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特許7631095携帯デバイス、包絡線追跡システム、及び携帯デバイスにおける無線周波数信号増幅の方法
(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】2025-02-07
(45)【発行日】2025-02-18
(54)【発明の名称】携帯デバイス、包絡線追跡システム、及び携帯デバイスにおける無線周波数信号増幅の方法
(51)【国際特許分類】
H03F 1/02 20060101AFI20250210BHJP
H03F 3/24 20060101ALI20250210BHJP
H04B 1/04 20060101ALI20250210BHJP
【ＦＩ】
H03F1/02 111
H03F3/24
H04B1/04 R
【請求項の数】
20
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021087386
(22)【出願日】2021-05-25
(65)【公開番号】P2021193791
(43)【公開日】2021-12-23
【審査請求日】2024-05-10
(31)【優先権主張番号】62/704972
(32)【優先日】2020-06-05
(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】リャリン、 アレクセイ エー．
(72)【発明者】
【氏名】スー、 ヒュイミン
(72)【発明者】
【氏名】ファラバッシュ、 シェイアン
(72)【発明者】
【氏名】パラスカス、 ジョルジオ
【審査官】東 昌秋
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００８３５７８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－７４５６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００７６７７２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０３Ｆ １／００－３／７２
Ｈ０４Ｂ １／０２－１／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
携帯デバイスであって、無線周波数信号を発生させるべく構成される送受信器と、
前記無線周波数信号の包絡線に関連して変化する電力増幅器供給電圧を発生させるべく構成される包絡線追跡器を含む電力管理システムと、
前記無線周波数信号を増幅するとともに前記電力増幅器供給電圧から電力を受けるべく構成される電力増幅器を含むフロントエンドシステムと
を含み、
前記電力増幅器は、
基準電流を受けるべく構成される入力部、及び前記電力増幅器供給電圧に電気的に接続される出力部を含むカレントミラーと、
前記無線周波数信号を増幅するべく構成されるとともに前記カレントミラーの内部電圧に基づいてバイアスがかけられるゲートを有する電界効果トランジスタと
を含み、
前記カレントミラーの内部電圧は、前記電力増幅器供給電圧の減少に応答して増加し、前記電力増幅器供給電圧の増加に応答して減少するように動作可能である、携帯デバイス。
【請求項2】
前記電界効果トランジスタは短チャネル金属酸化膜半導体トランジスタである、請求項１の携帯デバイス。
【請求項3】
前記電力増幅器はさらに、前記電力増幅器供給電圧を与えるノードと前記電界効果トランジスタのドレインとの間に電気的に接続されるチョークインダクタを含む、請求項１の携帯デバイス。
【請求項4】
前記カレントミラーはウィルソン・カレントミラーである、請求項１の携帯デバイス。
【請求項5】
前記電力増幅器はさらに、前記カレントミラーの内部電圧をバッファリングして前記電界効果トランジスタのゲートバイアス電圧を発生させるべく構成されるバッファを含む、請求項１の携帯デバイス。
【請求項6】
前記カレントミラーは、前記内部電圧を出力するべく構成されるドレインを有する第１ミラートランジスタと、
第２ミラートランジスタと、
第３ミラートランジスタと、
第４ミラートランジスタと
を含み、
前記第３ミラートランジスタ及び前記第１ミラートランジスタは前記カレントミラーの入力部と接地電圧部との間に直列に接続され、
前記第４ミラートランジスタ及び前記第２ミラートランジスタは前記カレントミラーの出力部と前記接地電圧部との間に直列に接続される、請求項１の携帯デバイス。
【請求項7】
前記第１ミラートランジスタのゲートが前記第２ミラートランジスタのゲートに接続され、前記第３ミラートランジスタのゲートが前記第４ミラートランジスタのゲートに接続される、請求項６の携帯デバイス。
【請求項8】
前記第２ミラートランジスタのドレインが前記第２ミラートランジスタのゲートに接続され、前記第３ミラートランジスタのドレインが前記第３ミラートランジスタのゲートに接続される、請求項７の携帯デバイス。
【請求項9】
前記電力増幅器はさらに、前記基準電流を発生させるべく構成される電流源を含む、請求項１の携帯デバイス。
【請求項10】
携帯デバイスであって、
無線周波数信号を発生させるべく構成される送受信器と、
前記無線周波数信号の包絡線に関連して変化する電力増幅器供給電圧を発生させるべく構成される包絡線追跡器を含む電力管理システムと、
前記無線周波数信号を増幅するとともに前記電力増幅器供給電圧から電力を受けるべく構成される電力増幅器を含むフロントエンドシステムと
を含み、
前記電力増幅器は、
基準電流を受けるべく構成される入力部、及び前記電力増幅器供給電圧に電気的に接続される出力部を含むカレントミラーと、
前記無線周波数信号を増幅するべく構成されるとともに前記カレントミラーの内部電圧に基づいてバイアスがかけられるゲートを有する電界効果トランジスタと、
前記カレントミラーの内部電圧をバッファリングして前記電界効果トランジスタのゲートバイアス電圧を発生させるべく構成されるバッファと
を含む、
前記バッファは、バッファリングにゼロシフトを与えるべく構成される第１ディプリーションモードトランジスタ及び第２ディプリーションモードトランジスタを含む、携帯デバイス。
【請求項11】
包絡線追跡システムであって、無線周波数信号の包絡線に関連して変化する電力増幅器供給電圧を発生させるべく構成される包絡線追跡器と、
前記無線周波数信号を増幅するとともに前記電力増幅器供給電圧から電力を受けるべく構成される電力増幅器と
を含み、
前記電力増幅器は、
基準電流を受けるべく構成される入力部、及び前記電力増幅器供給電圧に電気的に接続される出力部を含むカレントミラーと、
前記無線周波数信号を増幅するべく構成されるとともに前記カレントミラーの内部電圧に基づいてバイアスがかけられるゲートを有する電界効果トランジスタと
を含み、
前記カレントミラーは、
前記内部電圧を出力するべく構成されるドレインを有する第１ミラートランジスタと、
第２ミラートランジスタと、
第３ミラートランジスタと、
第４ミラートランジスタと
を含み、
前記第３ミラートランジスタ及び前記第１ミラートランジスタは前記カレントミラーの入力部と接地電圧部との間に直列に接続され、
前記第４ミラートランジスタ及び前記第２ミラートランジスタは前記カレントミラーの出力部と前記接地電圧部との間に直列に接続される、包絡線追跡システム。
【請求項12】
