JP2011512098A - 複数モード電力増幅器 - Google Patents

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Abstract

複数の無線技術および/または複数の周波数帯域をサポートできる複数モード電力増幅器を記述する。1つの例示的な設計において、複数の無線技術をサポートする第1の線形電力増幅器を使用して、(例えば、低帯域に対する)第1のRF入力信号を増幅し、第1のRF出力信号を提供してもよい。さらに、複数の無線技術をサポートする第2の線形電力増幅器を使用して、(例えば、高帯域に対する)第2のRF入力信号を増幅し、第2のRF出力信号を提供してもよい。各線形電力増幅器は、並列に結合されている複数の(例えば、3つ)チェーンを含んでいてもよい。各チェーンは、RF入力信号を増幅して、出力電力レベルのそれぞれの範囲に対してRF出力信号を提供するように選択可能である。RF入力信号は、位相変調された信号または直角変調された信号であってもよく、電力増幅器の非線形性に対処するために事前に歪ませてもよい。

Description

合衆国法典第35部第119条に基づく優先権の主張
特許に対する本出願は、2008年2月8日に出願され、本出願の譲受人に譲渡され、参照により明白にここに組み込まれている、“複数モード電力増幅器”と題する米国仮出願第61/027,351号に対する優先権を主張する。
分野
本開示は一般に、エレクトロニクスに関し、より詳細には、電力増幅器(PA)に関する。
背景
電力増幅器は、さまざまなワイヤレス通信システムにおいて広く使用されて、無線での送信に先立って、無線周波数(RF)信号に対して増幅および出力の駆動を提供する。例えば、電力増幅器は、移動体通信用グローバルシステム(GSM)システム、広帯域コード分割多元接続(WCDMA)システムなどにおいて使用される。電力増幅器は、基地局だけでなく端末においても使用されている。
電力増幅器は一般に、スペクトルマスク、送信時間マスク、高調波歪み、出力ノイズ、出力電力レベルなどに対する、さまざまなシステムの仕様を満たすことが要求される。GSMおよびWCDMAシステムはまた、広範囲にわたって、例えば、GSMに対して30dB以上の範囲にわって、および、WCDMAに対して70dBよりも大きい範囲にわたって、その出力電力を調整できる端末を要求する。最大出力電力レベルにおいて、さまざまなシステムの仕様を満たすために、電力増幅器は、大型トランジスタとともに設計され、高電流および/または高電圧によりバイアスがかけられることが多い。高バイアス電流および/または高電圧は、より多くの共通の動作シナリオに対して、より低い出力電力レベルにおいて、電力増幅器に対する低い効率をもたらす。
多くの端末は、携帯型であり、内部バッテリーにより電力供給される。携帯型端末に対して、電力増幅器は、バッテリー電力のかなりの量を消費し、それにより、充電間の待機時間と、動作中のトーク時間との両方を短くするかもしれない。したがって、より低い電力消費を有する効率的な電力増幅器が、非常に望まれる。
概要
複数の無線技術および/または複数の周波数帯域をサポートできる、効率的な複数モード電力増幅器をここで記述する。1つの観点において、線形電力増幅器を使用して、複数の無線技術をサポートしてもよい。線形電力増幅器は、総出力電力範囲のすべてまたは一部に対して、1つ以上の無線技術に対するスペクトルマスク要求を満たすことができる電力増幅器である。1つの例示的な設計において、複数の無線技術をサポートする第1の線形電力増幅器を使用して、第1のRF入力信号を増幅し、第1のRF出力信号を提供してもよい。さらに、複数の無線技術をサポートする第2の線形電力増幅器を使用して、第2のRF入力信号を増幅し、第2のRF出力信号を提供してもよい。第1の線形電力増幅器は、(例えば、1ギガヘルツ(GHz)より小さい)低周波数帯域をサポートしてもよく、第2の線形電力増幅器は、(例えば、1GHzよりも大きい)高周波数帯域をサポートしてもよく、または、その逆であってもよい。