JP2011041265A - 高効率マイクロ波増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】効率が改善され高調波放射が低減されたマイクロ波増幅器を動作させるための装置および方法を提供する。
【解決手段】増幅器は、可変レール電圧源と可変入力駆動段とを有する。コントローラは、増幅器出力を継続的に監視し、高効率と低高調波放射を実現するために、レール電圧および入力駆動部材信号を調整する。増幅器は、線形領域外で利得素子を動作させるために構成された動的バイアスコントローラを備えうる。増幅器によって７０％を超える効率を実現することができる。
【選択図】なし

Description

本開示は、生物組織にエネルギーを供給するためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、外科的手技中に使用するマイクロ波エネルギーを増幅するための改良された装置および方法に関する。

エネルギーを利用した組織の治療が当業界において公知となっている。所期の結果を得るために、さまざまな種類のエネルギー（例えば、電気、超音波、マイクロ波、低温、熱、レーザなど）が組織に適用される。電気手術では、組織を切断、切除、凝固またはシールするために、手術部位に大きな高周波電流を印加する。単極式電気手術では、ソースまたは能動電極が、電気外科用ジェネレータから高周波エネルギーを組織に送り、帰還電極がジェネレータに電流を戻す。単極式電気手術では、ソース電極は、通常、外科医が手に持って治療対象の組織に適用する外科的器具の一部である。患者側の帰還電極は、能動電極とは離して配置され、電流をジェネレータに戻す。

組織アブレーション電気手術では、高周波エネルギーが、アンテナまたはプローブによって標的組織に送達されうる。この場合、約９００ＭＨｚ〜約５ＧＨｚのマイクロ波領域の大きな高周波電流が標的組織部位に適用され、特定のサイズと形状を有するアブレーション体積が形成される。通常、アブレーション手技に使用されるマイクロ波装置は、エネルギー源として機能するマイクロ波ジェネレータと、エネルギーを標的組織に案内するためのアンテナアセンブリを備えたマイクロ波外科的器具とを有する。マイクロ波ジェネレータと外科的器具は、通常、複数の導体を含むケーブルアセンブリによって動作可能に結合されており、ケーブルアセンブリは、ジェネレータから外科的器具にマイクロ波エネルギーを送ると共に、外科的器具とジェネレータとの間で制御信号、フィードバック信号および指標信号を伝達する。

マイクロ波ジェネレータは、通常、パワー増幅器に結合されたマイクロ波発振器を備える。マイクロ波発振器は、比較的低パワーの外科的信号を生成し、この信号がマイクロ波増幅器によって増幅されて、所期の効果（例えば、組織アブレーション）を得るために十分なパワーの信号が生成される。ユーザ（通常は外科医）は特定の出力レベルを指定するが、このレベルは、マイクロ波増幅器に供給する比較的低パワーの入力外科的信号の振幅を変更することによって得ることができる。入力レベルが低い場合、増幅器は、効率が低下する（例えば、熱出力の消散が増大する）線形モードで動作する。逆に、入力レベルが高い場合、増幅器は、最大効率が得られ、熱出力の散逸が最低限に抑えられる近飽和モードで動作する。

広く使用されるマイクロ波パワー増幅器は、効率的が低いことが知られている。例えば、ＡＢ級マイクロ波パワー増幅器の効率は、通常約３５％である。すなわち、ＡＢ級パワー増幅器は、２５０Ｗの外科的信号を得るためには、約７１４Ｗのパワーを必要とし、そのうちの４６４Ｗが熱エネルギーとして散逸してしまう。発生する熱の管理が困難となると共に、嵩が大きく高コストのファンおよびヒートシンクなどの冷却系統の使用が必要となることがある。また、過度の熱が、ジェネレータの他の部品に熱応力を発生させ、ジェネレータの寿命を縮め、信頼性を低下させ、保守コストを増大させることがある。

また、ＡＢ級増幅器は、外科的信号に望ましくない高調波を導入するクロスオーバー歪みを示し、これが、許容範囲を超える高周波干渉の原因となることが知られている。

本開示は、広いパワー出力レベルの範囲にわたって効率が改善されている、プッシュプル構成を有する改良されたマイクロ波アブレーション増幅器のための方法および装置を提供する。本開示に係るジェネレータは、高パワーの外科的出力信号中の高調波が低く、望ましくない高周波干渉を低減させる。本開示によれば、低パワーの入力信号が、一定かつ比較的高いレベルに保持される一方で、プッシュプルＢ級増幅器の出力段の供給電圧（例えば、「レール」電圧）を変更することによって、増幅器の出力レベルが、少なくとも部分的に調整される。限定するものではないが、オランダ国アイントホーヴェン所在のＮＸＰ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ製造のＢＬＣ６Ｇ１０ＬＳ−１６０などの少なくとも１つのＬＤＭＯＳ（横方向拡散金属酸化物半導体）トランジスタが、増幅器の出力段に備えられうる。

