作中に開である。いくつかの実施形態によれば、充電動作から放電動作への遷移中、一対の充電スイッチのうち一方の充電スイッチが開であり、当該充電スイッチのうち他方の充電スイッチが閉である。一定数の実施形態によれば、充電動作から放電動作への遷移中、一対の放電スイッチのうちの一方の放電スイッチが開であり、当該放電スイッチのうちの他方の放電スイッチは閉である。様々な実施形態によれば、一対の充電スイッチのうち第１充電スイッチが、第１クロック位相信号により制御され、反転器の入力部が、第１クロック位相信号よりも遅延した第２クロック位相信号を受信し、当該一対の充電スイッチのうち第２充電スイッチが、第２クロック位相信号よりも遅延した第３クロック信号位相により制御される。いくつかの実施形態によれば、一対の放電スイッチのうち第１放電スイッチが、第１クロック位相信号の反転バージョンにより制御され、当該一対の放電スイッチのうち第２放電スイッチが、第３クロック位相信号の反転バージョンにより制御される。一定数の実施形態によれば、反転器は、電力高供給電圧及び接地電圧によって電力供給を受ける。
【0017】
いくつかの実施形態において、チャージポンプはさらに、第１複数のクロック信号位相を生成するべく構成された発振器と、第１複数のクロック信号位相を処理して第２複数のクロック信号位相を生成するべく構成された組み合わせ論理とを含み、当該スイッチの少なくとも一部分は第２複数のクロック信号位相によって制御される。
【0018】
様々な実施形態において、チャージポンプは、第１段及び第２段を含む複数の段を含み、第１段は当該複数のスイッチ及び当該一のスイッチトキャパシタを含む。一定数の実施形態によれば、複数のスイッチは一部が、第２段からのクロック信号によって制御される。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】通信ネットワークの一例の模式的な図である。
【図2】集積回路（ＩＣ）の一実施形態の模式的な図である。
【図3】電力増幅器システムの一実施形態の模式的な図である。
【図4A】チャージポンプの一実施形態の模式的な図である。
【図4B】重畳があるチャージポンプのタイミング図の一例である。
【図4C】非重畳のチャージポンプのタイミング図の一例である。
【図5A】チャージポンプの他実施形態の模式的な図である。
【図5B】チャージポンプ段の一実施形態の模式的な図である。
【図7】一実施形態に係るチャージポンプ電圧を生成する方法のフローチャートである。
【図8】携帯デバイスの一実施形態の模式的な図である。
【図9】一実施形態に係るフロントエンドシステムの模式的な図である。
【図10A】パッケージ状モジュールの一実施形態の模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
ここに与えられる見出しは、たとえあったとしても、便宜のみのためであって、必ずしも請求項に係る発明の範囲又は意味に影響するわけではない。
【0021】
国際電気通信連合（ＩＴＵ）は、国際的な無線スペクトルの使用を含む情報通信技術に関する世界的な問題に責任を負う国連（ＵＮ）の専門機関である。
【0022】
第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）は、電波産業協会（ＡＲＩＢ）、電気通信技術委員会（ＴＴＣ）、中国通信規格協会（ＣＣＳＡ）、米国電気通信業界ソリューション協会（ＡＴＩＳ）、電気通信技術協会（ＴＴＡ）、欧州電気通信標準化機構（ＥＴＳＩ）、インド電気通信標準化協会（ＴＳＤＳＩ）のような、世界中の電気通信標準化団体のグループ間の共同作業である。
【0023】
３ＧＰＰは、ＩＴＵの範囲内で作業をすることにより、例えば、第２世代（２Ｇ）技術（例えば、グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ（ＧＳＭ（登録商標）及びエンハンスドデータレートフォーＧＳＭエボリューション（ＥＤＧＥ）を含む）、第３世代（３Ｇ）技術（例えばユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）及び高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ））、及び第４世代（４Ｇ）技術（例えばロングタームエボリューション（ＬＴＥ）及びＬＴＥアドバンスト）を含む様々な移動体通信技術に関する技術仕様を開発及び維持する。
【0024】
３ＧＰＰにより管理される技術仕様は、仕様リリースによって拡張及び改訂され得る。仕様リリースは多数年にわたることがあり、幅広い新機能及び進化の仕様を定め得る。
【0025】
一例において、３ＧＰＰは、リリース１０においてＬＴＥのためのキャリアアグリゲーション（ＣＡ）を導入した。最初は２つのダウンリンクキャリアが導入されたが、３ＧＰＰは、リリース１４において５つまでのダウンリンクキャリアと３つまでのアップリンクキャリアとを含むようにキャリアアグリゲーションを拡張した。３ＧＰＰのリリースが与えた新機能及び進化の他例は、ライセンスアシスタントアクセス（ＬＡＡ）、拡張ＬＡＡ（ｅＬＡＡ）、狭帯域インターネットオブシングス（ＮＢ－ＩＯＴ）、ビークルトゥエブリシング（Ｖ２Ｘ）、及びハイパワーユーザー機器（ＨＰＵＥ）を含むがこれらに限られない。
【0026】
３ＧＰＰは、リリース１５において第５世代（５Ｇ）技術のフェーズ１を導入し終え、リリース１６において５Ｇ技術のフェーズ２を導入することを計画している（２０１９年が目標）。その後の３ＧＰＰリリースは、５Ｇテクノロジをさらに進化及び拡張してゆく。５Ｇ技術はまた、ここでは５Ｇニューラジオ（ＮＲ）とも称する。
【0027】
５Ｇ ＮＲは、ミリ波スペクトルによる通信、ビームフォーミング能力、高スペクトル効率波形、低レイテンシ通信、多重ラジオヌメロロジ、及び／又は非直交多重アクセス（ＮＯＭＡ）のような様々な機能をサポートしており、又はサポートする計画である。かかるＲＦ機能はネットワークに柔軟性を与えてユーザデータレートを高めるにもかかわらず、当該機能をサポートすることにより、一定数の技術的な困難性が提起され得る。
【0028】
ここでの教示は、ＬＴＥアドバンスト、ＬＴＥアドバンストプロ及び／又は５Ｇ ＮＲのようなアドバンストセルラー技術を使用する通信システムを含むがこれらに限られない多種多様な通信システムに適用可能である。
【0029】
