特表 2024-510536 入力信号包絡線追跡に基づいて増幅器バイアス電流を調整するシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-07

(54)【発明の名称】入力信号包絡線追跡に基づいて増幅器バイアス電流を調整するシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/02 20060101AFI20240229BHJP

   H03F 3/24 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

H03F1/02 111

H03F3/24

【審査請求】有

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2023573016

(86)(22)【出願日】2022-02-09

(85)【翻訳文提出日】2023-09-21

(86)【国際出願番号】 US2022015863

(87)【国際公開番号】W WO2022173862

(87)【国際公開日】2022-08-18

(31)【優先権主張番号】63/147,668

(32)【優先日】2021-02-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523301972

【氏名又は名称】クアンタルアールエフ エージー

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ファード，アリ

(72)【発明者】

【氏名】カールソン，マッツ

【テーマコード（参考）】

5J500

【Ｆターム（参考）】

5J500AA01

5J500AA41

5J500AC22

5J500AC36

5J500AF10

5J500AF17

5J500AH09

5J500AH19

5J500AH25

5J500AH29

5J500AH32

5J500AH33

5J500AH35

5J500AK12

5J500AK34

5J500AK42

5J500AM17

5J500AS14

5J500AT03

5J500AT06

5J500RG09

5J500WU08

(57)【要約】

包絡線を有する入力信号を受信することと、包絡線に対応する包絡線検出信号を生成することとを含むシステム及び方法。増幅回路（３０８）に提供されるバイアス電流（ＩＤＤ）は、包絡線検出信号に基づいて調整され、増幅回路（３０８）は、増幅器（Ｍ１、Ｍ２）及び変圧器（Ｌ_１、Ｌ_２）を含む。変圧器（Ｌ_１、Ｌ_２）は、増幅器（Ｍ１、Ｍ２）の出力から増幅器（Ｍ１、Ｍ２）の入力への磁気結合フィードバックループを確立するように構成される。入力信号に応答して、増幅回路（３０８）によって出力信号が提供される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

包絡線を有する入力信号を受信することと、
前記入力信号の前記包絡線に対応する包絡線検出信号を生成することと、
前記包絡線検出信号に基づいて増幅回路に提供されるバイアス電流を調整することであって、前記増幅回路が、増幅器及び変圧器を含み、前記変圧器が、前記増幅器の出力から前記増幅器の入力への磁気結合フィードバックループを確立するように構成される、調整することと、
前記入力信号に応答して、前記増幅回路によって出力信号を提供することと、
を含む方法。

【請求項2】

前記生成することが、
整流された信号を生成するために前記入力信号を整流することと、
前記整流された信号をフィルタリングすることと、
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記包絡線検出信号が、前記入力信号の前記包絡線に対応する時間的変化を有する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記増幅器がゲート端子を有するトランジスタを含み、前記調整することが、
前記包絡線検出信号に基づいて前記バイアス電流を調整するように、前記包絡線検出信号を運ぶ電圧を前記ゲート端子に印加すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記調整することが、
前記印加することの前に、前記包絡線検出信号から高周波成分をフィルタリングすること、
をさらに含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記変圧器の結合係数及び巻数比を選択することによって、前記磁気結合フィードバックループのループ利得をさらに設定する、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記変圧器が、前記増幅器の前記出力と直列に接続された一次巻線と、前記増幅器の前記入力に結合された二次巻線とを有し、前記一次巻線及び前記二次巻線が、前記磁気結合フィードバックループを確立するように、前記一次巻線によって生成された磁界の一部が前記二次巻線に結合するように配置され、前記方法が、
前記二次巻線によって、バランを含む負荷構成に前記出力信号を提供すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記磁気結合フィードバックループのループ利得が、負荷のインピーダンスから実質的に独立しており、少なくとも部分的に前記変圧器の結合係数及び巻数比によって定義される、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記増幅回路が集積回路として実装され、前記一次巻線及び前記二次巻線が、前記集積回路の異なる金属層に集積される、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記二次巻線のインダクタンス（Ｌ_２）が、所望の動作周波数と同等の共振周波数（ｆ_０）で共振が生じるように、前記増幅回路の前記入力と接地との間の寄生容量（Ｃ_ｇ）と併せて選択される、請求項７に記載の方法。

【請求項11】

ｆ_０が、

【数1】

として表される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記負荷構成が、前記一次巻線と負荷との間に接続されたバランを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項13】

前記一次巻線が、前記増幅器の前記出力に接続された第１の端部と、前記バランの第１の端部に接続された第２の端部とを有する、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記増幅回路が集積回路として実装され、前記一次巻線及び前記二次巻線が、前記集積回路の単一の金属層に集積される、請求項７に記載の方法。

【請求項15】

入力信号の包絡線に対応する包絡線検出信号を生成するように構成された包絡線検出器と、
前記包絡線検出器に結合され、及び前記入力信号に応答して出力信号を提供するように構成された増幅回路であって、前記増幅回路が、増幅器及び変圧器を含み、前記変圧器が、前記増幅器の出力から前記増幅器の入力への磁気結合フィードバックループを確立するように構成される、増幅回路と、
を備え、
前記増幅回路に提供されるバイアス電流が、前記包絡線検出信号に基づいて調整される、システム。

【請求項16】

前記包絡線検出器が、
整流された信号を生成するために前記入力信号を整流する１つ又は複数の第１の回路素子と、
前記整流された信号をフィルタリングする１つ又は複数の第２の回路素子と、
を含む、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記包絡線検出信号が、前記入力信号の前記包絡線に対応する時間的変化を有する、請求項１５に記載のシステム。

【請求項18】

前記増幅器がゲート端子を有するトランジスタを含み、前記ゲート端子が、前記包絡線検出器に結合され、及び前記包絡線検出信号を運ぶ電圧を受け取り、
前記バイアス電流が、前記包絡線検出信号に基づいて調整される、
請求項１５に記載のシステム。