前記カレントミラーの内部電圧は、前記電力増幅器供給電圧の減少に応答して増加し、前記電力増幅器供給電圧の増加に応答して減少する、請求項１１の包絡線追跡システム。
【請求項13】
前記電界効果トランジスタは短チャネル金属酸化膜半導体トランジスタである、請求項１１の包絡線追跡システム。
【請求項14】
前記カレントミラーはウィルソン・カレントミラーである、請求項１１の包絡線追跡システム。
【請求項15】
前記電力増幅器はさらに、前記カレントミラーの内部電圧をバッファリングして前記電界効果トランジスタのゲートバイアス電圧を発生させるべく構成されるバッファを含む、請求項１１の包絡線追跡システム。
【請求項16】
前記第１ミラートランジスタのゲートが前記第２ミラートランジスタのゲートに接続され、
前記第３ミラートランジスタのゲートが前記第４ミラートランジスタのゲートに接続される、請求項１１の包絡線追跡システム。
【請求項17】
前記第２ミラートランジスタのドレインが前記第２ミラートランジスタのゲートに接続され、
前記第３ミラートランジスタのドレインが前記第３ミラートランジスタのゲートに接続される、請求項１１の包絡線追跡システム。
【請求項18】
携帯デバイスにおける無線周波数信号増幅の方法であって、包絡線追跡器を使用して、無線周波数信号の包絡線に関連して変化する電力増幅器供給電圧を発生させることと、
前記電力増幅器供給電圧を使用して電力増幅器に電力を与えることと、
前記電力増幅器の電界効果トランジスタを使用して前記無線周波数信号を増幅することと、
前記電力増幅器のカレントミラーの内部電圧を使用して前記電界効果トランジスタのゲートバイアス電圧を発生させることであって、前記カレントミラーの入力部に基準電流を与えて前記カレントミラーの出力部に前記電力増幅器供給電圧を与えることと、
前記電力増幅器供給電圧の減少に応答して前記カレントミラーの内部電圧を増加させることと、
前記電力増幅器供給電圧の増加に応答して前記カレントミラーの内部電圧を減少させることと
を含む、方法。
【請求項19】
前記電界効果トランジスタのゲートバイアス電圧を発生させるべく前記カレントミラーの内部電圧をバッファリングすることをさらに含む、請求項１８の方法。
【請求項20】
前記内部電圧をバッファリングすることは、バッファリングにゼロシフトを与えるべく第１ディプリーションモードトランジスタ及び第２ディプリーションモードトランジスタを使用することを含む、請求項１９の方法。
【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（ＲＦ）電子機器において使用するための電力増幅器に関する。
【背景技術】
【0002】
電力増幅器は、無線周波数（ＲＦ）通信システムにおいて、アンテナを介した送信のためにＲＦ信号を増幅するべく使用される。電池寿命を延ばし及び／又は適切な送信電力レベルを与えるようにＲＦ信号送信の電力を管理することが重要である。
【0003】
一以上の電力増幅器を有する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、顧客構内設備（ＣＰＥ）、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。例えば、セルラー規格、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）規格、及び／又は任意の他の適切な通信規格を使用して通信する無線デバイスにおいて、電力増幅器は、ＲＦ信号増幅のために使用することができる。ＲＦ信号は、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～約７．１２５ＧＨｚの範囲、又は５Ｇ通信規格の周波数レンジ２（ＦＲ２）の約２４．２５０ＧＨｚ～約５２．６００ＧＨｚの範囲のような、約３０ｋＨｚ～３００ＧＨｚの範囲にある周波数を有し得る。
【発明の概要】
【0004】
所定の実施形態において、本開示は、携帯デバイスに関する。携帯デバイスは、無線周波数信号を発生させるべく構成される送受信器と、当該無線周波数信号の包絡線に関連して変化する電力増幅器供給電圧を発生させるべく構成される包絡線追跡器を含む電力管理システムと、当該無線周波数信号を増幅するとともに当該電力増幅器供給電圧から電力を受けるべく構成される電力増幅器を含むフロントエンドシステムとを含む。電力増幅器は、基準電流を受けるべく構成される入力部、及び電力増幅器供給電圧に電気的に接続される出力部を有するカレントミラーと、無線周波数信号を増幅するべく構成される電界効果トランジスタであって、当該カレントミラーの内部電圧に基づいてバイアスがかけられるゲートを有する電界効果トランジスタとを含む。
【0005】
様々な実施形態において、カレントミラーの内部電圧は、電力増幅器供給電圧の減少に応答して増加し、電力増幅器供給電圧の増加に応答して減少する。
【0006】
一定数の実施形態において、電界効果トランジスタは、短チャネル金属酸化膜半導体トランジスタである。
【0007】
いくつかの実施形態において、電力増幅器はさらに、電力増幅器供給電圧部と電界効果トランジスタのドレインとの間に電気的に接続されるチョークインダクタを含む。
【0008】
いくつかの実施形態において、カレントミラーはウィルソン・カレントミラーである。
【0009】
様々な実施形態において、電力増幅器はさらに、電界効果トランジスタのゲートバイアス電圧を発生させるためにカレントミラーの内部電圧をバッファリングするべく構成されるバッファを含む。一定数の実施形態によれば、バッファは、バッファリングにゼロシフトを与えるべく構成される第１ディプリーションモードトランジスタ及び第２ディプリーションモードトランジスタを含む。
【0010】
いくつかの実施形態において、カレントミラーは、内部電圧を出力するべく構成されるドレインを有する第１ミラートランジスタと、第２ミラートランジスタと、第３ミラートランジスタと、第４ミラートランジスタとを含み、第３ミラートランジスタ及び第１ミラートランジスタは当該カレントミラーの入力部と接地電圧部との間に直列に接続され、第４ミラートランジスタ及び第２ミラートランジスタは当該カレントミラーの出力部と接地電圧部との間に直列に接続される。一定数の実施形態によれば、第１ミラートランジスタのゲートが第２ミラートランジスタのゲートに接続され、第３ミラートランジスタのゲートが第４ミラートランジスタのゲートに接続される。様々な実施形態によれば、第２ミラートランジスタのドレインが第２ミラートランジスタのゲートに接続され、第３ミラートランジスタのドレインが第３ミラートランジスタのゲートに接続される。
【0011】
いくつかの実施形態において、電力増幅器はさらに、基準電流を発生させるべく構成される電流源を含む。
【0012】
いくつかの実施形態において、包絡線追跡器は、複数の調整済み電圧を出力するべく構成されるＤＣ／ＤＣ変換器と、当該複数の調整済み電圧及び無線周波数信号の包絡線に基づいて出力部において変調器出力電圧を発生させるべく構成される変調器と、変調器の出力部と電力増幅器供給電圧部との間に結合される変調器出力フィルタとを含む。
【0013】
様々な実施形態において、包絡線追跡器は、電力増幅器供給電圧を発生させるべく互いに並列に動作するように構成されるＤＣ／ＤＣ変換器及び誤差増幅器を含む。
【0014】