図１は、通信ネットワーク１０の一例の模式的な図である。通信ネットワーク１０は、マクロセル基地局１、スモールセル基地局３、並びに、第１携帯デバイス２ａ、無線接続車２ｂ、ラップトップ２ｃ、静止無線デバイス２ｄ、無線接続列車２ｅ、第２携帯デバイス２ｆ、及び第３携帯デバイス２ｇを含むユーザ機器（ＵＥ）の様々な例を含む。
【0030】
基地局及びユーザ機器の特定例が図１に示されるにもかかわらず、通信ネットワークは、多種多様なタイプ及び／又は数の基地局及びユーザ機器を含み得る。
【0031】
例えば、図示の例において、通信ネットワーク１０は、マクロセル基地局１及びスモールセル基地局３を含む。スモールセル基地局３は、マクロセル基地局１と比べ、相対的に低電力、短範囲及び／又は数少ない同時ユーザにより動作することができる。スモールセル基地局３はまた、フェムトセル、ピコセル又はマイクロセルと称してもよい。通信ネットワーク１０が２つの基地局を含むように示されるにもかかわらず、通信ネットワーク１０は、これよりも多い又は少ない基地局及び／又は他タイプの基地局を含むように実装してよい。
【0032】
ユーザ機器の様々な例が示されるにもかかわらず、ここでの教示は、例えば携帯電話、タブレット、ラップトップ、ＩｏＴデバイス、ウェアラブル電子機器、顧客宅内機器（ＣＰＥ）、無線接続車両、無線リレー、及び／又は多種多様な他の通信デバイスを含む多種多様なユーザ機器に適用可能である。さらに、ユーザ機器は、セルラーネットワークにおいて動作する現在利用可能な通信デバイスだけではなく、ここに記載されて請求される本発明のシステム、プロセス、方法及びデバイスとともに容易に実装可能な、引き続いて開発される通信デバイスも含む。
【0033】
図１の例示の通信ネットワーク１０は、例えば４Ｇ ＬＴＥ及び５Ｇ ＮＲを含む様々なセルラー技術を使用する通信をサポートする。所定の実装例において、通信ネットワーク１０はさらに、ＷｉＦｉのような無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）を与えるべく適合される。通信技術の様々な例が与えられているにもかかわらず、通信ネットワーク１０は、多種多様な通信技術をサポートするべく適合することができる。
【0034】
通信ネットワーク１０の様々な通信リンクが、図１に描かれている。通信リンクは、例えば周波数分割デュプレクシング（ＦＤＤ）及び／又は時分割デュプレクシング（ＴＤＤ）を含む多種多様な方法で二重化することができる。ＦＤＤは、信号送信と信号受信とで異なる周波数を使用するタイプの無線周波数通信である。ＦＤＤは、高データレート及び低レイテンシのような一定数の利点を与えることができる。これとは対照的に、ＴＤＤは、信号送信と信号受信とでほぼ同じ周波数を使用して送信と受信とが時間で切り替わるタイプの無線周波数通信である。ＴＤＤは、スペクトルの効率的な使用、及び送信方向と受信方向との間でのスループットの可変配分のような一定数の利点を与えることができる。
【0035】
所定の実装例において、ユーザ機器は、４Ｇ ＬＴＥ技術、５Ｇ ＮＲ技術及びＷｉＦｉ技術の一つ以上を使用して基地局と通信することができる。所定の実装例において、拡張ライセンスアシストアクセス（ｅＬＡＡ）が、一つ以上のライセンスされた周波数キャリア（例えばライセンスされた４Ｇ ＬＴＥ周波数及び／又は５Ｇ ＮＲ周波数）を、一つ以上のライセンスされていないキャリア（例えばライセンスされていないＷｉＦｉ周波数）と集約するべく使用される。
【0036】
図１に示されるように、通信リンクは、ユーザ機器（ＵＥ）及び基地局間の通信リンクだけでなく、ＵＥからＵＥへの通信、及び基地局から基地局への通信も含む。例えば、通信ネットワーク１０は、（例えば携帯デバイス２ｇ及び携帯デバイス２ｆ間のような）自己フロントホール及び／又は自己バックホールをサポートするべく実装することができる。
【0037】
通信リンクは、多種多様な周波数にわたって動作することができる。所定の実装例において、通信は、６ギガヘルツ（ＧＨｚ）未満の一つ以上の周波数帯域にわたって、及び／又は６ＧＨｚを超える一つ以上周波数帯域にわたって、５Ｇ ＮＲ技術を使用してサポートされる。例えば、通信リンクは、周波数レンジ１（ＦＲ１）、周波数レンジ２（ＦＲ２）、又はこれらの組み合わせに対応することができる。一実施形態において、携帯デバイスの一つ以上が、ＨＰＵＥ電力クラス仕様をサポートする。
【0038】
所定の実装例において、基地局及び／又はユーザ機器は、ビームフォーミングを使用して通信する。例えば、ビームフォーミングは、高信号周波数にわたる通信に関連付けられた高損失のような経路損失を克服するべく、信号強度を集中させるために使用することができる。所定の実施形態において、一つ以上の携帯電話機のようなユーザ機器は、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚの範囲にあるミリメートル波周波数帯域、及び／又は６ＧＨｚから３０ＧＨｚ、さらに詳しくは２４ＧＨｚから３０ＧＨｚの範囲にある上限センチメートル波周波数についての、ビームフォーミングを使用して通信する。
【0039】
通信ネットワーク１０の異なるユーザは、利用可能な周波数スペクトルのような利用可能なネットワークリソースを、多種多様な方法で共有することができる。
【0040】
一例において、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）が、周波数帯域を多数の周波数キャリアに分割するべく使用される。付加的に、一つ以上のキャリアが、特定のユーザに割り当てられる。ＦＤＭＡの例は、シングルキャリアＦＤＭＡ（ＳＣ－ＦＤＭＡ）及び直交ＦＤＭＡ（ＯＦＤＭＡ）を含むがこれらに限られない。ＯＦＤＭは、利用可能な帯域幅を、多数の相互直交狭帯域サブキャリアに細分化するマルチキャリア技術であり、これは異なるユーザに別個に割り当てることができる。
【0041】
共有アクセスの他の例は、周波数リソースを使用する特定のタイムスロットにユーザが割り当てられる時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、各ユーザに一意の符号を割り当てることにより周波数リソースが異なるユーザ間で共有される符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、空間分割により共有アクセスを与えるべくビームフォーミングが使用される空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）、及び多重アクセスを目的として電力ドメインが使用される非直交多元接続（ＮＯＭＡ）を含むが、これらに限定されない。例えば、ＮＯＭＡは、同じ周波数、時間及び／又は符号ではあるが異なる電力レベルに多数のユーザを与えるように使用することができる。