また、本開示のマイクロ波ジェネレータを制御するための方法および装置も提示される。本開示の増幅器制御ユニットは、ジェネレータおよび／または増幅回路の１つ以上の動作条件を表すセンサ信号を受信するように構成された少なくとも１つのセンサと動作可能に通信している。増幅器制御ユニットは、レール電圧制御ユニットおよび駆動制御ユニットに動作可能に結合されている。レール電圧制御ユニットは、レール電圧制御信号を受け取り、レール電圧制御信号に応答して、これに応じたレール制御電圧を増幅器の出力段に供給するように構成されている。駆動制御ユニットは、駆動制御信号を受け取り、駆動制御信号に応答して、これに応じた駆動信号を増幅器の出力段の入力に供給するように構成されている。また、駆動制御ユニットは、比較的低パワーのマイクロ波信号を受け取るための入力も有しうる。別法として、または上記に加えて、駆動制御ユニット内に信号源が設けられてもよい。

増幅器制御ユニットは、少なくとも１つのセンサ信号に応答して、出力パワーレベル範囲にわたってジェネレータの効率的かつ安定した動作を実現するために、動作パラメータ（例えば、レール電圧および／または入力レベル）を動的に変更する。制御ユニットは、本開示の増幅器に最小のレール電圧を課すことができる。例えば、限定するものではないが、オランダ国のＮＸＰ Ｂ．Ｖ．製造のＢＬＣ６Ｇ１０ＬＳ−１６０ＵＨＦパワーＬＤＭＯＳトランジスタなどのＬＤＭＯＳデバイスの内部キャパシタンスの望ましくない上昇は、増幅器を離調させたり不安定にさせ、このような内部キャパシタンスの上昇を阻止するために、レール電圧が約１４Ｖを超える値に保持されうる。この最小レール電圧は、実施形態で使用されるＬＤＭＯＳに応じて変わり、ＢＬＣ６Ｇ１０ＬＳ−１６０以外のＬＤＭＯＳデバイスを使用する実施形態では、約１４Ｖから増減する最小レール電圧が必要となることがある。別の例では、増幅器の動作パワーの低い領域において、コントローラは、ＬＤＭＯＳデバイスをその線形動作領域外で動作させるのに十分な振幅の信号を、駆動減衰制御ユニットに出力させることによって、パワー出力を上げるように構成され、これにより動作効率が改善される。ＬＤＭＯＳデバイスが線形領域外で動作しているときは、レール電圧を上げることによって出力パワーを更に上げることができる。駆動信号はレール電圧と相関され、例えば、駆動信号はレール電圧に比例して上げられうる。

コントローラは、ここに開示のマイクロ波アブレーションジェネレータを制御するための方法を実行するためのプログラムされた命令のセットを実行する機能を有するプロセッサを有しうる。

一実施形態では、本開示の電磁信号増幅器は、供給レールと帰還レールとの間に電気的に配置された利得段を有する。利得段は、入力および出力を有する。レール電圧コントローラが、供給レールおよび／または帰還レールに動作可能に結合され、レール電圧制御信号に応答してレール電圧を供給するように構成されている。駆動コントローラが利得段の入力に結合され、駆動制御信号に応答して利得段に入力信号を供給する。本開示の電磁信号増幅器は、増幅器の動作パラメータ（出力電圧など）を検出し、対応するセンサ信号を増幅器コントローラに供給するように構成されたセンサを有する。増幅器コントローラは、レール電圧コントローラへのレール電圧制御信号、および駆動コントローラへの駆動制御信号を供給するように構成されている。

また、本開示は、レール電圧を最小値に、駆動信号を最小振幅に設定するステップを有するマイクロ波増幅器を制御するための方法も対象としている。得られる出力信号レベルが測定され、所期の出力信号レベルと比較される。所期の出力信号レベルは、ユーザによって決定されうる。出力信号が所期の出力レベルと等しくない（または実質的に等しくない）場合、駆動信号の値が検査される。駆動信号が最大値ではない場合、駆動信号が増加される。駆動信号が最大値に等しい（または実質的に等しい）場合、レール電圧が増加される。