所定の実施形態において、本開示は包絡線追跡システムに関する。包絡線追跡システムは、無線周波数信号の包絡線に関連して変化する電力増幅器供給電圧を発生させるべく構成される包絡線追跡器と、当該無線周波数信号を増幅するとともに当該電力増幅器供給電圧から電力を受けるべく構成される電力増幅器とを含む。電力増幅器は、基準電流を受けるべく構成される入力部、及び電力増幅器供給電圧に電気的に接続される出力部を有するカレントミラーと、無線周波数信号を増幅するべく構成される電界効果トランジスタであって、当該カレントミラーの内部電圧に基づいてバイアスがかけられるゲートを有する電界効果トランジスタとを含む。
【0015】
様々な実施形態において、カレントミラーの内部電圧は、電力増幅器供給電圧の減少に応答して増加し、電力増幅器供給電圧の増加に応答して減少する。
【0016】
いくつかの実施形態において、電界効果トランジスタは短チャネル金属酸化膜半導体トランジスタである。
【0017】
いくつかの実施形態において、電力増幅器はさらに、電力増幅器供給電圧部と電界効果トランジスタのドレインとの間に電気的に接続されるチョークインダクタを含む。
【0018】
様々な実施形態において、カレントミラーはウィルソン・カレントミラーである。
【0019】
いくつかの実施形態において、電力増幅器はさらに、電界効果トランジスタのゲートバイアス電圧を発生させるためにカレントミラーの内部電圧をバッファリングするべく構成されるバッファを含む。一定数の実施形態によれば、バッファは、バッファリングにゼロシフトを与えるべく構成される第１ディプリーションモードトランジスタ及び第２ディプリーションモードトランジスタを含む。
【0020】
いくつかの実施形態において、カレントミラーは、内部電圧を出力するべく構成されるドレインを有する第１ミラートランジスタと、第２ミラートランジスタと、第３ミラートランジスタと、第４ミラートランジスタとを含み、第３ミラートランジスタ及び第１ミラートランジスタは当該カレントミラーの入力部と接地電圧部との間に直列に接続され、第４ミラートランジスタ及び第２ミラートランジスタは当該カレントミラーの出力部と接地電圧部との間に直列に接続される。一定数の実施形態によれば、第１ミラートランジスタのゲートが第２ミラートランジスタのゲートに接続され、第３ミラートランジスタのゲートが第４ミラートランジスタのゲートに接続される。様々な実施形態において、第２ミラートランジスタのドレインが第２ミラートランジスタのゲートに接続され、第３ミラートランジスタのドレインが第３ミラートランジスタのゲートに接続される。
【0021】
いくつかの実施形態において、電力増幅器はさらに、基準電流を発生させるべく構成される電流源を含む。
【0022】
いくつかの実施形態において、包絡線追跡器は、複数の調整済み電圧を出力するべく構成されるＤＣ／ＤＣ変換器と、当該複数の調整済み電圧及び無線周波数信号の包絡線に基づいて出力部において変調器出力電圧を発生させるべく構成される変調器と、変調器の出力部と電力増幅器供給電圧部との間に結合される変調器出力フィルタとを含む。
【0023】
いくつかの実施形態において、包絡線追跡器は、電力増幅器供給電圧を発生させるべく互いに並列に動作するように構成されるＤＣ／ＤＣ変換器及び誤差増幅器を含む。
【0024】
所定の実施形態において、本開示は、携帯デバイスにおける無線周波数信号増幅の方法に関する。方法は、包絡線追跡器を使用して、無線周波数信号の包絡線に関連して変化する電力増幅器供給電圧を発生させることと、電力増幅器供給電圧を使用して電力増幅器に電力を与えることと、当該電力増幅器の電界効果トランジスタを使用して当該無線周波数信号を増幅することと、当該電力増幅器のカレントミラーの内部電圧を使用して当該電界効果トランジスタのゲートバイアス電圧を発生させることであって、当該カレントミラーの入力部に基準電流を与えて当該カレントミラーの出力部に当該電力増幅器供給電圧を与えることとを含む。
【0025】
様々な実施形態において、方法は、電力増幅器供給電圧の減少に応答してカレントミラーの内部電圧を増加させることと、電力増幅器供給電圧の増加に応答してカレントミラーの内部電圧を減少させることとを含む。
【0026】
いくつかの実施形態において、電界効果トランジスタは短チャネル金属酸化膜半導体トランジスタである。
【0027】
一定数の実施形態において、方法はさらに、チョークインダクタを使用して電力増幅器供給電圧を電界効果トランジスタのドレインに与えることを含む。
【0028】
いくつかの実施形態において、カレントミラーはウィルソン・カレントミラーである。
【0029】
様々な実施形態において、方法はさらに、電界効果トランジスタのゲートバイアス電圧を発生させるべくカレントミラーの内部電圧をバッファリングすることを含む。
【0030】
一定数の実施形態において、方法はさらに、電流源を使用して基準電流を発生させることを含む。
【0031】
いくつかの実施形態において、電力増幅器供給電圧を発生させることは、ＤＣ／ＤＣ変換器から複数の調整済み電圧を出力することと、変調器を使用して当該複数の調整済み電圧及び無線周波数信号の包絡線に基づいて変調器出力電圧を発生させることと、変調器出力フィルタを使用して、電力増幅器供給電圧を発生させるべく当該変調器出力電圧をフィルタリングすることとを含む。
【0032】
いくつかの実施形態において、電力増幅器供給電圧を発生させることは、並列に動作するＤＣ／ＤＣ変換器及び誤差増幅器を使用して包絡線を追跡することを含む。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】携帯デバイスの一実施形態の模式的な図である。
【図2】送信無線周波数（ＲＦ）信号を携帯デバイスから送信する送信システムの一実施形態の模式的な図である。
【図3】一実施形態に係る電力増幅器の模式的な図である。
【図4A-4D】図４Ａは、適応バイアスがない電力増幅器の電力利得対出力電力の一例のグラフである。図４Ｂは、適応バイアスがある電力増幅器の電力利得対出力電力の一例のグラフである。図４Ｃは、適応バイアスがない電力増幅器の静止ドレイン電流対供給電圧の一例のグラフである。図４Ｄは、適応バイアスがある電力増幅器の静止ドレイン電流対供給電圧の一例のグラフである。
【図5】他実施形態に係る電力増幅器の模式的な図である。
【図6A-6D】図６Ａは、適応バイアスはあるがバッファがない電力増幅器の振幅歪み対負荷電力の一例のグラフである。図６Ｂは、適応バイアスがありバッファもある電力増幅器の振幅歪み対負荷電力の一例のグラフである。図６Ｃは、適応バイアスはあるがバッファがない電力増幅器の位相歪み対負荷電力の一例のグラフである。図６Ｄは、適応バイアスがありバッファもある電力増幅器の位相歪み対負荷電力の一例のグラフである。
【図7A-7B】図７Ａは、短チャネル金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタのドレイン電流対ドレイン電圧の一例のグラフである。図７Ｂは、短チャネルＭＯＳトランジスタのドレイン電流対ゲート電圧の一例のグラフである。
【図9A】一実施形態に係る包絡線追跡システムの模式的な図である。
【図9B】他実施形態に係る包絡線追跡システムの模式的な図である。
【図10】他実施形態に係る包絡線追跡システムの模式的な図である。
【図12】電話基板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】
【0034】