【0042】
拡張モバイルブロードバンド（ｅＭＢＢ）は、ＬＴＥネットワークの増大するシステム容量のための技術を言及する。例えば、ｅＭＢＢは、少なくとも１０Ｇｂｐｓの、各ユーザが最小１００Ｍｂｐｓのピークデータレートでの通信を言及することができる。超高信頼性低レイテンシ通信（ｕＲＬＬＣ）は、例えば２ミリ秒未満の非常に低いレイテンシで通信する技術を言及する。ｕＲＬＬＣは、自律運転アプリケーション及び／又は遠隔手術アプリケーションのようなミッションクリティカルな通信を目的として使用され得る．大規模機械型通信（ｍＭＴＣ）は、インターネットオブシングス（ＩｏＴ）アプリケーションに関連付けられるもののような、日常的なオブジェクトへの無線接続に関連付けられる低コストかつ低データレートの通信を言及する。
【0043】
図１の通信ネットワーク１０は、ｅＭＢＢ、ｕＲＬＬＣ及び／又はｍＭＴＣを含むがこれらに限られない多種多様なアドバンスト通信機能をサポートするべく使用することができる。
【0044】
図２は、集積回路（ＩＣ）２０の一実施形態の模式的な図である。例示のＩＣ２０は、電力低供給電圧Ｖ１（例えばグランド）を受信する第１ピン１５ａと、電力高供給電圧Ｖ２を受信する第２ピン１５ｂとを含む。付加的に、例示のＩＣ２０はさらに、ＲＦスイッチ２１、チャージポンプ２２及びスイッチコントローラ２３を含む。図面の明確性を目的として図２には示されないが、ＩＣ２０は典型的に、付加的なピン及び回路を含む。
【0045】
チャージポンプ２２は、電力低供給電圧Ｖ１よりも低い電圧レベルを有するチャージポンプ電圧を生成するべく使用することができる。スイッチコントローラ２３は、ＲＦスイッチ２１を制御するべく一部が使用され得るチャージポンプ電圧を受信する。
【0046】
例えば、例示のＩＣ２０はフロントエンドモジュール（ＦＥＭ）を表し得る。ＲＦスイッチ２１は、オフ状態にある場合にチャージポンプ電圧の電圧レベルまでバイアスされるゲートを含むｎ型金属酸化物半導体（ＮＭＯＳ）スイッチトランジスタを含み得る。ＮＭＯＳスイッチトランジスタのゲート電圧を、オフ状態において電力低供給電圧を下回る電圧にまで制御することにより、オフ状態インピーダンスを増加させることができる。これにより、マルチバンドアプリケーションにおいてアイソレーションを向上させることができる。
【0047】
ＮＭＯＳスイッチトランジスタがオン状態において動作するとき、当該ＮＭＯＳスイッチトランジスタは、電力高供給電圧Ｖ２の電圧レベルのような任意の適切な電圧レベルまでバイアスされ得る。所定の構成において、電力高供給電圧Ｖ２は、オンチップ又はオフチップレギュレータにより生成される調整電圧に対応し得る。レギュレータを使用して電力高供給電圧Ｖ２を生成することは、ＮＭＯＳスイッチトランジスタを制御して、オン状態において温度、電池電圧レベル及び／又は電流負荷に対して比較的一定の電圧レベルで動作させる補助となり得る。
【0048】
所定の構成において、ＩＣ２０は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）プロセスを使用して製造され、ＲＦスイッチ２１はＳＯＩトランジスタを含み得る。しかしながら、他の構成も可能である。
【0049】
図３は、電力増幅器システム４０の一実施形態の模式的な図である。例示の電力増幅器システム４０はＲＦスイッチング回路２７を含む。ＲＦスイッチング回路２７は、直列スイッチトランジスタ２５及びシャントスイッチトランジスタ２６を含む。例示の電力増幅器システム４０はさらに、チャージポンプ２２、スイッチコントローラ２３、方向性結合器２４、電力増幅器バイアス回路３０、電力増幅器３２及び送信器３３を含む。例示の送信器３３は、ベース帯域プロセッサ３４、Ｉ／Ｑ変調器３７、混合器３８、及びアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）３９を含む。
【0050】
ベース帯域信号プロセッサ３４は、所望の振幅、周波数及び位相の正弦波又は正弦信号を表すのに使用可能な同相（Ｉ）信号及び直角位相（Ｑ）信号を生成するべく使用することができる。例えば、Ｉ信号は、正弦波の同相成分を表すべく使用され、Ｑ信号は、正弦波の直交成分を表すべく使用される。これらは、正弦波の等価表現とすることができる。所定の実装例において、Ｉ信号及びＱ信号は、デジタルフォーマットでＩ／Ｑ変調器３７に与えられる。ベース帯域プロセッサ３４は、ベース帯域信号を処理するべく構成された任意の適切なプロセッサとしてよい。例えば、ベース帯域プロセッサ３４は、デジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ、プログラム可能コア、又はこれらの任意の組み合わせを含んでよい。さらに、いくつかの実装において、電力増幅器システム４０には、２つ以上のベース帯域プロセッサ３４を含めることができる。
【0051】
Ｉ／Ｑ変調器３７は、ベース帯域プロセッサ３４からのＩ信号及びＱ信号を受信し、当該Ｉ信号及びＱ信号を処理してＲＦ信号を生成するべく構成することができる。例えば、Ｉ／Ｑ変調器３７は、Ｉ信号及びＱ信号をアナログフォーマットに変換するべく構成されたＤＡＣと、Ｉ信号及びＱ信号を無線周波数にアップコンバートする混合器と、アップコンバートされたＩ信号及びＱ信号を結合して電力増幅器３２による増幅にとって適切なＲＦ信号にする信号結合器とを含んでよい。所定の実装例において、Ｉ／Ｑ変調器３７は、処理される信号の周波数内容をフィルタリングするべく構成された一つ以上のフィルタを含み得る。
【0052】
電力増幅器バイアス回路３０は、有効信号ＥＮＡＢＬＥをベース帯域プロセッサ３４から受信することができ、有効信号ＥＮＡＢＬＥを使用して電力増幅器３２のための一以上のバイアス信号を生成することができる。電力増幅器３２は、ＲＦ信号をＩ／Ｑ変調器３７から受信することができる。
【0053】
スイッチコントローラ２３は、直列スイッチトランジスタ２５及びシャントスイッチトランジスタ２６を補償態様でオン及びオフにすることができる。例えば、スイッチコントローラ２３を、電力増幅器３２が直列スイッチトランジスタ２５を介してアンテナ１４に増幅ＲＦ信号を与えるように直列スイッチトランジスタ２５をオンにしてシャントスイッチトランジスタ２６をオフにするべく使用することができる。付加的に、スイッチコントローラ２３は、電力増幅器３２の出力部とアンテナ１４との間に高インピーダンス経路を与える一方で当該電力増幅器の出力部に終端を与えるべく、直列スイッチトランジスタ２５をオフにしてシャントスイッチトランジスタ２６をオンにするように使用してもよい。ＲＦスイッチング回路２７の状態を制御するべく、スイッチコントローラ２３は、スイッチ有効信号を受信することができる。