【請求項19】

前記包絡線検出器と前記ゲート端子との間に結合されたフィルタをさらに含み、前記フィルタが、前記包絡線検出信号から高周波成分を除去するように構成される、請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

前記変圧器が、選択された結合係数及び巻数比で構成され、前記磁気結合フィードバックループのループ利得が、前記選択された結合係数及び巻数比によって設定される、請求項１５に記載のシステム。

【請求項21】

前記変圧器が、前記増幅器の前記出力と直列に接続された一次巻線と、前記増幅器の前記入力に結合された二次巻線とを有し、前記一次巻線及び前記二次巻線が、前記磁気結合フィードバックループを確立するように、前記一次巻線によって生成された磁界の一部が前記二次巻線に結合するように配置され、前記システムが、前記一次巻線に結合された負荷構成をさらに含む、請求項１５に記載のシステム。

【請求項22】

前記磁気結合フィードバックループのループ利得が、前記負荷構成内に含まれる負荷のインピーダンスから実質的に独立しており、少なくとも部分的に前記変圧器の結合係数及び巻数比によって定義される、請求項２１に記載のシステム。

【請求項23】

前記増幅回路が集積回路として実装され、前記一次巻線及び前記二次巻線が、前記集積回路の異なる金属層に集積される、請求項２１に記載のシステム。

【請求項24】

前記二次巻線のインダクタンス（Ｌ_２）が、所望の動作周波数と同等の共振周波数（ｆ_０）で共振が生じるように、前記増幅器の前記入力と接地との間の寄生容量（Ｃ_ｇ）と併せて選択される、請求項２１に記載のシステム。

【請求項25】

ｆ_０が、

【数2】

として表される、請求項２４に記載の方法。

【請求項26】

前記負荷構成が、前記一次巻線と負荷との間に接続されたバランを含む、請求項２１に記載のシステム。

【請求項27】

前記一次巻線が、前記増幅器の前記出力に接続された第１の端部と、前記バランの第１の端部に接続された第２の端部とを有する、請求項２６に記載のシステム。

【請求項28】

前記増幅回路が集積回路として実装され、前記一次巻線及び前記二次巻線が、前記集積回路の単一の金属層に集積される、請求項２１に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０２１年２月９日に出願された「入力信号包絡線追跡に基づいて増幅器バイアス電流を調整するシステム及び方法（SYSTEM AND METHOD FOR ADJUSTING AMPLIFIER BIAS CURRENT BASED ON INPUT SIGNAL ENVELOPE TRACKING）」という名称の米国仮特許出願第６３／１４７，６６８号の優先権及び便益を主張するものであり、その開示は、あらゆる目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。本出願は、２０２１年９月２７日に出願された、「磁気結合フィードバックを使用した増幅器線形化（AMPLIFIER LINEARIZATION USING MAGNETICALLY COUPLED FEEDBACK）」という名称の米国特許出願第１７／４８６，２９７号、２０２１年９月２７日に出願された、「増幅器利得に影響を与えることなく直流バイアス電流を増加させることによって磁気結合フィードバックループを含む増幅回路の線形性を向上させる方法（METHOD OF IMPROVING LINEARITY OF AMPLIFIER CIRCUIT INCLUDING MAGNETICALLY COUPLED FEEDBACK LOOP BY INCREASING DC BIAS CURRENT WITHOUT IMPACTING AMPLIFIER GAIN）」という名称の米国特許出願第１７／４８６，４１７号、２０２１年９月２７日に出願された「磁気結合フィードバックを使用した増幅器線形化（AMPLIFIER LINEARIZATION USING MAGNETICALLY COUPLED FEEDBACK）」という名称の米国特許出願第１７／４８６，３３９号、２０２１年９月２７日に出願された、「デュアル磁気結合フィードバックループを含む差動増幅器（DIFFERENTIAL AMPLIFIER INCLUDING DUAL MAGNETICALLY COUPLED FEEDBACK LOOPS）」という名称の米国特許出願第１７／４８６，３６７号、及び２０２１年９月２７日に出願された、「磁気結合フィードバックループ並びに直流電流再利用に適したスタックされた入力段及び出力段を含む増幅器（AMPLIFIER INCLUDING MAGNETICALLY COUPLED FEEDBACK LOOP AND STACKED INPUT AND OUTPUT STAGES ADAPTED FOR DC CURRENT REUSE）」という名称の米国特許出願第１７／４８６，３８６号に関連し、これらの開示は、あらゆる目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

分野
[0002] 本開示は一般に、無線周波数動作用の電力増幅器の設計及び技術に関する。

【背景技術】

【0003】

背景
[0003] 無線周波数（ＲＦ）動作用の電力増幅器（ＰＡ）は、直流電源からの直流電力をＲＦエネルギーに変換することによって、ＲＦ信号の低入力電力を増幅して、より高い電力レベルのＲＦ出力を生成するように設計されている。一般的な送信機システムのＰＡは、高直流電圧でバイアスがかけられ、それによって、動作中に発生した熱を放散する。したがって、ＰＡの設計検討事項は、直流電力消費を最小限に抑えるため、及び熱放散を低減するために、適切なレベルの効率を達成するための方式を含む。