各線形電力増幅器は、並列に結合されている複数の(例えば、3つ)チェーンを含んでいてもよく、出力電力レベルのそれぞれの範囲に対してRF出力信号を提供してもよい。複数のチェーンは、異なる量の電流によりバイアスされてもよく、および/または、異なるサイズのトランジスタにより実現されてもよい。チェーンのすべてが、少なくとも1つの無線技術(例えば、GSM)に対して選択可能であってもよく、チェーンの部分集合が、少なくとも1つの他の無線技術(例えば、WCDMA)に対して選択可能であってもよい。複数の無線技術は、定包絡線変調信号を有する無線技術(例えば、GSM)と、可変包絡線変調信号を有する別の無線技術(例えば、WCDMA)とを含んでいてもよい。線形電力増幅器は、ポーラ変調および/または直角変調と共に使用してもよい。したがって、RF入力信号は、ポーラ変調からの位相変調された信号と、直角変調からの直角変調された信号とを含んでいてもよい。
別の観点において、線形電力増幅器を使用して、(例えば、GSMに対する)定包絡線を有するRF入力信号を増幅して、RF出力信号を提供してもよい。線形電力増幅器は、並列に結合されている複数のチェーンを含んでいてもよい。1つのチェーンを選択して、固定ゲインによりRF入力信号を増幅してもよい。RF入力信号は、可変信号レベルを有していてもよく、RF出力信号の信号レベルは、RF入力信号の可変信号レベルを追跡してもよい。
さらに別の観点において、電力増幅器を使用して、RF入力信号を増幅してRF出力信号を提供してもよく、RF入力信号は、電力増幅器の非線形性を補償するために事前に歪まされている。事前歪み(pre−distortion)は、ポーラ変調により発生される包絡線信号に適用してもよい。RF入力信号を、事前に歪まされた包絡線信号に基づいて発生させてもよい。
本開示のさまざまな観点および特徴を以下でさらに詳細に説明する。
図1は、複数のワイヤレスシステムと通信できる端末を示す。 図2は、GSMに対する放射マスクを示す。 図3は、線形および非線形のPAを有する送信機のブロック図を示す。 図4Aは、線形PAを有する送信機のブロック図を示す。 図4Bは、線形PAを有する送信機のブロック図を示す。 図5Aは、複数の無線技術に対する共用線形PAを有する送信機のブロック図を示す。 図5Bは、複数の無線技術に対する共用線形PAを有する送信機のブロック図を示す。 図6は、複数の無線技術に対する共用線形PAを有する送信機のブロック図を示す。 図7は、複数の無線技術に対する共用線形PAを有する送信機のブロック図を示す。 図8は、異なるPAに対する、出力電力に対する総電流のグラフを示す。 図9は、ポーラ変調をサポートする送信機のブロック図を示す。 図10は、直角変調をサポートする送信機のブロック図を示す。 図11は、事前歪みを、有する、および有さない、ポーラ変調と直角変調との両方をサポートする送信機のブロック図を示す。 図12は、RF出力信号を発生させるプロセスを示す。
詳細な説明
“例として、事例として、あるいは実例として機能すること”を意味するために、語“例示的な”をここで使用する。“例示的な”ものとして、ここで記述するいずれの設計も、他の設計と比較して、必ずしも、好ましいまたは効果的なものと解釈すべきでない。
図1は、異なる無線技術の複数のワイヤレス通信システムと通信できる端末110を示す。端末110は、移動局、ユーザ機器、アクセス端末、加入者ユニット、局などと呼ばれることもある。端末110は、セルラ電話機、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、ワイヤレス通信デバイス、ワイヤレスモデム、ハンドヘルドデバイス、ラップトップコンピュータ、コードレス電話機、ワイヤレスローカルループ(WLL)局などであってもよい。