【0054】
方向性結合器２４は、電力増幅器３２の出力と直列スイッチトランジスタ２５のソースとの間に配置することができるので、直列スイッチトランジスタ２５の挿入損失を含まない電力増幅器３２の出力電力測定が許容される。方向性結合器２４からのセンスされた出力信号は、混合器３８へと与えられる。混合器３８は、センスされた出力信号に、制御された周波数の基準信号を乗ずることができる。それにより、センスされた出力信号の周波数内容をダウンシフトさせてダウンシフト信号を生成することができる。ダウンシフト信号はＡＤＣ３９に与えられる。ＡＤＣ３９は、ダウンシフト信号を、ベース帯域プロセッサ３４による処理に適したデジタルフォーマットに変換することができる。
【0055】
電力増幅器３２の出力とベース帯域プロセッサ３４との間にフィードバック経路を含むことにより、ベース帯域プロセッサ３４は、Ｉ信号及びＱ信号を動的に調整して電力増幅器システム４０の動作を最適化するべく構成することができる。例えば、電力増幅器システム４０をこの態様で構成することにより、電力増幅器３２の電力付加効率（ＰＡＥ）及び／又は線形性の制御を支援することができる。
【0056】
例示の構成において、チャージポンプ２２は、直列スイッチトランジスタ２５及びシャントスイッチトランジスタ２６を制御するべく使用されるスイッチコントローラ２３にチャージポンプ電圧を与える。所定の構成において、チャージポンプ電圧は、直列スイッチトランジスタ２５及び／又はシャントスイッチトランジスタ２６がオフにされたときに直列スイッチトランジスタ２５及び／又はシャントスイッチトランジスタ２６のゲート電圧にバイアスを与えるべく使用される。例えば、チャージポンプ２２は、直列スイッチトランジスタ２５及び／又はシャントスイッチトランジスタ２６をオフにするべく負のチャージポンプ電圧を生成することができる。
【0057】
スイッチコントローラ２３が２つのトランジスタのためのスイッチ制御信号を生成するように示されるにもかかわらず、スイッチコントローラ２３は、これよりも多い又は少ないスイッチ制御トランジスタ及び／又は他のスイッチデバイスを制御するように適合してよい。例えば、スイッチコントローラは、多数のスイッチ有効信号を受信し、異なるＲＦスイッチング回路を制御するための多数のスイッチ制御信号を生成することができる。
【0058】
図４Ａは、チャージポンプ５０の一実施形態の模式的な図である。チャージポンプは、非重畳スイッチ制御生成器４１及び負電圧生成器（ＮＶＧ）段４２を含む。一つのＮＶＧ段４２を含むように示されるにもかかわらず、チャージポンプ５０は、付加的な段を含むように適合することができる。さらに、負電圧生成の文脈において示されるにもかかわらず、チャージポンプ５０は、正電圧生成器（ＰＶＧ）として動作するように適合してよい。
【0059】
ＮＶＧ段４２は、フライングキャパシタ４５を選択的に充電及び放電することにより負電圧ＮＶＧを生成するべく使用されるスイッチ４４を含む。フライングキャパシタ４５は、ここではスイッチトキャパシタとも称する。スイッチ４４は、電界効果トランジスタ（例えばｎ型、ｐ型又はこれらの組み合わせとなり得る金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタ）、バイポーラトランジスタ、ダイオード、微小電気機械（ＭＥＭｓ）デバイス、及び／又は他のタイプのスイッチを使用することを含むがこれらに限られない多種多様な方法で実装することができる。
【0060】
図４Ａに示されるように、非重畳スイッチ制御生成器４１は、生成スイッチ４４のそれぞれを開閉するためのスイッチ制御を生成するべく（例えば発振器により与えられる）クロック信号位相を処理する組み合わせ論理４３を含む。これにより、ＮＶＧ段４２が、フライングキャパシタ４５の充電及び放電に関連付けられる様々な位相で動作する。
【0061】
非重畳スイッチ制御生成器４１は、スイッチ４４の遷移中に貫通電流を防止するべく、例えばグランドと負電圧ＮＶＧとの間の電流を防止するべく、非重畳のスイッチ制御信号を生成する。
【0062】
貫通電流を防止することにより、グランドの雑音スパイク及び／又は負電圧ＮＶＧの漏洩が低減される。
【0063】
図４Ｂは、重畳があるチャージポンプのタイミング図の一例である。この図は、フライングキャパシタの充電を制御する充電制御信号と、フライングキャパシタの放電を制御する放電制御信号とを描く。図４Ｂに示されるように、チャージポンプは、充電から放電への遷移時、及び放電から充電への遷移時、重畳４７の周期を有するように動作する。重畳４７により、雑音を増加させ、及び／又はチャージポンプの性能を劣化させる貫通電流が引き起こされる。
【0064】
図４Ｃは、非重畳のチャージポンプのタイミング図の一例である。図４Ｃに示されるように、チャージポンプの組み合わせ論理は、クロック信号位相を処理して、フライングキャパシタの充電を制御する充電制御信号、及びフライングキャパシタの放電を制御する放電制御信号を生成する。
【0065】
図４Ｂのタイミング図とは対照的に、図４Ｃのタイミング図は、充電制御波形の遷移と放電制御波形の遷移とが非重畳で動作する。この態様で非重畳を与えることにより、貫通電流が防止され、これにより、雑音スパイクが低減し、及び／又は負電圧の漏洩が低下する。
【0066】
図５Ａは、チャージポンプ６０の他実施形態の模式的な図である。チャージポンプ６０は、発振器５１と、一群のチャージポンプ段５３とを含む。この一群のチャージポンプ段５３は、負電圧ＮＶＧを生成するべく互いに組み合わせられて動作する第１ＮＶＧ段５２ａ、第２ＮＶＧ段５２ｂ及び第３ＮＶＧ段５２ｃを含む。３段を備える実装例が示されるにもかかわらず、チャージポンプ６０は、これよりも多い又は少ない段を含むように適合することができる。
【0067】
図５Ａに示されるように、発振器５１は、それぞれが異なる位相の第１クロック信号位相Ｐ１、第２クロック信号位相Ｐ２及び第３クロック信号位相Ｐ３を生成する。詳しくは、第２クロック信号位相Ｐ２は第１クロック信号位相Ｐ１よりも遅延され、第３クロック信号位相Ｐ３は第２クロック信号位相Ｐ２よりも遅延される。
【0068】