また、レール電圧を初期値（最小値でもよい）に設定するステップを有するマイクロ波増幅器を制御するための方法も開示される。レール電流が測定され、目標基準（例えば０．１Ａ）と比較される。レール電流が目標基準を満たさない（例えば、目標基準と等しくないか、実質的に等しくない）場合、バイアス電圧が増加される。レール電流が目標基準を満たす（例えば、目標基準と等しいか、または実質的に等しい）場合、バイアス電圧値が記憶され、レール電圧が増加される。レール電圧が目標基準を満たさない場合、目標電圧が満たされるまで、バイアス電圧が適宜調整される。レール電流が再度測定され、レール電圧に最大値となるまで、上記プロセスが繰り返される。

本開示による電磁外科的アブレーションプローブを有するマイクロ波アブレーションシステムの図を示す。 本開示による、レール電圧および駆動減衰の制御を有する増幅器のブロック図である。 本開示による、増幅器のレール電圧および駆動減衰を制御するための方法のフローチャートである。 本開示による、レール電圧およびバイアスの制御を有する増幅器のブロック図である。 本開示による、増幅器のレール電圧およびバイアス電圧を制御するための方法のフローチャートである。 本開示による、レール電流とレール電圧との関係を示すグラフである。 本開示による、キャパシタンスとドレイン−ソース電圧との関係を示すグラフである。 本開示による、増幅器の利得段の実際および等価の誘導性素子と容量性素子を示す回路図である。 従来技術の増幅器の高調波パワー分布を示すグラフである。 本開示による増幅器の高調波パワー分布を示すグラフである。 従来技術の増幅器の出力パワーと効率との関係を示すグラフである。 本開示による増幅器の出力パワーと効率との関係を示すグラフである。 約ハーフパワーで動作する本開示による従来技術の高調波パワー分布を示すグラフである。 約ハーフパワーで動作する本開示による増幅器の高調波パワー分布を示すグラフである。

本開示の上記ならびに他の態様、特徴および利点は、添付の図面を参照しつつ下記の詳細な説明を参照すればさらに明らかになろう。

本開示の具体的な実施形態を、添付の図面を参照して以下に記載する。しかし、本開示の実施形態は、さまざまな形態で実装できる本開示の例示に過ぎないことを理解すべきである。本開示を不必要に詳しく記載して本発明を不明瞭にすることのないように、公知の機能または構造は詳細に記載しない。このため、ここに開示の特定の構造および機能の詳細は、限定として解釈すべきではなく、単に特許請求の範囲の根拠であり、かつ、当業者が、本開示を、実質的に任意の適切な詳細な構造でさまざまに使用するための教示の例示的な根拠として解釈される。

図１は、本開示によるマイクロ波アブレーションシステム１０の実施形態を示す。マイクロ波アブレーションシステム１０は、ケーブル３０によってコネクタ３２に接続された電磁外科的アブレーションプローブ４０を有し、コネクタ３２は、更に、プローブ４０を、ジェネレータアセンブリ２０に動作可能に接続しうる。ジェネレータアセンブリ２０は、アブレーションエネルギー（例えば、約５００ＭＨｚ〜約５ＧＨｚの範囲のマイクロ波またはＲＦエネルギー）の供給源を備えうる。

図２を参照すると、プッシュプル出力段１４０を有するプッシュプル増幅器１００のブロック図が示される。出力段１４０は、相補型トランジスタ対１４２，１４４を有するＢ級プッシュプル出力段として構成されうる。トランジスタ１４２は、供給レール１２５から出力負荷（例えば、マイクロ波アブレーションプローブ１０５）に電流を供給するように構成されたＮＰＮトランジスタなどである。トランジスタ１４４は、出力負荷から接地レール１２６に電流を流すように構成されたＰＮＰトランジスタなどである。別の実施形態では、接地レール１２６が負供給レールとして構成されてもよい。