【0004】

[0004] 最先端の無線通信技術では、高い通信スループットを目的とした様々な無線規格が、ＲＦ信号を生成するために振幅成分及び／又は位相成分を操作することによる複雑な変調方式を利用している。このような変調方式の例には、直交振幅変調（ＱＡＭ）及び横軸位相偏移変調（ＱＰＳＫ）が含まれる。このような変調は、システム内のＰＡに厳しい線形性要件を課す場合がある。ＰＡの線形性は、単純に、入力電力の関数としての出力電力のプロットで示され、直線の傾きは、ＰＡの利得に等しい。線形性は、ＱＡＭ又はＱＰＳＫで大きな振幅の搬送波信号を送信するシステムにとっては特に重要である。例えば、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）又は符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）用のＱＡＭは、高いピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を有するＲＦ信号を生成する。このような高ＰＡＰＲシナリオでは、送信チェーンのＰＡは、線形性要件がちょうど満たされるまで、ピーク出力電力よりも低い電力を出力するように設定される必要があることが多い。この動作は、「パワーバックオフ（power back-off）」と呼ばれる。パワーバックオフがない場合、高い出力ＰＡＰＲ点において、出力ＲＦ信号にひずみが生じる。信号波形は、ピーク出力電力レベルを下げるパワーバックオフ動作によって復元することができる。その結果、特にＰＡが最大電力レベルで最大効率を達成するように設計されている場合、全体的な効率は著しく低下する。したがって、線形性及び良好な効率を同時に達成することは難しい。

【0005】

[0005] ＲＦのＰＡ技術において、電力付加効率（ＰＡＥ）は、消費される全直流電力に対する出力電力と入力電力との間の差の比率として定義され、効率は、入力直流電力に対する出力電力の比率として定義される。従来の送信機システムでは、所定の電力レベルを維持するために、一定の直流電力が供給され、それによって、信号がより低い電力レベルへと下方に振れたときに余分なエネルギーが無駄にされる。効率を向上させるための公知技術の一例は、包絡線追跡（ＥＴ）であり、包絡線追跡では、入力信号の包絡線を追跡することによって、各時点で必要とされる直流電力を供給するように、ＲＦのＰＡに印加される電源電圧が連続的に調整される。包絡線情報は、ＩＱモデムから得られ、必要な電圧を提供するために包絡線追跡電源に渡される。

【0006】

[0006] 線形性の検討に関しては、様々なＰＡ線形化技術が考案されており、通常、フィードバックループによって適切な補正を行うために、出力におけるＲＦ信号包絡線の振幅及び／又は位相を入力におけるものと比較することを伴う。ＰＡアーキテクチャにおける従来の線形化技術の例には、フィードフォワード誤り訂正、デジタル予歪（digital pre-distortion）、包絡線消去・再生などが含まれる。ＰＡアーキテクチャにおけるこれらの線形化技術の多くは公知であり、詳細は、様々な教科書、科学論文、及び白書に見つけることができる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

概要
[0007] 本明細書で開示されるのは、電流に基づく包絡線追跡（ＥＴ）技術を使用する、増幅器効率を向上させるシステム及び方法である。開示された方法の一態様では、磁気結合フィードバックを有する増幅器に供給されるバイアス電流は、増幅器に印加される入力信号の包絡線を追跡することによって、各時点で必要とされる直流電力を供給するように連続的に調整される。

【0008】

[0008] 一態様では、開示された方法は、包絡線を有する入力信号を受信することと、包絡線に対応する包絡線検出信号を生成することとを含む。本方法はさらに、包絡線検出信号に基づいて増幅回路に提供されるバイアス電流を調整することを含み、増幅回路は、増幅器及び変圧器を含む。変圧器は、増幅器の出力から増幅器の入力への磁気結合フィードバックループを確立するように構成される。入力信号に応答して、増幅回路によって出力信号が提供される。

【0009】

[0009] 本開示は、入力信号の包絡線に対応する包絡線検出信号を生成するように構成された包絡線検出器を含むシステムにも向けられる。増幅回路は、包絡線検出器に結合され、及び入力信号に応答して出力信号を提供するように構成される。増幅回路は、増幅器及び変圧器を含む。変圧器は、増幅器の出力から増幅器の入力への磁気結合フィードバックループを確立するように構成される。システムの動作中、増幅回路に提供されるバイアス電流は、包絡線検出信号に基づいて調整される。

【0010】

図面の簡単な説明
[0010] 本開示の特徴、性質、及び利点は、同様の参照符号が全体を通して一致して同一視される図面と併せて考慮すると、以下に記載される詳細な説明からより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】[0011]本増幅器システムのＣＭＯＳに基づく実装のシングルエンドバージョンの回路レベル図である。

【図2】[0012]ある実施形態による電流モード包絡線追跡増幅器システムを示す機能ブロック図である。

【図3】[0013]ある実施形態による電流モード包絡線追跡増幅器システムの一例を示す回路レベル図である。

【図4】[0014]包絡線追跡を使用した場合、及び包絡線追跡を使用しなかった場合の出力信号スペクトル（ｄＢｍ対周波数）をそれぞれ右のグラフ及び左のグラフに示す。

【図5】[0015]電流モード包絡線追跡を有効にした状態の出力電圧対時間を上のグラフに、及び電源電流対時間を下のグラフに示す。

【図6】[0016]従来の包絡線追跡システムの第１の例を示す簡略化されたブロック図である。

【図7】[0017]従来の包絡線追跡システムの第２の例を示す簡略化されたブロック図である。

【図8】[0018]包絡線検出器システムの基本的な構成を示すブロック図である。

【図9】[0019]従来のダイオード検出器の回路レベル図である。

【図10】[0020]包絡線検出回路の出力に基づく電源電流の直接的な制御を可能にする実装の一例の簡略化された回路レベル図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

詳細な説明
[0021] 本明細書で開示されるのは、電流に基づく包絡線追跡（ＥＴ）技術を使用した、増幅器効率を向上させるためのシステム及び方法である。後述するように、開示される方法の実施形態では、磁気結合フィードバックを有する増幅器に供給されるバイアス電流は、増幅器に印加される入力信号の包絡線を追跡することによって、各時点で必要とされる直流電力を供給するように連続的に調整される。

【0013】

[0022] 一態様では、開示された方法は、包絡線を有する入力信号を受信することと、包絡線に対応する包絡線検出信号を生成することとを含む。本方法はさらに、包絡線検出信号に基づいて増幅回路に提供されるバイアス電流を調整することを含み、増幅回路は、増幅器及び変圧器を含む。変圧器は、増幅器の出力から増幅器の入力への磁気結合フィードバックループを確立するように構成される。出力信号は、入力信号に応答して、増幅回路により提供される。