第１ＮＶＧ段５２ａは、第１クロック信号位相Ｐ１を受信して当該第１クロック信号位相Ｐ１を反転させ、第１反転クロック信号位相Ｐ１ｂを生成するように動作する。所定の実装例において、第１ＮＶＧ段５２ａが生成する第１反転クロック信号位相Ｐ１ｂは、論理反転を備えるだけでなく、第１クロック信号位相Ｐ１に対する電圧シフトも備える。例えば、第１ＮＶＧ段５２ａをこの態様で実装することにより、スイッチを制御するのに適切な電圧レベルを備える第１反転クロック信号位相Ｐ１ｂを生成することが補助される。
【0069】
引き続き図５Ａを参照すると、第２ＮＶＧ段５２ｂは、第２クロック信号位相Ｐ２を受信して当該第２クロック信号位相Ｐ２を反転させ、第２反転クロック信号位相Ｐ２ｂを生成するように動作する。付加的に、第３ＮＶＧ段５２ｃは、第３クロック信号位相Ｐ３を受信して当該第３クロック信号位相Ｐ３を反転させ、第３反転クロック信号位相Ｐ３ｂを生成するように動作する。所定の実装例において、第２ＮＶＧ段５２ｂ及び第３ＮＶＧ段５２ｃは、論理反転に加えての電圧レベルシフトを与える。
【0070】
第１ＮＶＧ段５２ａ、第２ＮＶＧ段５２ｂ及び第３ＮＶＧ段５２ｃはまた、フライングキャパシタの充電及び放電の動作を制御する様々なクロック信号位相も受信する。それらのクロック信号位相は、ここでの教示に係る非重畳の充電及び放電を与える。
【0071】
所定の実施形態において、第１ＮＶＧ段５２ａは、充電を制御するべく第３クロック信号位相Ｐ３及び第２クロック信号位相Ｐ２を受信し、放電を制御するべく第２反転クロック信号Ｐ２ｂ及び第３反転クロック信号Ｐ３ｂを受信する。付加的に、第２ＮＶＧ段５２ｂは、充電を制御するべく第１クロック信号位相Ｐ１及び第３クロック信号位相Ｐ３を受信し、放電を制御するべく第３反転クロック信号位相Ｐ３ｂ及び第１反転クロック信号位相Ｐ１ｂを受信する。さらに、第３ＮＶＧ段５２ｃは、充電を制御するべく第２クロック信号位相Ｐ２及び第１クロック信号位相Ｐ１を受信し、放電を制御するべく第１反転クロック信号位相Ｐ１ｂ及び第２クロック信号位相Ｐ２ｂを受信する。
【0072】
図５Ｂは、チャージポンプ段８０の一実施形態の模式的な図である。チャージポンプ段８０は、反転器６１、フライングキャパシタ６２、第１放電スイッチ７１、第２放電スイッチ７２、第１充電スイッチ７３及び第２充電スイッチ７４を含む。
【0073】
図５Ｂのチャージポンプ段８０は、（第２ＮＶＧ段５２ｂに対応するクロック信号位相が描かれる）図５Ａのチャージポンプ６０のためのＮＶＧ段の一実施形態を例示する。チャージポンプ段の一実施形態が描かれるにもかかわらず、ここでの教示は、多種多様な方法で実装されるチャージポンプ段に適用可能である。
【0074】
図５Ｂに示されるように、反転器６１は、調整電力供給電圧ＶＲＥＧ、及びここではグランド又はＧＮＤとも称する接地電圧により電力供給を受ける。反転器６１はさらに、第２クロック信号位相Ｐ２を受信する入力部、及びフライングキャパシタ６２の第１端に接続される出力部も含む。フライングキャパシタ６２はさらに、第２クロック信号位相Ｐ２に対して論理反転及びレベルシフト双方がなされた第２反転クロック信号位相Ｐ２ｂを生成する第２端も含む。
【0075】
引き続き図５Ｂを参照すると、第１充電スイッチ７３及び第２充電スイッチ７４が、グランドとフライングキャパシタ６２の第２端との間に直列に接続される。第１充電スイッチ７３が第１クロック信号位相Ｐ１によって制御される一方、第２充電スイッチ７４は第３クロック信号位相Ｐ３によって制御される。付加的に、第１放電スイッチ７１及び第２放電スイッチ７２が、負電圧ＮＶＧとフライングキャパシタ６２の第２端との間に直列に接続される。第１放電スイッチ７１が第１反転クロック信号位相Ｐ１ｂによって制御され、第２放電スイッチ７２が第３反転クロック信号位相Ｐ３ｂによって制御される。
【0076】
図５Ｂのチャージポンプ段８０は、フライングキャパシタ６２の充電動作と放電動作とが非重畳となるように実装される。例えば、フライングキャパシタ６２は、第１充電スイッチ７３及び第２充電スイッチ７４双方がオンのときに充電されるが、第１充電スイッチ７３及び第２充電スイッチ７４のいずれか一方又はその双方がオンのときは充電されない。例えば、フライングキャパシタ６２は、第１放電スイッチ７１及び第２放電スイッチ７２双方がオンのときに放電されるが、第１放電スイッチ７１及び第２放電スイッチ７２のいずれか一方又はその双方がオンのときは放電されない。付加的に、描かれたスイッチは、充電動作と放電動作との間の遷移中に非重畳を防止するようにタイミング調整される。かかる非重畳を与えることにより、貫通電流の防止、及び雑音の低下がもたらされる。
【0077】
【0078】
図６Ａは、チャージポンプ段８０の動作の第１位相を描く。ここで、フライングキャパシタ６２の第１端は調整電圧ＶＲＥＧにより制御され、フライングキャパシタ６２の第２端はグランドにより制御される。図６Ａに示されるように、第１充電スイッチ７３及び第２充電スイッチ７４双方がオン（ＯＮ）にされる一方で第１放電スイッチ７１及び第２放電スイッチ７２双方がオフ（ＯＦＦ）にされる。
【0079】
図６Ｂは、チャージポンプ段８０の動作の第２位相を描く。ここで、第１充電スイッチ７３はオン状態からオフ状態へ遷移し、第１放電スイッチ７１はオフ状態からオン状態へ遷移する。図６Ｂに示されるように、フライングキャパシタ６２の第１端は調整電圧ＶＲＥＧに接続されたままであるが、フライングキャパシタ６２の第２端は、第１充電スイッチ７３がオフにされることによりグランドから接続解除される。図６Ｂに示されるように、一つのみの充電スイッチ及び一つのみの放電スイッチがオンにされる。
【0080】
図６Ｃは、チャージポンプ段８０の動作の第３位相を描く。ここで、第２クロック信号位相Ｐ２は、低（この例では０Ｖ）から高（この例では２．５Ｖ）へ遷移する。フライングキャパシタ６２の第２端が電気的に浮遊しているので、フライングキャパシタ６２の第２端は、フライングキャパシタ６２の第１端における電圧レベルを高から低へと変化させる反転器６１の出力への応答として、負電圧（この例では－２．５Ｖ）へと遷移する。
【0081】
図６Ｄは、チャージポンプ段８０の動作の第４位相を描く。ここで、第２充電スイッチ７４はオン状態からオフ状態へ遷移し、第２放電スイッチ７２はオフ状態からオン状態へ遷移する。図６Ｄに示されるように、第４位相において、フライングキャパシタ６２の第２端は、負電圧ＮＶＧを与える出力端子に接続される。図６Ｄに示されるように、双方の放電スイッチがオンにされ、双方の充電スイッチがオフにされる。
【0082】