増幅器１００は、少なくとも１つのセンサ信号を受け取り、この信号に応答して、レール電圧コントローラ１２０および駆動コントローラ１３０の少なくとも一方に、少なくとも１つの対応する制御信号を出力するように構成された増幅器コントローラ１１０を備える。増幅器コントローラ１１０は、出力信号の電気特性（例えば、電圧、電流、インピーダンス）を検出するために適合された少なくとも１つのセンサ１５０に動作可能に結合されている。別法では、あるいは上記に加えて、センサ１５０は、出力信号の瞬間値、ピーク値、平方二乗平均または移動平均の特性を検出してもよい。増幅器コントローラ１１０は、以下に更に詳細に記載するプッシュプル増幅器１００の制御方法を実行するように構成されうる。

レール電圧コントローラ１２０は、増幅器コントローラ１１０からレール電圧制御信号（明示的には不図示）を受け取ると、供給レール１２５に可変出力電圧を供給するように構成されている。レール電圧制御信号は、どのような適切な信号（例えば、アナログまたはデジタル信号）でもよい。レール電圧コントローラ１２０は、固定または可変の出力電圧を持つ電源を備えうる。レール電圧コントローラ１２０は、どのような適切な電圧調整方式を備えてもよく、限定するものではないが、これには、例えば、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のナショナルセミコンダクター社製造のＬＭ３１７電圧調整器集積回路などがある。一実施形態では、供給レール１２５は、帰還レール１２６のグラウンドを基準としている。レール電圧コントローラ１２０は、例えば、レール電圧コントローラ１２０によって正電圧が供給レール１２５に供給され、レール電圧コントローラ１２０によって負電圧が帰還レール１２６に供給される二極性供給を提供するように構成されうる。

駆動コントローラ１３０は、出力段１４０に入力信号を供給するように構成されている。駆動コントローラ１３０は、高周波アブレーション信号を生成するように構成された発振器１３４を備え、発振器１３４の出力が減衰回路網１３６に動作可能に結合されうる。一実施形態では、駆動コントローラ１３０は、発振器に動作可能に結合されたＲＦ信号入力（明示的に不図示）を備えうる。駆動コントローラ１３０は、増幅器コントローラ１１０から駆動制御信号を受け取るように適合された駆動制御入力を備える。減衰回路網１３６は、駆動制御信号に応答し、これにより、駆動制御信号は、減衰回路網１３６が与える減衰の大きさを規定する。駆動コントローラ１３０は、どのような適切な減衰方式によって信号の減衰を与えてもよく、限定するものではないが、これには、例えば、電圧制御増幅器（例えば、単一ゲイン電圧制御増幅器）、デジタルポテンショメータまたはデジタル切替式電圧分割回路網などがある。

図３を参照すると、プッシュプル増幅器１００を動作させるためのレール電圧制御方法２００は、初期ステップ２１０を示し、このステップは、初期化が実行されうるエントリポイントである。ステップ２１５において、レール電圧と駆動レベルが最小値に設定される。一実施形態では、増幅器コントローラ１１０は、レール電圧コントローラ１２０に最小電圧（約０Ｖ〜約３０Ｖの範囲、例えば１４Ｖ）を出力させ、増幅器コントローラ１１０は、別法では、あるいは上記に加えて、駆動コントローラ１３０に最小駆動レベル（すなわち、最大駆動減衰）に設定させる。ステップ２２０において、所期の出力レベルが設定され、その際、例えば、ユーザが、限定するものではないが、例えば、出力電圧、出力電流またはその他の信号特性などの所期の出力レベルを選択する。ステップ２２５において、メインの動作ループに入り、出力レベルが測定される。例えば、増幅器コントローラ１１０が、センサ１５０の出力に対応する増幅器コントローラ１１０の入力をポーリングしてもよい。センサ１５０は、増幅器コントローラ１１０に、アナログ形式あるいはデジタル形式で信号を供給しうる。一実施形態では、ステップ２２５では、検出した出力のアナログ−デジタル変換が行われてもよい。

ステップ２３０において、測定されたレベルが所期のレベルと比較され、出力レベルがこの所期のレベルと等しいかどうかが判定される。ここに開示の方法によって行われる比較は許容範囲を有し、比較される値がこの許容範囲内にあるかどうかが評価され、例えば、量が範囲内に入るか、および／または実質的に等しい場合に、「等しい」と考えられることを理解されたい。判定結果が真の場合（例えば、出力レベルが、ここに記載する所期のレベルと容認可能に等しい場合）、ステップ２２５に戻ってプロセスが繰り返される。