【0014】

[0023] ここで、本電流に基づくＥＴ手法が利用され得る増幅器システム１００のＣＭＯＳに基づく実装のシングルエンドバージョンの回路レベル図である図１に注目されたい。増幅器システム１００は、電力増幅器（ＰＡ）１０２及び変圧器１０４によって構成される増幅回路を含む。図示されているように、増幅回路の変圧器１０４は、出力負荷インピーダンスＲ_Ｌを有する負荷構成１０８に結合されている。システム１００の他の周辺回路には、共振回路（Ｒ_ｐ、Ｌ_ｏ、Ｃ_ｏなど）が含まれる。

【0015】

[0024] 以下の説明から理解することができるように、増幅器システム１００のトポロジは、増幅回路に提供されるバイアス（電源）電流を包絡線追跡に利用する道を開く。増幅器システム１００は、２０２０年９月２８日に出願された、共同所有されている米国仮特許出願第６３／０８４，４９７号にも記載されており、この出願は、磁気結合フィードバックを使用する増幅器線形化技術を開示しており、参照により本明細書に組み込まれる。

【0016】

[0025] 再び図１を参照すると、変圧器１０４は、ＰＡ１０２の出力に直列に接続された一次巻線Ｌ_１、及びＰＡ１０２の入力に結合された二次巻線Ｌ_２を有する。一次巻線Ｌ_１及び二次巻線Ｌ_２は、一次巻線Ｌ_１によって生成された磁界の一部が、磁気結合フィードバックループによって二次巻線Ｌ_２に結合するように配置され、それによって、ＰＡ１０２の出力から入力へのフィードバックが提供される。

【0017】

[0026] ＰＡ１０２は、カスコード配置のトランジスタＭ１及びＭ２を備え、これらは、変圧器１０４の一次巻線Ｌ_１を介してトランジスタＭ１及びＭ２のドレインに電源電流ＩＤＤを提供する電源電圧ＶＤＤによって電源が投入される。入力信号は、電流源ｉ_ｓによって表される。トランジスタＭ１は、そのゲートで入力電圧ｖ_ｉｎをＭ１の相互コンダクタンスｇ_ｍで電流に変換する。入力電流ｉ_ｓから生じる出力電流ｉ_ｏは、変圧器１０４の一次巻線Ｌ_１を介して提供される。

【0018】

[0027] 図１に示された回路は、実施形態による磁気結合フィードバックを備えた本増幅器システムを実現するために構成することができる多くの可能な回路の中の一例に過ぎないことに留意されたい。図１のトランジスタＭ１及びＭ２は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であるように示されているが、ＰＡ１０２を形成するために、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）及び他のタイプのトランジスタが代替的に使用されてもよい。当業者に知られているように、増幅器トランジスタがＢＪＴを用いて実現される場合、ゲート端子、ドレイン端子、及びソース端子は、ベース端子、コレクタ端子、及びエミッタ端子に置き換えられ、ベース電流がＢＪＴを制御する。さらに、図１に示す回路は、シリコンＣＭＯＳに基づく例示的な実装であるが、他の半導体製造技術、例えばｐＨＥＭＴ及びＨＢＴを利用することもできる。

【0019】

[0028] 増幅器システム１００に関連する特別な技術的特徴の１つは、増幅器システム１００の利得が、カスコード構成の固有の利得特性から実質的に独立していることである。つまり、それは、ｇ_ｍ（Ｍ１の相互コンダクタンス）から実質的に独立している。一般に、ｇ_ｍは、温度、バイアス電流、半導体製造技術、負荷効果、及び電源電圧の変動に大きく依存する。したがって、利得がｇ_ｍの影響を受けないことは、増幅器システム１００の利得が、特にバイアス（電源）電流から実質的に独立していることを意味する。したがって、増幅器システム１００は、本開示に従って、利得に影響を与えることなく電源電流を操作する道を開く。

【0020】

[0029] 図２は、ある実施形態による電流モード包絡線追跡増幅器システム２００を示す機能ブロック図である。包絡線追跡ループは、磁気結合フィードバック２０４を有する増幅器システムの入力において入力信号の包絡線を検出し、及び検出された包絡線に関連する情報に従って電源電流を変化させるように構成された包絡線検出器システム２０２を備える。具体的には、増幅器システム２０４に対する電源電流は、各時点において最適な直流電力を増幅器システム２０４に供給するように、入力信号の包絡線を追跡するように時間的に変化する。直流電力供給のこの時間的変化により、一定の直流電力供給下では無駄にされるエネルギーが低減され、それによって、熱放散が低減され、並びに増幅器の効率及びＰＡＥが向上する。

【0021】

[0030] 図３は、ある実施形態による電流モード包絡線追跡増幅器システム３００の一例を示す回路レベル図である。図示されるように、電流モード包絡線追跡システム３００は、包絡線追跡検出器３０２と、磁気結合フィードバックを有する増幅器システム３０８とによって構成され、これらは、図１の増幅器システム１００と実質的に同様又は同一であり得る。包絡線追跡検出器３０２は、増幅器システム３０８の入力３１０における、電流源ｉ_ｓによって表される入力信号の包絡線を検出し、及び包絡線を追跡するように電源電流ＩＤＤを時間的に変化させるように構成された包絡線検出器システム３０４を備える。増幅器システム３０８の動作中、入力信号（ｉ_ｓによって示される）に応答して、出力電流ｉ_ｏが生成される。出力電流ｉ_ｏは、増幅器システム３０８の出力３２０において、負荷Ｒ_Ｌの両端で出力電圧が生成されることをもたらす。