図６Ｅは、チャージポンプ段８０の動作の第５位相を描く。ここで、第１充電スイッチ７３はオフ状態からオン状態へ遷移し、第１放電スイッチ７１はオン状態からオフ状態へ遷移する。図６Ｅに示されるように、一つのみの充電スイッチ及び一つのみの放電スイッチがオンにされる。
【0083】
図６Ｆは、チャージポンプ段８０の動作の第６位相を描く。ここで、第２クロック信号位相Ｐ２は、高（この例では２．５Ｖ）から低（この例では０Ｖ）へ遷移する。フライングキャパシタ６２の第２端は、第６位相においてグランドから接続解除される。
【0084】
図６Ｇは、チャージポンプ段８０の動作が第１位相へ戻ることを描く。チャージポンプ段８０は、第２充電スイッチ７４のオフ状態からオン状態への遷移と、第２放電スイッチ７２のオン状態からオフ状態への遷移とによって、第１位相に戻る。
【0085】
図７は、一実施形態に係るチャージポンプ電圧を生成する方法１９０のフローチャートである。方法１９０は、ここでの教示に従って実装される一以上のチャージポンプ段を含むチャージポンプによって行うことができる。
【0086】
方法１９０は、ステップ１９１から開始する。ここで、チャージポンプのキャパシタの第１端が第１電圧（例えばＶＲＥＧ）に接続され、当該キャパシタの第２端が第２電圧（例えばグランド）に接続される。方法１９０は、キャパシタの第２端が第２電圧から接続解除されるステップ１９２へと続く。
【0087】
引き続き図７を参照すると、方法１９０は、キャパシタの第１端が第２電圧に接続されるステップ１９３へと続く。キャパシタ１９２の第２端がステップ１９２において第２電圧から接続解除されたので、キャパシタ１９２の第２端は、ステップ１９３の間、電気的に浮遊しているので、当該キャパシタの第１端を第２電圧に接続することに応答して電圧がスイングする。
【0088】
方法１９０は、キャパシタの第２端がチャージポンプの出力部に接続されるステップ１９４へと続く。キャパシタをこの態様で接続することにより、キャパシタに蓄積された電荷を、チャージポンプによって駆動される負荷に放電することができる。
【0089】
引き続き図７を参照すると、方法１９０は、キャパシタの第２端が当該出力部から接続解除されるステップ１９５へと続く。方法１９０は、キャパシタの第１端が第１電圧に接続されるステップ１９６へと続く。方法１９０は、キャパシタの第２端が第２電圧に接続されるステップ１９１まで戻る。
【0090】
図８は、携帯デバイス８００の一実施形態の模式的な図である。携帯デバイス８００は、ベース帯域システム８０１、送受信器８０２、フロントエンドシステム８０３、アンテナ８０４、電力管理システム８０５、メモリ８０６、ユーザインタフェイス８０７、及び電池８０８を含む。
【0091】
携帯デバイス８００は、２Ｇ、３Ｇ、４Ｇ（ＬＴＥ、ＬＴＥアドバンスト及びＬＴＥアドバンストプロを含む）、５Ｇ ＮＲ、ＷＬＡＮ（例えばＷｉＦｉ）、ＷＰＡＮ（例えばブルートゥース（登録商標）及びＺｉｇＢｅｅ（登録商標））、ＷＭＡＮ（例えばＷｉＭａｘ）、及び／又はＧＰＳ技術を含むがこれらに限られない多種多様な通信技術を使用して通信するべく使用することができる。
【0092】
送受信器８０２は、送信のためのＲＦ信号を生成し、アンテナ８０４から受信した入来ＲＦ信号を処理する。理解されることだが、ＲＦ信号の送信及び受信に関連付けられた様々な機能は、送受信器８０２として図８にまとめて表される一以上のコンポーネントによって達成することができる。一例において、所定タイプのＲＦ信号を扱うべく別個のコンポーネント（例えば別個の回路又はダイ）を設けることができる。
【0093】
フロントエンドシステム８０３は、アンテナ８０４に送信され及び／又はアンテナ８０４から受信される信号のコンディショニングを支援する。図示の実施形態において、フロントエンドシステム８０３は、チャージポンプ８１０、電力増幅器（ＰＡ）８１１、低雑音増幅器（ＬＮＡ）８１２、フィルタ８１３、スイッチ８１４、及び信号分割／結合回路８１５を含む。しかしながら、他の実装例も可能である。
【0094】
例えば、フロントエンドシステム８０３は、送信のための信号増幅、受信信号の増幅、信号のフィルタリング、異なる帯域間のスイッチング、異なる電力モード間のスイッチング、送信モード及び受信モード間のスイッチング、信号のデュプレクシング、信号のマルチプレクシング（例えばダイプレクシング又はトライプレクシング）、又はこれらの何らかの組み合わせを含むがこれらに限られない一定数の機能を与えることができる。
【0095】
所定の実装例において、携帯デバイス８００はキャリアアグリゲーションをサポートするので、ピークデータレートを増加させる柔軟性が得られる。キャリアアグリゲーションは、周波数分割デュプレクシング（ＦＤＤ）及び時分割デュプレクシング（ＴＤＤ）の双方に使用することができ、複数のキャリア又はチャネルを集約するべく使用され得る。キャリアアグリゲーションは、同じ動作周波数帯域内の隣接キャリアが集約される隣接集約を含む。キャリアアグリゲーションはまた、不連続であってもよく、共通の帯域内の又は異なる帯域における周波数が分離されたキャリアを含んでよい。
【0096】
アンテナ８０４は、多種多様なタイプの通信のために使用されるアンテナを含み得る。例えば、アンテナアレイ８０４は、多種多様な周波数及び通信規格に関連付けられた信号を送信及び／又は受信するアンテナを含み得る。
【0097】
所定の実装例において、アンテナ８０４は、ＭＩＭＯ通信及び／又はスイッチトダイバーシティ通信をサポートする。例えば、ＭＩＭＯ通信は、単数の無線周波数チャネルを経由して多数のデータストリームを通信するべく多数のアンテナを使用する。ＭＩＭＯ通信は、高い信号対雑音比、符号化の改善、及び／又は無線環境の空間的なマルチプレクシング差異に起因する信号干渉の低減により利益を受ける。スイッチトダイバーシティとは、特定のアンテナが特定の時刻に動作するべく選択される通信を称する。例えば、観測されたビットエラーレート及び／又は信号強度インジケータのような様々な因子に基づいて一群のアンテナから特定のアンテナを選択するべく、スイッチを使用することができる。
【0098】