判定結果が偽の場合、すなわち、出力レベルが所期のレベルと等しくない場合、ステップ２３５が実行され、駆動レベルが最大値に設定されているかどうかが判定される（あるいは、最大値の許容範囲内にあるか、または最大値と実質的に等しいかどうかが判定される）。駆動レベルが最大値（すなわち、最小駆動減衰）に設定されていると判定された場合、ステップ２４５が実行されて、レール電圧が増加される。例えば、増幅器コントローラ１１０は、レール電圧コントローラ１２０に、その出力電圧を増加させる。出力電圧は所定量だけ増加されうる。ステップ２４５の後に、ステップ２２５に戻ってプロセスが繰り返される。逆に、駆動レベルが最大値に設定されていない場合、ステップ２４０が実行されて、駆動レベルが増加される（すなわち、駆動減衰が減少される）。ステップ２４０の後に、ステップ２２５に戻ってプロセスが繰り返される。一実施形態では、ステップ２４０またはステップ２４５に時間遅延が含まれてもよい。

ここで、図４を参照すると、本開示による増幅段３００は、利得素子３３０を有し、これは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）ＦＥＴ、あるいは、限定するものではないが、上記のＢＬＣ６Ｇ１０ＬＳ−１６０などの横方向拡散ＭＯＳトランジスタ（ＬＤＭＯＳ）などである。特段の断りのない限り、以下では、利得素子３３０は、ＢＬＣ６Ｇ１０ＬＳ−１６０などのＮチャンネルデバイスであるとして説明する。別の実施形態では、利得素子３３０がＰチャネルデバイスでもよい。利得素子３３０のゲート３３１は、レール電流の約０．１Ａにおいてわずかにバイアスされうる。しかし、図６に示すように、レール電圧を上げるとレール電流が上昇する。これに対処するために、増幅器段３００は、利得素子３３０のバイアス電流を測定して、この測定に対応する値を増幅器コントローラ１１０’に伝達するために適合された電流センサ３１０を備える。増幅器３００は、増幅器コントローラ１１０’と動作可能に通信しているバイアスコントローラ３２０を備える。バイアスコントローラ３２０は、増幅器コントローラ１１０’からバイアス制御信号を受け取ると、以下に記載する方法に従って利得素子３３０にバイアス電流を供給する。

図５に示すように、利得段３００をバイアスするためのバイアス方法４００は、ステップ４１０から開始し、このステップは、初期化が実行されうるエントリポイントである。ステップ４１５において、レール電圧が初期値に設定され、この値は最小値（例えば、１４Ｖ）などである。ステップ４２０において、レール電流が測定され、目標電流（例えば０．１Ａ）と比較され、レール電流が標的レール電流と等しいかどうかが判定される。測定電流が目標電流と等しくない場合、ステップ４２５が実行され、バイアス電圧が増加される。一実施形態では、バイアス電圧が固定量だけ増加される。レール電流が目標電流に等しくなるまで、ステップ４２０とステップ４２５が反復的に繰り返される。

測定電流が目標電流と等しい場合、ステップ４３０が実行され、バイアス電圧が記憶される。次にステップ４３５が実行され、レール電圧が増加される。ステップ４４０で比較が行われて、レール電圧が最大電圧に等しいかどうかが判定される。レール電圧が最大電圧に等しい場合、バイアス調整が完了し、プロセスはステップ４６５で終了する。

しかし、レール電圧が最大電圧に等しくない場合、ステップ４４５が実行され、レール電流が目標電流値（例えば０．１Ａ）に等しいかどうかが判定される。レール電流が目標電流と等しいと判定された場合、ステップ４３０でバイアス電圧が記憶され、プロセスがここに記載のように続行されうる。レール電流が目標電流と等しくない場合、ステップ４５０でレール電流が検査されて、レール電流が目標電流値より低いかどうかが判定される。レール電流が目標電流値より低いと判定された場合、ステップ４５５が実行されてバイアス電圧が増加され、プロセスがステップ４４５で繰り返される。逆にレール電流が目標電流値より低くない（高いなど）と判定された場合、ステップ４６０が実行されてバイアス電圧が減少され、プロセスがステップ４４５で繰り返される。

利得素子３３０がＰチャネルデバイスである実施形態では、バイアス電圧が逆に調整され、例えば、Ｐチャンネルデバイスの特性に従って、ステップ４５５で低下され、ステップ４６０で増加されたり、この両方が行われてもよい。