【0022】

[0031] 本包絡線追跡増幅器システムの実装及びシミュレーションは、差動バージョン及びシングルエンドバージョンの両方に関して実施されたものである。一例として、２５５の副搬送波を有する８０ＭＨｚ幅の１ＧＨｚのＯＦＤＭ変調信号が、入力信号として使用される。図４は、包絡線追跡を使用した場合、及び包絡線追跡を使用しなかった場合の出力信号スペクトル（ｄＢｍ対周波数）をそれぞれ右のグラフ及び左のグラフに示す。この比較から分かるように、出力信号スペクトルは、本電流モード包絡線追跡方式による影響を受けておらず、したがって、元の利得及び線形性も実質的に影響を受けていない。これは、前述のように、磁気結合フィードバックを有する増幅器システムの利得がバイアス（電源）電流から実質的に独立しているからである。

【0023】

[0032] 図５は、電流モード包絡線追跡を有効にした状態の出力電圧対時間を上のグラフに、及び電源電流対時間を下のグラフに示している。見て分かるように、出力電圧及び電源電流が共に、入力信号と実質的に同じ包絡線で変化する。包絡線を追跡するように電源電流が変化するため、無駄な直流電力が低減され、ＰＡＥが、場合によっては３０％から５６％に増加する。包絡線上の高周波リップルは、システム内のフィルタを最適化することによって除去することができる。

【0024】

[0033] 一般に、ＲＦ周波数にアップコンバートされる前のＲＦシステムの搬送波信号は、変調されたＲＦ信号の包絡線において見ることができる。ＰＡを含む増幅器システムは、変調されたＲＦ信号を増幅しているため、増幅器システムの入力及び出力の両方の電圧において、同じ包絡線を観察することができる。本包絡線追跡システムは、変調器から出力されたばかりの変調されたＲＦ信号の包絡線を増幅システムの入力において検出するように構成されている。したがって、本電流モード追跡ループは、別個のチップを使用する必要なしに、増幅器システムと共にチップ上に実装することができ、それによって、複雑さ及びコストが低減される。さらに、本電流モード包絡線追跡は、変調器（例えばＩＱモデム）から独立して機能するように構成され、それによって、自己完結型のコンパクトな増幅器パッケージが可能となる。

【0025】

[0034] 前述の通り、包絡線追跡のための様々な従来の技術が、各種の通信システムにおいて効率／ＰＡＥを向上させるために利用されてきた。これらの従来のシステムでは、ＲＦのＰＡに印加される電源電圧は、入力信号の包絡線を追跡することによって、各時点で必要とされる直流電力を供給するように連続的に調整される。包絡線情報は通常、ＩＱモデムから得られ、必要とされる電源電圧を提供するために包絡線追跡電源に渡される。

【0026】

[0035] 図６は、従来の包絡線追跡システム４００の第１の例を示す簡略化されたブロック図である。信号は、もともとデジタル形式であり、Ｉ（同相）信号又はＱ（直交）信号として変調器４０２に到着する。変調器４０２では、Ｉ信号及びＱ信号のそれぞれが別々にデジタル・アナログ変換器、ローパスフィルタに印加された後、必要な周波数に変換するために局部発振器信号と混合されるようにミクサに渡される（詳細は省略するが、図６では、破線の経路で示される）。その後、２種類の信号が４０４で合計されてＲＦ信号が生成され、次に、ＰＡ４０６を有する増幅器チェーンに渡される。包絡線追跡の目的のために、変調器４０２の初期段階に遅延線４０８が含まれ、包絡線整形用の信号は、そこから供給され、包絡線整形信号生成ブロック４１０に渡される。ブロック４１０は、Ｉ信号及びＱ信号から以下の計算で得られる包絡線情報に従ってＰＡ４０６への電源電圧を変化させるように包絡線追跡電源４１２を制御するためのいくつかの要素を備える。

【数1】

【0027】

[0036] 上記の包絡線追跡方式は、変調器４０２、例えばＩＱモデムとの相互作用を伴う。一方、本開示の電流モード包絡線追跡増幅器システムの実施形態は、送信チェーン内の先行する変調器と相互作用する代わりに、増幅器システムの入力においてＲＦ入力信号を検出して包絡線情報を取得するように構成される。したがって、電流モード包絡線追跡の本方式は、複雑さが大幅に低減されたシステムアーキテクチャをもたらす。本包絡線追跡方式では、一元的に生成された包絡線信号を使用することも可能であることに留意されたい。

【0028】

[0037] 図７は、従来の包絡線追跡システム５００の第２の例を示す簡略化されたブロック図である。上記の従来の包絡線追跡システムの第１の例とは異なり、システム５００では、変調された入力信号が、ＰＡ５０２の入力で検出される。ＰＡ５０２用の電源電圧は、変調された入力信号の包絡線が変化するにつれて調整される。各時点における入力信号電力は、ブロック５０４で検出され、ブロック５０８において、対応する電源電圧を決定するために整形関数に通される。シェーピングテーブルは、入力電力が変化するにつれて、ＰＡ５０２を一定の利得、一定の利得圧縮、又は最大効率点付近で動作させるように構成される。

【0029】

[0038] 対照的に、上記の通り、本電流モード包絡線追跡増幅器システムの実施形態は、包絡線情報に従って、電源電圧ではなく電源電流を変化させるように構成される。さらに、利得を電源電流から実質的に独立させる磁気結合フィードバックにより、線形性及び一定の利得挙動が本質的に確立されるため、このケースでは、整形プロセスは不要である。その結果、比較的単純な包絡線追跡アーキテクチャで高効率が達成される。

【0030】

[0039] 次に図８を参照すると、包絡線検出器システム２０２の基本的な構成を示すブロック図が提供されている。図示するように、包絡線検出器システム２０２は、包絡線検出回路２５０及びインタフェース回路２６０を備える。包絡線検出回路２５０は、入力信号電流、例えば図３のｉ_ｓに基づいて入力信号の包絡線を取得するように構成される。次に、出力された包絡線情報は、電源電流、例えば図３のＩＤＤを変化させる目的で最適に処理されるように、インタフェース回路２６０に渡すことができる。このように、インタフェース回路２６０は、用途及びシステム全体の様々な仕様（例えば、電力レベル、トランジスタのタイプ、電気的／磁気的干渉レベル、フィルタリングの必要性など）に合わせて作ることができる。或いは、包絡線検出回路２５０から出力される包絡線情報を直接利用できる場合には、インタフェース回路２６０が省略されてもよい。