所定の実施形態の以下の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な記載を表す。しかしながら、ここに記載のイノベーションは、例えば特許請求の範囲によって画定され及びカバーされる多数の異なる態様で具体化することができる。本記載において、同じ参照番号が同一の又は機能的に類似の要素を示し得る図面が参照される。理解されることだが、図面に示される要素は必ずしも縮尺どおりではない。さらに理解されることだが、所定の実施形態は、図面に示されるよりも多くの要素を含んでよく、及び／又は図面に示される要素の部分集合を含んでよい。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴のいずれかの適切な組み合わせを組み入れてよい。
【0035】
図１は、携帯デバイス１００の一例の模式的な図である。携帯デバイス１００は、ベース帯域システム１、送受信器２、フロントエンドシステム３、アンテナ４、電力管理システム５、メモリ６、ユーザインタフェイス７及び電池８を含む。
【0036】
携帯デバイス１００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、ＷＬＡＮ（例えばＷｉ－Ｆｉ）、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。
【0037】
送受信器２は、送信のためのＲＦ信号を発生させ、アンテナ４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２として図１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。
【0038】
フロントエンドシステム３は、アンテナ４に送信され及び／又はアンテナ４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３は、電力増幅器（ＰＡ）１１、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１２、フィルタ１３、スイッチ１４及びデュプレクサ１５を含む。しかしながら、他の実装例も可能である。
【0039】
例えば、フロントエンドシステム３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。
【0040】
所定の実装例において、携帯デバイス１００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、共通の帯域内の及び／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。
【0041】
アンテナ４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４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／又は受信することに関連するアンテナを含み得る。
【0042】
所定の実装例において、アンテナ４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。
【0043】
携帯デバイス１００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し得る。例えば、フロントエンドシステム３は、送受信器２により可変位相が制御される位相シフタを含み得る。付加的に、位相シフタは、アンテナ４を使用した信号の送信及び／又は受信のためのビームフォーメーション及び指向性を与えるべく制御される。例えば、信号送信の文脈において、アンテナ４に与えられる送信信号の位相は、アンテナ４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発生させるように制御される。信号受信の文脈において、位相は、信号が特定の方向からアンテナ４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４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。
【0044】
ベース帯域システム１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７に結合される。ベース帯域システム１は、送受信器２が送信のためのＲＦ信号を発生させるべく処理する送信信号のデジタル表現を送受信器２に与える。ベース帯域システム１はまた、送受信器２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１に示されるように、ベース帯域システム１は、携帯デバイス１００の動作を容易にするべくメモリ６に結合される。
【0045】
メモリ６は、携帯デバイス１００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。
【0046】
電力管理システム５は、携帯デバイス１００の一定数の電力管理機能を与える。図１の電力管理システム５は包絡線追跡器６０を含む。図１に示されるように、電力管理システム５は、電池８から電池電圧を受ける。電池８は、携帯デバイス１００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。
【0047】
図１の携帯デバイス１００は、本開示の一以上の特徴に従って実装される電力増幅器を含み得るＲＦ通信システムの一例を示す。しかしながら、ここでの教示は、多種多様な態様で実装されるＲＦ通信システムに適用可能である。
【0048】
図２は、携帯デバイスからＲＦ信号を送信するための送信システム１３０の一実施形態の模式的な図である。送信システム１３０は、電池１０１、包絡線追跡器１０２、電力増幅器１０３、方向性結合器１０４、ダイプレクシング・スイッチング回路１０５、アンテナ１０６、ベース帯域プロセッサ１０７、信号遅延回路１０８、デジタルプリディストーション（ＤＰＤ）回路１０９、Ｉ／Ｑ変調器１１０、観測受信器１１１、相互変調検出回路１１２、包絡線遅延回路１２１、座標回転デジタル計算（ＣＯＲＤＩＣ）回路１２２、整形回路１２３、デジタル／アナログ変換器１２４及び再構成フィルタ１２５を含む。
【0049】
図２の送信システム１３０は、本開示の一以上の特徴に従って実装される電力増幅器を含み得るＲＦ通信システムの一例を示す。しかしながら、ここでの教示は、多種多様な態様で実装されるＲＦ通信システムに適用可能である。
【0050】
ベース帯域プロセッサ１０７は、所望の振幅、周波数及び位相の正弦曲線波又は信号の信号成分に対応するＩ信号及びＱ信号を発生させるべく動作する。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、正弦波の直交位相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１１０に与えられる。ベース帯域プロセッサ１０７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１０７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。
【0051】
信号遅延回路１０８は、包絡線信号とＲＦ信号ＲＦＩＮとの相対的なアラインメントを制御する支援を目的としてＩ信号及びＱ信号に調整可能な遅延を与える。信号遅延回路１０８が与える遅延量は、相互変調検出回路１１２が検出する相互変調量に基づいて制御される。