一般に、端末110は、CDMAシステム、時分割多元接続(TDMA)システム、周波数分割多元接続(FDMA)システム、直交FDMA(OFDMA)システム、単一搬送波FDMA(SC−FDMA)システムなどと通信可能であってもよい。用語“システム”および“ネットワーク”は、区別なく使用されることが多い。CDMAシステムは、コード分割多重化(CDM)を利用し、OFDMAシステムは、直交周波数分割多重化(OFDM)を利用し、SC−FDMAシステムは、単一搬送波周波数分割多重化(SC−FDM)を利用する。CDMAシステムは、WCDMA、cdma2000などのような無線技術を実現してもよい。cdma2000は、IS−95、IS−2000およびIS−856の標準規格をカバーする。IS−95およびIS−2000は通常、CDMA2000 1X(または、単に、1X)と呼ばれ、IS−856は通常、CDMA2000 1xEV−DO(または、単に、1xEV−DO)と呼ばれている。TDMAシステムは、GSMや、GSM進化型拡張データ(EDGE)などのような無線技術を実現してもよい。OFDMAシステムは、ウルトラモバイルブロードバンド(UMB)や、進化型ユニバーサル地上無線アクセス(E−UTRA)などのような無線技術を実現してもよい。GSM、WCDMAおよびE−UTRAは、“第3世代パートナーシップ・プロジェクト”(3GPP)と名付けられた組織からの文書で説明されている。cdma2000およびUMBは、“第3世代パートナーシップ・プロジェクト2”(3GPP2)と名付けられた組織からの文書で説明されている。3GPPおよび3GPP2の文書は、公に利用可能である。
図1中で示した例において、端末110は、GSMシステム中の基地局120、GSM/EDGEシステム中の基地局122、または、WCDMAシステム中のノードB124と通信してもよい。WCDMAシステムはまた、ユニバーサル移動電気通信システム(UMTS)ネットワークと通常呼ばれている。端末110はまた、より少ない、または、より多いワイヤレスシステムと通信可能であってもよい。明瞭にするために、以下の記述の多くは、端末110がGSM、EDGEおよびWCDMAをサポートすると仮定している。用語“WCDMA”および“UMTS”は区別なく使用されることが多い。
GSMは、ガウス最小シフトキーイング(GMSK)を使用し、GMSKは、定包絡線を有する変調された信号を発生させる変調スキームである。EDGEは、8値位相シフトキーイング(8−PSK)を使用し、8−PSKは、単位円上に8個の等間隔の点を有する信号コンステレーションを用いる変調スキームである。WCDMAおよびcdma2000は、直角位相シフトキーイング(QPSK)および直角位相振幅変調(QAM)を使用する。
各無線技術に対する標準規格は通常、異なる周波数において認められる出力電力を示す放射マスクを指定する。放射要求は、異なる無線技術に対して異なっていてもよい。
図2は、低周波数帯域に対する、GSMに対する放射マスクを示す。端末110により送信されるGSM信号は、100キロヘルツ(KHz)の片側信号帯域幅を有する。GSM信号は、200KHzおよび、それを超える周波数において、グラフ210により与えられるレベルよりも低い出力電力を有することが要求される。GSMおよびGSM/EDGEに対する放射要求は、1999年にリリースされた、“無線送信および受信”と題する、3GPP TS05.03中で記述されており、この文書は、公に利用可能である。
WCDMAに対する放射要求は、“ユーザ機器(UE)無線送信および受信(FDD)”と題する、3GPP TS25.101中で与えられている。cdma2000に対する放射要求は、“cdma2000スペクトル拡散移動局”に対して推奨される最小限の性能基準”と題する、3GPP2 C.S0011−Bにおいて与えられている。これらの文書は公に利用可能である。