携帯デバイス８００は、所定の実装例において、ビームフォーミングとともに動作する。例えば、フロントエンドシステム８０３は、アンテナ８０４を使用した信号の送信及び／又は受信を目的としてビームのフォーメーション及び指向性を与えるべく、制御可能利得を有する増幅器、及び制御可能位相を有する位相シフタを含む。例えば、信号送信の文脈において、アンテナ８０４に与えられる送信信号の振幅及び位相は、アンテナ８０４から放射された信号が、建設的及び破壊的干渉を使用して組み合わされ、所与の方向に伝播する信号強度のビーム状の品質を示す集約送信信号を生成するように制御される。信号受信の文脈において、振幅及び位相は、信号が特定の方向からアンテナ８０４に到着しているときに多くの信号エネルギーが受信されるように制御される。所定の実装例において、アンテナ８０４は、ビームフォーミングを向上させるべく複数のアンテナ素子の一以上のアレイを含む。
【0099】
ベース帯域システム８０１は、音声及びデータのような様々なユーザ入力及び出力（Ｉ／Ｏ）の処理を容易にするべくユーザインタフェイス８０７に結合される。ベース帯域モデム８０１は、送受信器８０２が送信のためにＲＦ信号を生成する送信信号のデジタル表現を送受信器８０２に与える。ベース帯域システム８０１はまた、送受信器８０２により与えられる受信信号のデジタル表現を処理する。図８に示されるように、ベース帯域システム８０１は、携帯デバイス８００の動作を容易にするべくメモリ８０６に結合される。
【0100】
メモリ８０６は、携帯デバイス８００の動作を容易にするべく、及び／又はユーザ情報の格納を与えるべく、データ及び／又は命令を格納することのような、多種多様な目的のために使用することができる。
【0101】
電力管理システム８０５は、携帯デバイス８００の一定数の電力管理機能を与える。所定の実装例において、電力管理システム８０５は８１１の供給電圧を制御するＰＡ供給制御回路を含む。例えば、電力管理システム８０５は、電力付加効率（ＰＡＥ）のような効率を改善するべく、当該電力増幅器の一つ以上に与えられる供給電圧を変化させるように構成することができる。
図８に示されるように、電力管理システム８０５は、電池８０８から電池電圧を受信する。電池８０８は、携帯デバイス８００において使用される任意の適切な電池であってよく、例えばリチウムイオン電池を含む。
図８に示されるように、電力管理システム８０５は、電池８０８から電池電圧を受信する。電池８０８は、携帯デバイス８００において使用される任意の適切な電池であってよく、例えばリチウムイオン電池を含む。
【0102】
図９は、一実施形態に係るフロントエンドシステム９００の模式的な図である。フロントエンドシステム９００は、チャージポンプ２２、第１ＲＦスイッチ９０１ａ、第２ＲＦスイッチ９０１ｂ、第３ＲＦスイッチ９０１ｃ及びスイッチコントローラ９０３を含む。フロントエンドシステム９００が３つのＲＦスイッチを含むように例示されるにもかかわらず、フロントエンドシステム９００は、これよりも多い又は少ないＲＦスイッチを含むように適合されてよい。
【0103】
チャージポンプ２２は、システム有効信号ＥＮを受信し、有効にされたときにチャージポンプ電圧ＶＣＰを生成する。チャージポンプ２２は、システム有効信号ＥＮの第１状態において有効にされ、システム有効信号ＥＮの第２状態において無効にされる。例えば、第１状態はフロントエンドシステム９００の通常動作モードを示すことができ、第２状態はフロントエンドシステム９００のスタンバイモードを示すことができる。
【0104】
図示の実施形態において、スイッチコントローラ９０３は、システム有効信号ＥＮ、第１スイッチ有効信号ＳＷＥＮ１、第２スイッチ有効信号ＳＷＥＮ２及び第３スイッチ有効信号ＳＷＥＮ３を受信する。付加的に、スイッチコントローラ９０３は、第１ＲＦスイッチ９０１ａを制御する第１スイッチ制御信号ＳＷＣＴＬ１、第２ＲＦスイッチ９０１ｂを制御する第２スイッチ制御信号ＳＷＣＴＬ２、及び第３ＲＦスイッチ９０１ｃを制御する第３スイッチ制御信号ＳＷＣＴＬ３を生成する。
【0105】
図９に示されるように、スイッチコントローラ９０３は、第１レベルシフタ９５１ａ、第２レベルシフタ９５１ｂ、第３レベルシフタ９５１ｃ、及びレベルシフタ９５１ａ～９５１ｃのためのバイアス電圧ＶＢＩＡＳを生成するレベルシフタ制御回路９５２を含む。レベルシフタ９５１ａ～９５１ｃは、電力高供給電圧Ｖ２及びチャージポンプ電圧ＶＣＰによって電力供給を受ける。例示のスイッチコントローラが３つのレベルシフタを含むにもかかわらず、スイッチコントローラはこれよりも多い又は少ないレベルシフタを含んでよい。
【0106】
レベルシフタ９５１ａ～９５１ｃは、第１スイッチ制御信号ＳＷＣＴＬ１、第２スイッチ制御信号ＳＷＣＴＬ２及び第３スイッチ制御信号ＳＷＣＴＬ３の電圧レベルを、第１スイッチ有効信号ＳＷＥＮ１、第２スイッチ有効信号ＳＷＥＮ２及び第３スイッチ有効信号ＳＷＥＮ３それぞれの状態に基づいて制御する。例えば、第１レベルシフタ９５１ａは、電力高供給電圧Ｖ２が第１スイッチ有効信号ＳＷＥＮ１の第１状態にあるように、かつ、チャージポンプ電圧ＶＣＰが第１スイッチ有効信号ＳＷＥＮ１の第２状態にあるように、第１スイッチ制御信号ＳＷＣＴＬ１を制御することができる。
【0107】
フロントエンドシステム９００の付加的な詳細は、最初の方で記載したものと同様としてよい。
【0108】
【0109】
パッケージ状モジュール１０００は、ＩＣ又は半導体ダイ１００１、表面実装コンポーネント１００３、ワイヤボンド１００８、パッケージ基板１０２０及び封入構造物１０４０を含む。パッケージ基板１０２０は、そこに配置された導体から形成されるパッド１００６を含む。付加的に、ダイ１００１はパッド１００４を含み、ワイヤボンド１００８は、ダイ１００１のパッド１００４をパッケージ基板１００１のパッド１００６に電気的に接続するべく使用されている。
【0110】
図１０Ａ及び１０Ｂに示されるように、ダイ１００１は、最初の方で記載したものと同様としてよいＲＦスイッチ２１、チャージポンプ２２及びスイッチコントローラ２３を含む。チャージポンプ２２が、ここの実施形態のいずれかに従って実装され得る。
【0111】
パッケージ基板１０２０は、ダイ１００１、並びに、例えば表面実装キャパシタ及び／又はインダクタを含み得る表面実装コンポーネント１００３のような複数のコンポーネントを受容するべく構成され得る。
【0112】
図１０Ｂに示されるように、パッケージ状モジュール１０００は、パッケージ状モジュール１０００の、ダイ１００１を取り付けるべく使用される側に対向する側に配置された複数のコンタクトパッド１０３２を含むように示される。パッケージ状モジュール１０００をこの態様で構成することにより、パッケージ状モジュール１０００を、無線デバイスの電話機基板のような回路基板に接続することが支援される。コンタクトパッド１０３２の例は、ＲＦ信号、バイアス信号、電力低電圧及び／又は電力高電圧をダイ１００１及び／又は表面実装コンポーネント１００３に与えるべく構成され得る。図１０Ｂに示されるように、コンタクトパッド１０３２とダイ１００１との電気的接続は、パッケージ基板１０２０を通る接続１０３３によって容易にされ得る。接続１０３３は、多層積層材パッケージ基板のビア及び導体に関連付けられる接続のような、パッケージ基板１０２０を通るように形成された電気経路を表し得る。