【0052】
ＤＰＤ回路１０９は、信号遅延回路１０８からの遅延済みＩ信号及びＱ信号にデジタル整形を与えてデジタルプリディストーション済みＩ信号及びＱ信号を発生させるべく動作する。図示の実施形態において、ＤＰＤ回路１０９が与えるＤＰＤは、相互変調検出回路１１２が検出する相互変調量に基づいて制御される。ＤＰＤ回路１０９は、電力増幅器１０３の歪みを低減し及び／又は電力増幅器１０３の効率を増加させる役割を果たす。
【0053】
Ｉ／Ｑ変調器１１０は、デジタルプリディストーション済みＩ信号及びＱ信号を受信し、これらの信号は、ＲＦ信号ＲＦＩＮを発生させるべく処理される。例えば、Ｉ／Ｑ変調器１１０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る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、アップコンバート済みのＩ信号及びＱ信号を結合して電力増幅器１０３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１１０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以上のフィルタを含み得る。
【0054】
包絡線遅延回路１２１は、ベース帯域プロセッサ１０７からのＩ信号及びＱ信号を遅延させる。付加的に、ＣＯＲＤＩＣ回路１２２は、遅延済みＩ信号及びＱ信号を処理し、ＲＦ信号ＲＦＩＮの包絡線を表すデジタル包絡線信号を発生させる。図２が、ＣＯＲＤＩＣ回路１２２を使用する実装例を示すにもかかわらず、包絡線信号は他の態様で得ることもできる。
【0055】
整形回路１２３は、デジタル包絡線信号を整形して送信システム１３０の性能を高めるように動作する。所定の実装例において、整形回路１２３は、デジタル包絡線信号の各レベルを、対応する整形済み包絡線信号レベルにマッピングする整形テーブルを含む。包絡線の整形により、電力増幅器１０３の線形性、歪み及び／又は効率の制御を支援することができる。
【0056】
図示の実施形態において、整形済み包絡線信号は、ＤＡＣ１２４によりアナログ包絡線信号に変換されるデジタル信号である。付加的に、アナログ包絡線信号は、包絡線追跡器１０２が使用するのに適切な包絡線信号を発生させるべく再構成フィルタ１２５によってフィルタリングされる。所定の実装例において、再構成フィルタ１２５は低域通過フィルタを含む。
【0057】
引き続き図２を参照すると、包絡線追跡器１０２は、再構成フィルタ１２５から包絡線信号を受信するとともに電池１０１から電池電圧ＶＢＡＴＴを受信し、その包絡線信号を使用して、ＲＦ信号ＲＦＩＮの包絡線に関連して変化する電力増幅器１０３のための電力増幅器供給電圧ＶＰＡを発生させる。電力増幅器１０３は、Ｉ／Ｑ変調器１１０からＲＦ信号ＲＦＩＮを受信し、この例においてはディプレクシング・スイッチング回路１０５を介してアンテナ１０６に、増幅済みＲＦ信号ＲＦＯＵＴを与える。
【0058】
方向性結合器１０４は、電力増幅器１０３の出力部とデュプレクシング・スイッチング回路１０５の入力部との間に配置される。これにより、デュプレクシング・スイッチング回路１０５の挿入損失を含まない電力増幅器１０３の出力電力を測定することが許容される。方向性結合器１０４からの検知された出力信号が観測受信器１１１に与えられる。観測受信器１１１は、当該検知された出力信号のＩ信号成分及びＱ信号成分をダウンコンバートする混合器と、ダウンコンバート済み信号からＩ観測信号及びＱ観測信号を発生させるＤＡＣとを含む。
【0059】
相互変調検出回路１１２は、Ｉ観測信号及びＱ観測信号とベース帯域プロセッサ１０７からのＩ信号及びＱ信号との相互変調積を決定する。付加的に、相互変調検出回路１１２は、ＤＰＤ回路１０９が与えるＤＰＤを、及び／又は信号遅延回路１０８の遅延を制御することによって、包絡線信号とＲＦ信号ＲＦＩＮとの相対的なアラインメントを制御する。
【0060】
電力増幅器１０３の出力部及びベース帯域からのフィードバック経路を含むことにより、Ｉ信号及びＱ信号を動的に調整して送信システム１３０の動作を最適化することができる。例えば、送信システム１３０をこの態様で構成することにより、電力制御を与えること、送信器の障害を補償すること、及び／又はＤＰＤを行うことが支援され得る。
【0061】
電力増幅器１０３は、単数段として示されるにもかかわらず、一以上の段を含んでよい。さらに、携帯デバイスのようなＲＦ通信システムは、多数の電力増幅器を含み得る。かかる実装例において、異なる電力増幅器に別個の包絡線追跡器を与えることができ、及び／又は一以上の共有包絡線追跡器を使用することができる。
【0062】
包絡線追跡とともに動作する電力増幅器のための適応バイアス
【0063】
包絡線追跡は、電力増幅器により増幅されたＲＦ信号の包絡線との関係で電力増幅器供給電圧の電圧レベルを効率的に制御することにより、電力増幅器の電力付加効率（ＰＡＥ）を増大させるべく使用することができる技法である。すなわち、ＲＦ信号の包絡線が上昇すると、電力増幅器に供給される電圧も上昇し得る。同様に、ＲＦ信号の包絡線が下降すると、電力増幅器に供給される電圧も下降して電力消費が減少する。
【0064】
一例において、包絡線追跡器は、包絡線信号に基づいて電力増幅器供給電圧を発生させるべく誤差増幅器との組み合わせで動作するＤＣ／ＤＣ変換器を含む。例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器と誤差増幅器とは、互いに並列となるように電気的に接続することができ、ＤＣ／ＤＣ変換器が包絡線信号の低周波数成分を追跡することができる一方、誤差増幅器が包絡線信号の高周波数成分を追跡することができる。例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器のスイッチング周波数を、包絡線信号の最大周波数成分よりも低くなるように低減することができ、誤差増幅器は、電力増幅器供給電圧を発生させるべく当該変換器の出力におけるギャップを平滑化するように動作することができる。所定の実装例において、ＤＣ／ＤＣ変換器と誤差増幅器とは結合器を介して結合することができる。
【0065】
他例において、包絡線追跡器は、異なる電圧レベルの調整済み電圧を発生させる多出力ブースト切替器と、包絡線信号に基づいて経時的に適切な調整済み電圧の選択を制御する複数スイッチのバンクと、電力増幅器供給電圧を発生させるべく当該スイッチバンクの出力をフィルタリングするフィルタとを含む。
【0066】
包絡線追跡アプリケーションのための適応バイアスを有する電力増幅器がここに与えられる。所定の実施形態において、包絡線追跡システムは、ＲＦ信号を増幅する電力増幅器であって、電力増幅器供給電圧部から電力を受ける電力増幅器と、ＲＦ信号の包絡線に基づいて電力増幅器供給電圧を発生させる包絡線追跡器とを含む。電力増幅器は、ＲＦ信号を増幅する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、基準電流を受ける入力部、及び電力増幅器供給電圧に接続される出力部を含むカレントミラーとを含む。カレントミラーの内部電圧が、ＦＥＴのゲートにバイアスをかけるべく使用されることにより、当該ＦＥＴは、包絡線追跡から生じる電力増幅器供給電圧の変化が補償される。
【0067】