図７は、ＦＥＴなどの利得素子が示す内部キャパシタンスＣ_ｉｓｓ、Ｃ_ｏｓｓとＣ_ｒｓｓと、ドレイン−ソース電圧Ｖ_ＤＳ（例えば、レール電圧）との関係を示す。図からわかるように、Ｖ_ＤＳの低下に伴い、ＦＥＴの内部キャパシタンスＣ_ｉｓｓ、Ｃ_ｏｓｓおよびＣ_ｒｓｓが上昇する。Ｖ_ＤＳがゼロに近づくにつれ、キャパシタンスが指数関数的に上昇する。図８に示すような同調された利得段７００では、Ｖ_ＤＳ（例えば、レール電圧）を約１４Ｖより低い値に下げると、利得段７００が大きく離調し、この結果、効率が低下し、安定性が低下する。このため、本開示は、最小レール電圧を約１４Ｖと考察している。

従来技術の増幅器と本開示による増幅器との比較が図９Ａに示されており、この図は、９１５ＭＨｚ、約＋５２．５５ｄＢｍのフルパワーで動作する従来技術の単一段（Ｂ級）増幅器のパワースペクトルのグラフを示す。図からわかるように、１．８３ＧＨｚに＋９．３４１ｄＢｍの第二調波が存在し、２．７４５ＧＨｚに−１２．６３ｄＢｍの第三調波が存在する。図９Ｂは、図９Ａの例と同様の９１５ＭＨｚの入力信号で動作する本開示による増幅器を示す。説明の便宜上のためにのみ、従来技術の例に事実上等しい（すなわち、従来例の０．１２ｄＢｍ内の）約＋５２．６７ｄＢｍのフルパワーにおいて、本開示の増幅器の図９Ｂに示すスペクトルは、５．３３９ｄＢｍの第二調波と−２７．３２ｄＢｍの第三調波とを示す。これは、従来技術と比較して、二次高調波では約４ｄＢｍ低く、三次高調波では約１４．７ｄＢｍ低い改善がみられる。

図１１Ａ，１１Ｂを参照して、約ハーフパワーにおける高調波特性の比較を示し、図１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ、従来技術の増幅器と、本開示による増幅器に対応している。図からわかるように、本開示の増幅器は、二次高調波で約３ｄＢｍ低い改善を示す。しかし、三次高調波は、本開示の増幅器では約１２ｄＢｍ上昇している。

更に比較を続けると、図１０Ａは、従来技術の増幅器の入力パワーレベルの増加に対する出力パワーおよび効率の関係を示すグラフであり、図１０Ｂは、本発明による増幅器のレール電圧の増加に対する、出力パワーおよび効率の関係を示す。容易にわかるように、本発明による増幅器は、従来技術の増幅器よりも効率曲線が極めて高く、かつ平坦である。例えば、図１０Ａを参照すると、約５０％の出力パワーを示す従来技術の増幅器の効率は約４０％である。これに対して、図１０Ｂを参照すると、出力パワーが約５０％の本開示による増幅器の効率は約（out）７０％である。図からわかるように、従来技術の増幅器の効率は最も低い値が１５％であるが、本開示の増幅器の効率は、その動作範囲にわたって６８％を下回ることがない。

本開示のいくつかの実施形態を、図面に図示および／または本明細書に記載したが、本開示はこれらに限定されることが意図されず、本開示は、当業界で許容される範囲を有し、本明細書を同様に解釈すべきことが意図される。このため、上記の説明は、限定的なものとして解釈されてはならず、単に実施形態の例示に過ぎない。特許請求の範囲は、ハードウェア、ソフトウェアまたはその組合せの実施形態を包含することができる。当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、他の変更を想到するであろう。

Claims (21)