【0113】
いくつかの実施形態において、パッケージ状モジュール１０００はまた、例えば、パッケージ状モジュール１０００の保護を与え及び／又は扱いを容易にする一以上のパッケージ構造を含み得る。かかるパッケージ構造は、パッケージ基板１０２０並びにその上に配置されたコンポーネント及びダイを覆うように形成されたオーバーモールド又は封入構造物１０４０を含み得る。
【0114】
理解されることだが、パッケージ状モジュール１０００が、ワイヤボンドに基づく電気接続の文脈で記載されるにもかかわらず、本開示の一以上の特徴はまた、例えばフリップチップ構成を含む他のパッケージ構成に実装することもできる。
【0115】
アプリケーション
【0116】
上述された実施形態のいくつかは、無線デバイス又は携帯電話機に関連する例を与えてきた。しかしながら、それらの実施形態の原理及び利点は、低雑音のチャージポンプを必要とする任意の他のシステム又は装置に使用することができる。
【0117】
かかるチャージポンプは、様々な電子デバイスに実装することができる。電子デバイスの例は、消費者用電子製品、当該消費者用電子製品の部品、電子試験機器等を含み得るが、これらに限られない。電子デバイスの例はまた、メモリチップ、メモリモジュール、光ネットワーク又は他の通信ネットワークの回路、及びディスクドライバ回路も含み得るが、これらに限られない。消費者用電子製品は、携帯電話機、電話機、テレビジョン、コンピュータモニタ、コンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）、電子レンジ、冷蔵庫、自動車、ステレオシステム、カセットレコーダ又はプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、ＣＤプレーヤ、ＶＣＲ、ＭＰ３プレーヤ、ラジオ、ビデオカメラ、カメラ、デジタルカメラ、携帯型メモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯／乾燥機、複写機、ファクシミリ機、スキャナ、多機能周辺デバイス、腕時計、置き時計等を含み得るが、これらに限られない。さらに、電子デバイスは未完成の製品も含んでよい。
【0118】
まとめ
【0119】
本明細書及び特許請求の範囲全体にわたり、文脈上そうでないことが明らかでない限り、「含む」等の用語は、排他的又は網羅的な意味とは反対の包括的意味に、すなわち「～を含むがこれらに限られない」との意味に解釈すべきである。ここで一般に使用される用語「結合」は、直接接続されるか又は一つ以上の中間要素を介して接続されるかいずれかとなり得る２以上の要素を言及する。同様に、ここで一般に使用される単語「接続」は、直接接続されるか又は一つ以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る２つ以上の要素を言及する。加えて、単語「ここ」、「上」、「下」及び同様の趣旨の単語は、本願において使用される場合、本願全体を言及し、本願の任意の固有部分を言及するわけではない。文脈が許容する場合、単数又は複数を使用する上述の詳細な説明における用語はそれぞれ、複数又は単数をも含み得る。２以上の項目のリストを参照する用語「又は」及び「若しくは」について、当該用語は以下の解釈のすべてをカバーする。すなわち、当該リストの任意の項目、当該リストのすべての項目、及び当該リストの項目の任意の組み合わせである。
【0120】
さらに、とりわけ「できる」、「し得る」、「してよい」、「かもしれない」、「例えば」、「のような」等のようなここに記載の条件付き言語は一般に、特にそうでないことが述べられ、又は使用の文脈上そうでないことが理解される場合を除き、所定の実施形態が所定の特徴、要素及び／又は状態を含む一方で他の実施形態がこれらを含まないことを伝えるように意図される。すなわち、かかる条件的言語は、特徴、要素及び／若しくは状態が一以上の実施形態にとって必要な任意の態様にあること、又は一以上の実施形態が必ず、筆者のインプット若しくは促しありで若しくはなしで、これらの特徴、要素及び／若しくは状態が任意の固有実施形態に含まれ若しくは当該実施形態で行われるか否かを決定する論理を含むこと、を示唆することを一般には意図しない。
【0121】
本発明の実施形態の上記詳細な説明は、排他的であることすなわち本発明を上記開示の正確な形態に制限することを意図しない。本発明の及びその例の特定の実施形態が例示を目的として上述されたが、当業者が認識するように、本発明の範囲において様々な均等の修正も可能である。例えば、プロセス又はブロックが所与の順序で提示されるが、代替実施形態は、異なる順序でステップを有するルーチンを行うこと又はブロックを有するシステムを用いることができ、いくつかのプロセス又はブロックは削除、移動、追加、細分化、結合、及び／又は修正することができる。これらのプロセス又はブロックはそれぞれが、様々な異なる態様で実装することができる。また、プロセス又はブロックが直列的に行われるように示されることがあるが、これらのプロセス又はブロックは、その代わりに、並列して行い又は異なる時に行うこともできる。
【0122】
ここに与えられた本発明の教示は、必ずしも上述のシステムに限られることがなく、他のシステムにも適用することができる。上述の様々な実施形態要素及び行為は、さらなる実施形態を与えるべく組み合わせることができる。
【0123】
本発明のいくつかの実施形態が記載されたが、これらの実施形態は、例のみとして提示されており、本開示の範囲を制限することを意図しない。実際のところ、ここに記載される新規な方法及びシステムは、様々な他の形態で具体化することができる。さらに、ここに記載される方法及びシステムの形態における様々な省略、置換及び変更が、本開示の要旨から逸脱することなくなし得る。添付の特許請求の範囲及びその均等物が、本開示の範囲及び要旨に収まるかかる形態又は修正をカバーすることが意図される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図6G】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】