電力増幅器に適応バイアスを実装することにより、電力増幅器のＦＥＴの非理想性が補償される。例えば、かかる適応バイアスにより、チャネル長さ変調及び／又はドレイン誘起障壁低下を補償することが支援される。そうでなければ、ＲＦ利得対電力増幅器供給電圧に高いばらつきがもたらされる。
【0068】
所定の実装例において、ＦＥＴは、短チャネル金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタとして実装される。短チャネルＭＯＳトランジスタが、一定数のトランジスタ非理想性を被るにもかかわらず、適応バイアスにより、電力増幅器において短チャネルＭＯＳトランジスタを、当該電力増幅器の性能を有意に劣化させることなく使用することができる補償が得られる。短チャネルＭＯＳトランジスタは、低コストであり及び／又は高集積度を可能にするプロセスにおいて作製することができるので、一定数のアプリケーションにおいて短チャネルＭＯＳトランジスタを使用して電力増幅器を実装することが望ましい。
【0069】
所定の実装例において、さらに、ＦＥＴのゲートバイアス電圧を発生させるべくカレントミラーの内部電圧をバッファリングするバッファが含まれる。バッファを含むことにより、帯域幅を向上させて電力増幅器のバイアスの過渡応答を高速化することができるので、振幅歪み及び位相歪みが改善される。
【0070】
カレントミラーは、多種多様な態様で実装することができる。所定の実装例において、カレントミラーはウィルソン・カレントミラーとして実装される。例えば、カレントミラーは、４つのトランジスタ・ウィルソン・カレントミラーとして配列されるｎ型電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）を使用して実装することができる。例えば、４つのトランジスタ・ウィルソンミラーの第１ＮＦＥＴのドレインソース間電圧は、出力の電圧が減少すると増加するので、電力増幅器供給電圧が減少するにつれて電力増幅器の利得を増加させるのによく適している。
【0071】
図３は、一実施形態に係る電力増幅器２５０の模式的な図である。電力増幅器２５０は、ＮＦＥＴ２３１、ウィルソン・カレントミラー２３２、入力ＤＣブロックキャパシタ２３３、出力ＤＣブロックキャパシタ２３４、チョークインダクタ２３５及び基準電流源２３６を含む。
【0072】
図３が適応バイアスを有する電力増幅器の一実施形態を描くにもかかわらず、ここでの教示は、多種多様な態様で実装される電力増幅器にも適用可能である。
【0073】
電力増幅器２５０は、ＲＦ入力端子においてＲＦ入力信号ＲＦＩＮを受信し、増幅済みＲＦ出力信号ＲＦＯＵＴをＲＦ出力端子に与える。図示の実施形態において、入力ＤＣブロックキャパシタ２３３は、ＲＦ入力端子のＤＣ電圧とは別個にＮＦＥＴ２３１のゲート電圧のバイアスを許容するべく、ＲＦ入力端子とＮＦＥＴ２３１のゲートとの間に接続される。付加的に、出力ＤＣブロックキャパシタ２３４は、ＮＦＥＴ２３１のドレイン電圧をＲＦ出力端子のＤＣ電圧からデカップリングするべく、ＮＦＥＴ２３１のドレインとＲＦ出力端子との間に接続される。
【0074】
図３に示されるように、チョークインダクタ２３５は、ＮＦＥＴ２３１のドレインに電力増幅器供給電圧ＶＰＡを与える。電力増幅器供給電圧ＶＰＡは、ここに開示される包絡線追跡器のいずれかを含むがこれらに限られない包絡線追跡器によって発生させることができる。
【0075】
ＮＦＥＴ２３１は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅してＲＦ出力信号ＲＦＯＵＴを発生させる。付加的に、ＮＦＥＴ２３１のゲートは、ウィルソン・カレントミラー２３２の内部電圧によるバイアスを受ける。さらに、ＮＦＥＴ２３１のソースが接地電圧（グランド）を受ける一方、ＮＦＥＴ２３１のドレインは、チョークインダクタ２３５から電力増幅器供給電圧ＶＰＡを受ける。所定の実装例において、ＮＦＥＴ２３１は、ｎ型金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ）トランジスタとして実装される。例えば、ＮＦＥＴ２３１は短チャネルＮＭＯＳトランジスタとしてよい。
【0076】
ウィルソン・カレントミラー２３２は、基準電流源２３６から基準電流ＩＲＥＦを受信する入力部と、電力増幅器供給電圧ＶＰＡに接続される出力部とを有する。ウィルソン・カレントミラー２３２は、第１カレントミラーＮＦＥＴ２４１、第２カレントミラーＮＦＥＴ２４２、第３カレントミラーＮＦＥＴ２４３及び第４カレントミラーＮＦＥＴ２４４を含む。
【0077】
図３に示されるように、第１カレントミラーＮＦＥＴ２４１及び第２カレントミラー２４２はそれぞれが、グランドに接続されるソースを含む。付加的に、第１カレントミラーＮＦＥＴ２４１のゲートが、第２カレントミラーＮＦＥＴ２４２のゲート及びドレインに接続されるとともに、第４カレントミラーＮＦＥＴ２４４のソースに接続される。付加的に、ウィルソン・カレントミラー２３２の出力部が第４カレントミラーＮＦＥＴ２４４のドレインに接続される一方、ウィルソン・カレントミラー２３２の入力部が、第４カレントミラーＮＦＥＴ２４４のゲートに、並びに第３カレントミラーＮＦＥＴ２４３のゲート及びドレインに接続される。さらに、第１カレントミラーＮＦＥＴ２４１のドレインと第３カレントミラーＮＦＥＴ２４３のドレインとが互いに接続される。
【0078】
図示の実施形態において、ウィルソン・カレントミラー２３２の内部電圧が、適応バイアスを与えるべくＮＦＥＴ２３１のゲートに与えられる。内部電圧は、この実施形態において、第１カレントミラーＮＦＥＴ２４１のドレイン電圧に対応する。
【0079】
ウィルソン・カレントミラー２３２は、入力部において受けた基準電流ＩＲＥＦをミラーリングして出力部において出力電流を発生させるべく動作する。包絡線追跡に起因して電力増幅器供給電圧ＶＰＡが変化するにつれて、第１カレントミラーＮＦＥＴ２４１のドレイン電圧もまた、出力電流が入力電流を追跡するように変化する。ウィルソン・カレントミラー２３２の調整の結果、電力増幅器供給電圧ＶＰＡが減少するにつれて第１電流源ＮＦＥＴ２４１ドレインソース間電圧が増加する。
【0080】
第１カレントミラーＮＦＥＴ２４１のドレイン電圧は、電力増幅器供給電圧ＶＰＡが減少するにつれて電力増幅器の利得を増加させるのによく適しており、電力増幅器供給電圧ＶＰＡが増加するにつれて電力増幅器の利得を減少させるのによく適している。すなわち、ウィルソン・カレントミラー２３２は、電力供給のばらつきから生じる利得のばらつきを補償するべくＮＦＥＴ２３１に適応バイアスを与える。かかる適応バイアスは、ＮＦＥＴ２３１が短チャネルＮＭＯＳトランジスタとして実装されるときの短チャネル効果（例えばチャネル長さ変調及び／又はドレイン誘起障壁低下）を補償するのによく適している。
【0081】
図４Ａは、適応バイアスがない電力増幅器の電力利得対出力電力の一例のグラフである。
【0082】
図４Ｂは、適応バイアスがある電力増幅器の電力利得対出力電力の一例のグラフである。
【0083】
【0084】
図４Ｃは、適応バイアスがない電力増幅器の静止ドレイン電流対供給電圧の一例のグラフである。
【0085】
図４Ｄは、適応バイアスがある電力増幅器の静止ドレイン電流対供給電圧の一例のグラフである。
【0086】
【0087】