1. 供給レールと帰還レールとの間に電気的に配置され、入力および出力を有する利得段と、
   前記供給レールおよび前記帰還レールの少なくとも一方に動作可能に結合され、レール電圧制御信号に応答してレール電圧を供給するように構成されたレール電圧コントローラと、
   前記利得段入力に動作可能に結合され、駆動制御信号に応答して前記利得段入力に入力信号を供給するように構成された駆動コントローラと、
   前記増幅器の動作パラメータを検出し、前記動作パラメータに対応するセンサ信号を供給するように構成された少なくとも１つのセンサと、
   前記少なくとも１つのセンサ信号を受け取り、前記センサ信号に応答して、前記レール電圧コントローラへのレール電圧制御信号、および前記駆動コントローラへの駆動制御信号の少なくとも一方を供給するために適合された増幅器コントローラと、を有する電磁信号増幅器。
2. 前記増幅器コントローラは、目標出力レベルに対応する入力を受信するために適合されている請求項１に記載の電磁信号増幅器。
3. 前記利得段はプッシュプル構成に配置された少なくとも２つの利得素子を有する請求項１に記載の電磁信号増幅器。
4. 前記少なくとも２つの利得素子は、トランジスタ、電界効果トランジスタ、および横方向拡散金属酸化物半導体からなる群から選択される請求項３に記載の電磁信号増幅器。
5. 前記センサは出力電圧を検出するように構成されている請求項１に記載の電磁信号増幅器。
6. 前記センサはバイアス電流を検出するように構成されている請求項１に記載の電磁信号増幅器。
7. 前記利得段はバイアス回路を有し、
   前記電磁信号増幅器は、前記バイアス回路に動作可能に結合され、バイアス制御信号に応答して前記バイアス回路にバイアス電圧を供給するように構成されたバイアスコントローラを更に有し、前記増幅器コントローラは、前記少なくとも１つのセンサ信号に応答して前記バイアスコントローラにバイアス制御信号を供給する請求項６に記載の電磁信号増幅器。
8. 前記増幅器コントローラは、
   前記レール電圧を初期値に設定し、
   レール電流を測定し、
   前記レール電流が目標基準を満たすかどうかを判定し、
   前記レール電流が目標基準を満たさないと判定されるとバイアス電圧を増加させ、
   前記レール電流が目標基準を満たすと判定されると前記バイアス電圧を記憶し、
   前記レール電圧を増加させる請求項７に記載の電磁信号増幅器。
9. 前記増幅器コントローラは、
   レール電圧を最小値に設定し、
   駆動信号を最小振幅に設定し、
   出力信号を測定し、
   前記出力信号が所定の基準を満たすかどうかを判定し、
   前記出力信号が前記所定の基準を満たさないと判定されると、前記駆動信号が最大値に設定されているかどうかを判定し、
   前記駆動信号が最大値に設定されていないと判定されると、前記駆動信号を増加させ、
   前記駆動信号が最大値に設定されていると判定されると、前記レール電圧を増加させる請求項１に記載の電磁信号増幅器。
10. レール電圧を最小値に設定するステップと、
    駆動信号を最小振幅に設定するステップと、
    出力信号を測定するステップと、
    前記出力信号が所定の基準を満たすかどうかを判定するステップと、
    前記出力信号が前記所定の基準を満たさないと判定されると、前記駆動信号が最大値に設定されているかどうかを判定するステップと、
    l 前記駆動信号が最大値に設定されていないと判定されると、前記駆動信号を増加させるステップと、
    l 前記駆動信号が最大値に設定されていると判定されると、前記レール電圧を増加させるステップと、を有する電磁信号増幅器を制御するための方法。
11. 前記所定の基準はユーザ入力に応答して決定される請求項１０に記載の方法。
12. 前記最小レール電圧値は約０ボルト〜約３０ボルトの範囲である請求項１０に記載の方法。
13. 前記最小レール電圧値は約１４ボルトである請求項１０に記載の方法。
14. 前記出力基準は出力パワーである請求項１０に記載の方法。
15. 前記出力信号は、平方二乗平均、ピーク間、および移動平均測定の少なくとも１つによって評価される請求項１０に記載の方法。
16. 前記レール電圧を初期値に設定するステップと、
    レール電流を測定するステップと、
    前記レール電流が目標基準を満たすかどうかを判定するステップと、
    前記レール電流が目標基準を満たさないと判定されるとバイアス電圧を増加させるステップと、
    前記レール電流が目標基準を満たすと判定されると前記バイアス電圧を記憶するステップと、
    前記レール電圧を増加させるステップと、を有する電磁信号増幅器を制御するための方法。
17. 前記初期レール電圧値は約０ボルト〜約３０ボルトの範囲である請求項１６に記載の方法。
18. 前記初期レール電圧値は約１４ボルトである請求項１６に記載の方法。
19. 前記目標基準は、利得素子をその線形動作領域の実質的に外で動作させることを含む請求項１６に記載の方法。
20. 前記初期レール電圧値は前記利得素子の出力キャパシタンス特性に従って決定される請求項１９に記載の方法。
21. 前記目標基準は約０．１アンペアのレール電流に対応する請求項１６に記載の方法。
    

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