【0031】

[0040] 多くの包絡線検出技術が公知であり、その詳細は様々な教科書、科学論文、及び白書に見つけることができる。図９は、いわゆるダイオード検出器の回路レベル図であり、これは、多くの簡単な包絡線検出回路の一つである。ダイオード検出器は、入力信号を整流し、それによって電流が一方向にのみ流れることを可能にするダイオードＤと、整流された信号の高周波リップルを除去するためのフィルタリングを提供し、及び抵抗器Ｚを通してそれを放出するコンデンサＣとを含み、それによって、入力信号の包絡線に対応する時間的変化を有する出力電圧Ｖｏ（ｔ）を生成する。

【0032】

[0041] 上記のダイオード検出器は実装が簡単である。しかしながら、出力電圧Ｖｏ（ｔ）を利用して電源電流を変化させることは、増幅器などのさらなる回路を必要とし、それによって、そのような増幅器を含む複雑なインタフェース回路２６０が必要となる。

【0033】

[0042] 図１０は、包絡線検出回路１０１０の出力に基づく増幅器１００４への電源電流ＩＤＤの直接的な制御を可能にする例示的システム１０００の簡略化された回路レベル図である。図１０の実施形態において、増幅器１００４は、図１に示される磁気結合フィードバックを有する増幅器システム１００と実質的に同一に実装された増幅器システム内に含めることができる。明瞭化のために、図１０では、このような増幅器システムの一部のみ、すなわち、増幅器１００４、並びに増幅器１００４のトランジスタＭ１及びＭ２を通る電源電流ＩＤＤの経路が示されている。

【0034】

[0043] 包絡線検出回路１０１０は、既知の包絡線検出器のＣＭＯＳバージョンとして構成されている。検出回路１０１０は、入力信号を整流するために差動構成で結合された２つのＮＭＯＳデバイスＮ１及びＮ２を含む。整流された信号は、ＮＭＯＳデバイスのソースが接続されたノードに現れる。コンデンサＣ_Ｌは、整流された信号の高周波リップルを除去するためのフィルタリングを提供し、零入力電流Ｉ_Ｑは、回路の適切な動作のために引き出される。包絡線検出回路１０１０は、入力信号の包絡線に対応する時間的変化を有する検出器出力ノード１０１２において出力電圧Ｖｏを出力する。包絡線検出回路１０１０の出力ノード１０１２は、インタフェース回路１０２０を介して、増幅器１００４内のトランジスタＭ１のゲート電圧を設定し、それによって電源電流ＩＤＤを制御する制御ノード１０１４に結合される。制御ノード１０１４の電圧（すなわち、トランジスタＭ１のゲート電圧）も、入力信号の包絡線に基づいて時間的に変化するので、本実装形態は、直接的に電源電流ＩＤＤに入力信号の包絡線を追跡させるように構成されることを理解することができる。図１０の特定の例では、インタフェース回路１０２０は、包絡線における高周波成分をさらにフィルタ除去するためのローパスフィルタを含み、それによって、ＩＤＤ制御のための包絡線情報の精度が高まる。いくつかの実施形態では、微調整のために、様々な周辺構成要素（図示せず）がインタフェース回路１０２０内にさらに含まれてもよい。

【0035】

[0044] 先述の通り、本包絡線追跡方式の実装は、前述の米国仮特許出願第６３／０８４，４９７号の開示に従って、差動バージョン及びシングルエンドバージョンの両方、並びに磁気結合フィードバックを有する増幅器システムに関連する様々な回路トポロジに対して行うことができる。図１０に示される例示的実装形態は、インタフェース回路１０２０の主要構成要素としてローパスフィルタを含む。しかしながら、インタフェース回路１０２０は、用途及び様々な仕様、例えば、電力レベル、トランジスタのタイプ、電気的／磁気的干渉レベル、フィルタリングの必要性などに応じて、システム１０００全体の性能を最適化するために、必要に応じて修正することができる。

【0036】

[0045] 特定の事象が特定の順序で発生することを上記の方法が示す場合、特定の事象の順序付けは修正され得る。さらに、事象のいくつかは、上記のように逐次実行されるだけでなく、可能な場合には並列プロセスで同時に実行されてもよい。したがって、本明細書は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内に入る、開示された実施形態のそのような修正形態及び変形形態をすべて包含することを意図している。

【0037】

[0046] 上述の記載においては、説明目的で、特許請求されるシステム及び方法の十分な理解をもたらすように特定の名称を使用した。しかしながら、当業者には、本明細書に記載のシステム及び方法を実施するために特定の詳細が必要でないことは明らかであろう。したがって、記載されたシステム及び方法の特定の実施形態の上述の記載は、例示及び説明目的で提示されるものである。それらは、網羅的であること、又は特許請求の範囲を開示された正確な形態に限定することを意図するものではなく、明らかに、上記の教示に鑑みて、多くの修正形態及び変形形態が可能である。実施形態は、記載されたシステム及び方法の原理並びにそれらの実用的な用途を最も上手く説明するために選択及び記載されたものであり、したがって、それらは、記載されたシステム及び方法、並びに企図された特定の使用に適するように様々な修正を有する様々な実施形態を当業者が最大限に利用することを可能にする。以下の特許請求の範囲及びその均等物が、本明細書に記載されるシステム及び方法の範囲を定義することが意図される。