図５は、他実施形態に係る電力増幅器２８０の模式的な図である。電力増幅器２８０は、ＮＦＥＴ２３１、ウィルソン・カレントミラー２３２、入力ＤＣブロックキャパシタ２３３、出力ＤＣブロックキャパシタ２３４、チョークインダクタ２３５、基準電流源２７０及びバッファ２７０を含む。
【0088】
図５の電力増幅器２８０は図３の電力増幅器２５０と同様であるが、電力増幅器２８０は、ＮＦＥＴ２３１のゲートバイアス電圧を発生させるべく第１カレントミラーＮＦＥＴ２４１のドレイン電圧をバッファリングするバッファ２７０をさらに含む点が異なる。
【0089】
図示の実施形態において、バッファ２７０はゼロシフトバッファとして実装される。このゼロシフトバッファは、第１ディプリーションモード（ｄモード）ＦＥＴ２７１及び第２ｄモードＦＥＴ２７２を含む。これらは、例えば、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）又はショットキーゲートＦＥＴとしてよい。第１ｄモードＦＥＴ２７１のドレインが電池電圧ＶＢＡＴＴを受ける一方、第１ｄモードＦＥＴ２７１のゲートは、ウィルソン・カレントミラー２３２の内部電圧を受ける。付加的に、第２ｄモードＦＥＴ２７２のゲート及びソースがグランドに接続される一方、第２ｄモードＦＥＴ２７２のドレインは、電力増幅器のＮＦＥＴ２３１にバイアスをかけるべくゲートバイアス電圧を出力するノードにおいて、第１ｄモードＦＥＴ２７１のソースに接続される。
【0090】
バッファ２７０を含めることにより、電力増幅器のバイアス回路の、向上した帯域幅及び改善された過渡応答が達成される。
【0091】
図６Ａは、適応バイアスはあるがバッファがない電力増幅器の振幅歪み対負荷電力（ｌｏａｄ ｐｏｗｅｒ）の一例のグラフである。
【0092】
図６Ｂは、適応バイアスがありバッファもある電力増幅器の振幅歪み対負荷電力（ｌｏａｄ ｐｏｗｅｒ）の一例のグラフである。
【0093】
【0094】
図６Ｃは、適応バイアスはあるがバッファがない電力増幅器の位相歪み対負荷電力の一例のグラフである。
【0095】
図６Ｄは、適応バイアスがありバッファもある電力増幅器の位相歪み対負荷電力の一例のグラフである。
【0096】
【0097】
図７Ａは、短チャネルＭＯＳトランジスタのドレイン電流対ドレイン電圧の一例のグラフである。短チャネルＭＯＳトランジスタの異なるゲートソース間電圧におけるドレイン電流対ドレイン電圧の様々なプロットが描かれる。チャネル長さ変調を考慮しない場合（破線プロット）とチャネル長さ変調を考慮する場合（実線プロット）との双方のプロットが含まれる。
【0098】
図７Ｂは、短チャネルＭＯＳトランジスタのドレイン電流対ゲート電圧の一例のグラフである。グラフには、ドレイン誘起障壁低下から生じるトランジスタしきい電圧のシフトの一例が描かれる。
【0099】
【0100】
図８Ａにおいて、グラフ４４７は、ＲＦ信号４４１の電圧と電力増幅器供給電圧４４３対時間との一例を示す。ＲＦ信号４４１は包絡線４４２を有する。
【0101】
重要となり得ることだが、電力増幅器の電力増幅器供給電圧４４３は、ＲＦ信号４４１の電圧よりも大きな電圧を有する。例えば、ＲＦ信号の振幅よりも小さな振幅を有する電力増幅器供給電圧を使用して電力増幅器に電力を与えることは、ＲＦ信号をクリップし、ひいては信号歪み及び／又は他の問題をもたらし得る。すなわち、電力増幅器供給電圧４４３を、包絡線４４２よりも大きくしておくことが重要となり得る。しかしながら、電力増幅器供給電圧４４３とＲＦ信号４４１の包絡線４４２との電圧差は、低減することが望ましい。電力増幅器供給電圧４４３と包絡線４４２との間のエリアが、電池寿命を低減させるとともに無線デバイスに生じる熱を増加させ得る喪失エネルギーを表し得るからである。
【0102】
図８Ｂにおいて、グラフ４４８は、ＲＦ信号４４１の電圧と電力増幅器供給電圧４４４対時間との一例を示す。図８Ａの電力増幅器供給電圧４４３とは対照的に、図８Ｂの電力増幅器供給電圧４４４は、ＲＦ信号４４１の包絡線４４２との関係で変化する。図８Ｂにおける電力増幅器供給電圧４４４と包絡線４４２との間のエリアは、図８Ａにおける電力増幅供給電圧４４３と包絡線４４２との間のエリアよりも小さいので、図８Ｂのグラフ４４８は、エネルギー効率が大きな電力増幅器に関連付けることができる。
【0103】
図９Ａは、一実施形態に係る包絡線追跡システム５００の模式的な図である。包絡線追跡システム５００は、電力増幅器５０１及び包絡線追跡器５０２を含む。電力増幅器５０１は、無線周波数信号５０３を増幅する。
【0104】
包絡線追跡器５０２は、無線周波数信号５０３の包絡線に対応する包絡線信号５０４を受信する。付加的に、包絡線追跡器５０２は、電力増幅器５０１に電力を供給する電力増幅器供給電圧ＶＰＡを発生させる。
【0105】
図示の包絡線追跡器５０２は、ＤＣ／ＤＣ変換器５１１及び誤差増幅器５１２を含み、これらは互いに組み合わせられ、包絡線信号５０４に基づいて電力増幅器供給電圧ＶＰＡを発生させるように動作する。図示の実施形態において、ＤＣ／ＤＣ変換器５１１の出力と誤差増幅器５１２の出力とは、結合器５１５を使用して結合される。
【0106】
図９Ａの包絡線追跡器５０２は、スイッチングレギュレータが互いに並列に動作してＲＦ信号の包絡線を追跡するアナログ包絡線追跡の一例を示す。
【0107】
図９Ｂは、他実施形態に係る包絡線追跡システム５４０の模式的な図である。包絡線追跡システム５４０は、電力増幅器５０１及び包絡線追跡器５３２を含む。電力増幅器５０１は、無線周波数信号５０３を増幅する。
【0108】
包絡線追跡器５３２は、無線周波数信号５０３の包絡線に対応する包絡線信号５０４を受信する。付加的に、包絡線追跡器５３２は、電力増幅器５０１に電力を供給する電力増幅器供給電圧ＶＰＡを発生させる。
【0109】
図示される包絡線追跡器５３２は、多レベルスイッチング回路５３５を含む。所定の実装例において、多レベルスイッチング回路は、異なる電圧レベルの調整済み電圧を発生させる多出力ＤＣ／ＤＣ変換器と、包絡線信号に基づいて経時的に適切な調整済み電圧の選択を制御する複数のスイッチと、電力増幅器供給電圧を発生させるべく当該スイッチの出力をフィルタリングするフィルタとを含む。
【0110】
図９Ｂの包絡線追跡器５３２はＭＬＳ包絡線追跡の一例を示す。
【0111】
図１０は、他実施形態に係る包絡線追跡システムの模式的な図である。包絡線追跡システム６００は、電力増幅器５０１及び包絡線追跡器６０２を含む。電力増幅器５０１は、無線周波数信号５０３を増幅する。
【0112】
包絡線追跡器６０２は、無線周波数信号５０３の包絡線に対応する包絡線信号を受信する。この例において、包絡線信号は差動である。付加的に、包絡線追跡器６０２は、電力増幅器５０１に電力を供給する電力増幅器供給電圧ＶＰＡを発生させる。
【0113】
図示される包絡線追跡器６０２は、包絡線増幅器６１１、第１比較器６２１、第２比較器６２２、第３比較器６２３、コーディング・ディザリング回路６２４、多出力ブースト切替器６２５、フィルタ６２６、スイッチバンク６２７及びキャパシタバンク６３０を含む。キャパシタバンク６３０は、第１キャパシタ６３１、第２キャパシタ６３２及び第３キャパシタ６３３を含む。付加的に、スイッチバンク６２７は、第１スイッチ６４１、第２スイッチ６４２及び第３スイッチ６４３を含む。
【0114】