【0038】

[0047] また、様々な発明概念は、１つ又は複数の方法として具現化されてもよく、その例が提供されている。方法の一部として行われる行為は、任意の適切なやり方で順序付けることができる。したがって、例示の実施形態では逐次的な行為として示されていても、図示とは異なる順序で行為が行われる実施形態が構築されてもよく、それらは、いくつかの行為を同時に行うことを含み得る。

【0039】

[0048] 本明細書で定義され、及び使用されるすべての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれる文献における定義、及び／又は定義された用語の通常の意味よりも優先されると理解されるものである。

【0040】

[0049] 本明細書及び特許請求の範囲において使用される不定冠詞「１つの（a）」及び「１つの（an）」は、逆のことが明確に示されない限り、「少なくとも１つ（at least one）」を意味すると理解されるものとする。

【0041】

[0050] 本明細書及び特許請求の範囲において使用される「及び／又は」という表現は、そのように等位接続された要素、すなわち、あるケースでは結合的に存在し、他のケースでは離接的に存在する要素の「何れか一方又は両方」を意味すると理解されるものとする。「及び／又は」と共に列挙された複数の要素も、同様に、すなわち、そのように等位接続された要素の「１つ又は複数」と解釈されるものとする。「及び／又は」節によって具体的に識別された要素以外に、具体的に識別された要素に関連するか否かにかかわらず、他の要素が任意選択的に存在してもよい。したがって、非限定例として、「Ａ及び／又はＢ」への言及は、「備える（comprising）」などのオープンエンドの言葉と併せて使用される場合に、一実施形態では、Ａのみ（任意選択的にＢ以外の要素を含む）、別の実施形態では、Ｂのみ（任意選択的にＡ以外の要素を含む）、さらに別の実施形態では、Ａ及びＢの両方（任意選択的に他の要素を含む）などを指し得る。

【0042】

[0051] 本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、「又は」は、上記で定義された「及び／又は」と同じ意味を有すると理解されるべきものである。例えば、リスト中の項目を区切る場合、「又は」又は「及び／又は」は、包含的であること、すなわち、いくつかの要素又は要素のリストのうちの少なくとも１つを含むが、いくつかの要素又は要素のリストのうちの２つ以上、及び任意選択的に、さらなるリストにない項目も含むと解釈されるものとする。「～のうちの１つだけ（only one of）」、「～のうちの厳密に１つ（exactly one of）」、又は特許請求の範囲において使用される場合の「～からなる（consisting of）」などの逆のことを明確に示す用語のみが、いくつかの要素又は要素のリストのうちの厳密に１つの要素を含むことを意味する。一般に、本明細書で使用される「又は」という用語は、「どちらか一方（either）」、「～のうちの１つ（one of）」、「～のうちの１つだけ（only one of）」、又は「～のうちの厳密に１つ（exactly one of）」などの排他的な用語が先行する場合にのみ、排他的な選択肢（すなわち、「一方又は他方であって両方ではない」）を示すと解釈されるものとする。特許請求の範囲において使用される「～から本質的になる（consisting essentially of）」は、特許法の分野で使用される通常の意味を有するものとする。

【0043】

[0052] 本明細書及び特許請求の範囲において使用される場合、１つ又は複数の要素のリストに関して「少なくとも１つ」という表現は、要素のリスト内の要素の何れか１つ又は複数から選択された少なくとも１つの要素を意味すると理解されるものであるが、必ずしも、要素のリスト内に具体的に列挙された１つ１つの要素のうちの少なくとも１つを含む必要はなく、要素のリスト内の要素の任意の組み合わせを除外するものではない。この定義はまた、「少なくとも１つ」という表現が指す要素のリスト内で具体的に識別された要素以外の要素が、具体的に識別された要素に関連するか否かにかかわらず、任意選択的に存在し得ることを許容する。したがって、非限定例として、「Ａ及びＢのうちの少なくとも１つ」（又は、等価的に、「Ａ又はＢの少なくとも１つ」、又は、等価的に、「Ａ及び／又はＢの少なくとも１つ」）は、一実施形態において、Ｂが存在しない（及び、任意選択的にＢ以外の要素を含む）、少なくとも１つの（任意選択的に２つ以上を含む）Ａを指し、別の実施形態では、Ａが存在しない（及び任意選択的にＡ以外の要素を含む）、少なくとも１つの（任意選択的に２つ以上を含む）Ｂを指し、さらに別の実施形態では、少なくとも１つの（任意選択的に２つ以上の）Ａ、及び少なくとも１つの（任意選択的に２つ以上の）Ｂ（及び任意選択的に他の要素を含む）を指すなどの場合がある。

【0044】

[0053] 上記の明細書と同様に、特許請求の範囲において、「備える（comprising）」、「含む（including）」、「運ぶ（carrying）」、「有する（having）」、「包含する（containing）」、「伴う（involving）」、「保持する（holding）」、「～によって構成される（composed of）」などのすべての移行句は、オープンエンド、すなわち、含むが限定されないことを意味すると理解されるべきものである。米国特許庁の特許審査便覧２１１１．０３に規定されているように、「～からなる（consisting of）」及び「～から本質的になる（consisting essentially of）」という移行句のみが、それぞれクローズドエンド移行句又はセミクローズドエンド移行句であるとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2022-10-19

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

包絡線を有する入力信号を受信することと、
前記入力信号の前記包絡線に対応する包絡線検出信号を生成することと、
前記包絡線検出信号に基づいて増幅回路に提供される、供給電圧ではなく、バイアス電流を調整することであって、前記増幅回路が、増幅器及び変圧器を含み、前記変圧器が、前記増幅器の出力から前記増幅器の入力への磁気結合フィードバックループを確立するように構成される、調整することと、
前記入力信号に応答して、前記増幅回路によって出力信号を提供することと、
を含む方法。

【請求項2】

前記生成することが、
整流された信号を生成するために前記入力信号を整流することと、
前記整流された信号をフィルタリングすることと、
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記包絡線検出信号が、前記入力信号の前記包絡線に対応する時間的変化を有し、前記バイアス電流を調整することは、前記増幅回路に接続される制御ノードに制御電圧を結合させることを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記増幅器がゲート端子を有するトランジスタを含み、前記調整することが、
前記包絡線検出信号に基づいて前記バイアス電流を調整するように、前記包絡線検出信号を運ぶ電圧を前記ゲート端子に印加すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記調整することが、
前記印加することの前に、前記包絡線検出信号から高周波成分をフィルタリングすること、
をさらに含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記変圧器の結合係数及び巻数比を選択することによって、前記磁気結合フィードバックループのループ利得をさらに設定する、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記変圧器が、前記増幅器の前記出力と直列に接続された一次巻線と、前記増幅器の前記入力に結合された二次巻線とを有し、前記一次巻線及び前記二次巻線が、前記磁気結合フィードバックループを確立するように、前記一次巻線によって生成された磁界の一部が前記二次巻線に結合するように配置され、前記方法が、
前記二次巻線によって、バランを含む負荷構成に前記出力信号を提供すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記磁気結合フィードバックループのループ利得が、負荷のインピーダンスから実質的に独立しており、少なくとも部分的に前記変圧器の結合係数及び巻数比によって定義される、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記増幅回路が集積回路として実装され、前記一次巻線及び前記二次巻線が、前記集積回路の異なる金属層に集積される、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記二次巻線のインダクタンス（Ｌ_２）が、所望の動作周波数と同等の共振周波数（ｆ_０）で共振が生じるように、前記増幅回路の前記入力と接地との間の寄生容量（Ｃ_ｇ）と併せて選択される、請求項７に記載の方法。

【請求項11】

ｆ_０が、

【数1】

として表される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記負荷構成が、前記一次巻線と負荷との間に接続されたバランを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項13】

前記一次巻線が、前記増幅器の前記出力に接続された第１の端部と、前記バランの第１の端部に接続された第２の端部とを有する、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記増幅回路が集積回路として実装され、前記一次巻線及び前記二次巻線が、前記集積回路の単一の金属層に集積される、請求項７に記載の方法。

【請求項15】

入力信号の包絡線に対応する包絡線検出信号を生成するように構成された包絡線検出器と、
前記包絡線検出器に結合され、及び前記入力信号に応答して出力信号を提供するように構成された増幅回路であって、前記増幅回路が、増幅器及び変圧器を含み、前記変圧器が、前記増幅器の出力から前記増幅器の入力への磁気結合フィードバックループを確立するように構成される、増幅回路と、
を備え、
前記増幅回路に提供される、供給電圧ではなく、バイアス電流が、前記包絡線検出信号に基づいて調整される、システム。

【請求項16】

前記包絡線検出器が、
整流された信号を生成するために前記入力信号を整流する１つ又は複数の第１の回路素子と、
前記整流された信号をフィルタリングする１つ又は複数の第２の回路素子と、
を含む、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記包絡線検出信号が、前記入力信号の前記包絡線に対応する時間的変化を有し、
前記システムは、前記包絡線検出器の検出器出力ノードと前記増幅器の入力における制御ノードとの間に接続されるインタフェース回路を含み、
前記包絡線検出器は、出力電圧を前記検出器出力ノードにおいて出力し、
前記制御ノードは、前記増幅器の入力電圧を設定する、請求項１５に記載のシステム。

【請求項18】

前記増幅器がゲート端子を有するトランジスタを含み、前記ゲート端子が、前記包絡線検出器に結合され、及び前記包絡線検出信号を運ぶ電圧を受け取り、
前記バイアス電流が、前記包絡線検出信号に基づいて調整される、
請求項１５に記載のシステム。

【請求項19】

前記包絡線検出器と前記ゲート端子との間に結合されたフィルタをさらに含み、前記フィルタが、前記包絡線検出信号から高周波成分を除去するように構成される、請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

前記変圧器が、選択された結合係数及び巻数比で構成され、前記磁気結合フィードバックループのループ利得が、前記選択された結合係数及び巻数比によって設定される、請求項１５に記載のシステム。

【請求項21】

前記変圧器が、前記増幅器の前記出力と直列に接続された一次巻線と、前記増幅器の前記入力に結合された二次巻線とを有し、前記一次巻線及び前記二次巻線が、前記磁気結合フィードバックループを確立するように、前記一次巻線によって生成された磁界の一部が前記二次巻線に結合するように配置され、前記システムが、前記一次巻線に結合された負荷構成をさらに含む、請求項１５に記載のシステム。

【請求項22】

前記磁気結合フィードバックループのループ利得が、前記負荷構成内に含まれる負荷のインピーダンスから実質的に独立しており、少なくとも部分的に前記変圧器の結合係数及び巻数比によって定義される、請求項２１に記載のシステム。

【請求項23】

前記増幅回路が集積回路として実装され、前記一次巻線及び前記二次巻線が、前記集積回路の異なる金属層に集積される、請求項２１に記載のシステム。

【請求項24】

前記二次巻線のインダクタンス（Ｌ_２）が、所望の動作周波数と同等の共振周波数（ｆ_０）で共振が生じるように、前記増幅器の前記入力と接地との間の寄生容量（Ｃ_ｇ）と併せて選択される、請求項２１に記載のシステム。

【請求項25】

ｆ_０が、

【数2】

として表される、請求項２４に記載のシステム。

【請求項26】

前記負荷構成が、前記一次巻線と負荷との間に接続されたバランを含む、請求項２１に記載のシステム。

【請求項27】

前記一次巻線が、前記増幅器の前記出力に接続された第１の端部と、前記バランの第１の端部に接続された第２の端部とを有する、請求項２６に記載のシステム。

【請求項28】

前記増幅回路が集積回路として実装され、前記一次巻線及び前記二次巻線が、前記集積回路の単一の金属層に集積される、請求項２１に記載のシステム。

【国際調査報告】