包絡線増幅器６１１は包絡線信号を増幅し、増幅済み包絡線信号を第１比較器６２１～第３比較器６２３に与える。第１比較器６２１～第３比較器６２３は、増幅包絡線信号を第１しきい値Ｔ１、第２しきい値Ｔ２及び第３しきい値Ｔ３それぞれと比較する。比較の結果がコーディング・ディザリング回路６２４に与えられる。コーディング・ディザリング回路６２４は、当該結果を処理してスイッチバンク６２７のスイッチの選択を制御する。コーディング・ディザリング回路６２４は、スイッチをアクティブにする一方でコーディング及び／又はディザリングを使用し、当該スイッチの開閉から生じるアーチファクトを低減することができる。
【0115】
３つの比較器を有する一例が示されるにもかかわらず、これよりも多い又は少ない比較器を使用してよい。さらに、コーディング・ディザリング回路６２４を省略し、他の態様でスイッチバンクを制御することを選択してもよい。第１例において、コーディングが使用されるがディザリングは使用されない。第２例において、ディザリングが使用されるがコーディングは使用されない。第３例において、コーディングもディザリングも使用されない。
【0116】
多出力ブーストスイッチ６２５は、電池電圧ＶＢＡＴＴのＤＣ／ＤＣ変換を与えることに基づいて第１調整済み電圧ＶＭＬＳ１、第２調整済み電圧ＶＭＬＳ２及び第３調整済み電圧ＶＭＬＳ３を発生させる。３つの調整済み電圧を有する一例が示されるにもかかわらず、多出力ブースト切替器６２５は、これよりも多い又は少ない調整済み電圧を発生させることができる。所定の実装例において、これらの調整済み電圧の少なくとも一部分が、電池電圧ＶＢＡＴＴに対してブーストされる。いくつかの構成において、これらの調整済み電圧の一以上は、電池電圧ＶＢＡＴＴよりも低い電圧を有するバック（ｂｕｃｋ）電圧である。
【0117】
キャパシタバンク６３０は、多出力ブーストスイッチ６２５が発生させる調整済み電圧を安定化させる支援をする。例えば、キャパシタ６３１～６３３はデカップリングキャパシタとして動作する。
【0118】
フィルタ６２６は、スイッチバンク６２７の出力を処理して電力増幅器供給電圧ＶＰＡを発生させる。包絡線信号に基づいて経時的にスイッチ６４１～６４３の選択を制御することにより、包絡線信号を追跡する電力増幅器供給電圧ＶＰＡが発生する。
【0119】
【0120】
パッケージ状モジュール８００は、ＩＣ又はダイ８０１、表面実装コンポーネント８０３、ワイヤボンド８０８、パッケージ基板８２０及び封入構造物８４０を含む。パッケージ基板８２０は、そこに配置された導体から形成されるパッド８０６を含む。付加的に、ダイ８０１はパッド８０４を含み、ワイヤボンド８０８は、ダイ８０１のパッド８０４をパッケージ基板８２０のパッド８０６に電気的に接続するべく使用されている。
【0121】
ダイ８０１は、ここでの実施形態のいずれかに従って実装することができる電力増幅器８４６を含む。
【0122】
パッケージ基板８２０は、ダイ８０１、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８０３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。
【0123】
図１１Ｂに示されるように、パッケージ状モジュール８００は、パッケージ状モジュール８００の、ダイ８０１を取り付けるべく使用される側の反対側に配置された複数のコンタクトパッド８３２を含むように示される。パッケージ状モジュール８００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８００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補助される。コンタクトパッド８３２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８０１及び／又は表面実装コンポーネント８０３に与えるべく構成され得る。図１１Ｂに示されるように、コンタクトパッド８３２とダイ８０１との電気的接続は、パッケージ基板８２０を通る接続８３３によって容易にされ得る。接続部８３３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８２０を通るように形成された電気経路を表し得る。
【0124】
いくつかの実施形態において、パッケージ状モジュール８００はまた、例えば、パッケージ状モジュール８００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８２０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８４０を含み得る。
【0125】
理解されることだが、パッケージ状モジュール８００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。
【0126】
図１２は、電話基板の一実施形態の模式的な図である。電話基板９００は、添付の図１１Ａ及び図１１Ｂに示されるモジュール８００を含む。明確性を目的として図１２に示されないにもかかわらず、電話基板９００は、付加的なコンポーネント及び構造物を含んでよい。
【0127】
アプリケーション
【0128】
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、電力増幅器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。
【0129】
かかる包絡線追跡器は、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。
【0130】
まとめ
【0131】
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単語「結合」は、直接接続されるか又は一以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る２以上の要素を言及する。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以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る２以上の要素を言及する。加えて、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単語「又は」及び「若しくは」は、当該単語の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。
【0132】
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ロジックを含むこと、を示唆することを一般には意図しない。
【0133】
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。
【0134】
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。上述した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。
【0135】
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-4D】
【図5】
【図6A-6D】
【図7A-7B】
【図8A-8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A-11B】
【図12】