端末110に対して、異なる周波数における帯域外放射の量は、RF出力信号を発生させるのに使用される電力増幅器の線形性や、変調された信号に対して使用される変調スキームなどのような、さまざまなファクターに依存するかもしれない。一般に、より大きい線形性の電力増幅器は、より少ない帯域外放射を発生させ、それに対して、より小さい線形性の電力増幅器は、より多くの帯域外放射を発生させる可能性がある。さらに、GMSKのような定振幅変調スキームは、8−PSK、QPSKおよびQAMのような変調スキームよりも少ない帯域外放射を発生させる可能性がある。
端末110は、図1中で示すように、異なるワイヤレスシステムとの通信をサポートしてもよい。端末110はまた、各ワイヤレスシステムに対して、1つ以上の周波数帯域上で通信をサポートしてもよい。例えば、端末110は、表1中で与えられる周波数帯域のいずれかをサポートしてもよい。一般に、ワイヤレス通信に対して多数の周波数帯域を使用してもよい。したがって、端末110は、表1中でリスト表示された周波数帯域以外の周波数帯域をサポートしてもよい。
Figure 2011512098
端末110は、直角変調、ポーラ変調、および/または他のタイプの変調をサポートしてもよい。直角変調に対して、同相(I)および直角位相(Q)の局部発振器(LO)信号は、IおよびQ変調信号により変調されて、以下のように、直角変調された信号を取得するために組み合わされる:
Figure 2011512098
ここで、MI(t)は、I変調信号であり、MQ(t)は、Q変調信号であり、cos(ωt)は、I LO信号であり、sin(ωt)は、Q LO信号であり、S(t)は直角変調された信号であり、ωは、(ラジアン/秒の)LOの周波数であり、tは時間である。
IおよびQ LO信号は、90°位相がずれている。変調された成分MI(t)cos(ωt)およびMQ(t)sin(ωt)は直交しており、組み合わされたとき、振幅および位相の両方が変調されている、変調された信号S(t)を結果として生じる。
ポーラ変調に対して、変調された信号S(t)は、次のように、振幅および位相変調を明確に示す形態で表わされてもよい。
Figure 2011512098
ポーラ変調に対して、等式(2)ないし(4)中で示すように、IおよびQ変調信号、MI(t)およびMQ(t)は、包絡線信号E(t)および位相信号φ(t)に変換されてもよい。位相信号を使用してLO信号cos(ωt)の位相を変調して、位相変調された信号cos(ωt+φ(t))を取得してもよい。包絡線信号を使用して、位相変調された信号の振幅を変調して、等式(2)中で示されるポーラ変調された信号S(t)を取得してもよい。
ここでの記述において、変調された信号は、振幅および位相の両方が変調された信号である。位相変調された信号は、位相が変調された信号であるが、振幅は変調されていない。直角変調された信号は、例えば、等式(1)中で示すように、直角変調により取得される、変調された信号である。ポーラ変調された信号は、例えば、等式(2)中で示すように、ポーラ変調により取得される、変調された信号である。ポーラ変調された信号は、位相変調された信号と、包絡線信号とを含む。
1つの例示的な設計において、ポーラ変調は、GSMおよびEDGEに対して使用され、直角変調は、WCDMAに対して使用されてもよい。ポーラ変調は、直角変調よりも、すぐれた信号対ノイズ比(SNR)と、すぐれた線形性とを提供する。しかしながら、ポーラ変調からの位相変調された信号は、IおよびQ変調信号よりもはるかに幅広い可能性がある。したがって、WCDMAに対してポーラ変調を実現することは、より困難であるかもしれない。一般に、ポーラ変調は、GSM、EDGE、WCDMA、cdma2000、および/または他の無線技術に対して使用してもよい。
図3は、端末110に対する送信機300の例示的な設計のブロック図を示す。端末300は、GSM/EDGEに対する4つの周波数帯域と、WCDMAに対する2つの周波数帯域とをサポートする。送信機300内では、4つのドライバ増幅器(DA)310aないし310dが、それぞれ、4つの信号Sout1ないしSout4を受け取って、増幅する。Sout1信号は、低帯域のGSMまたはEDGE用の、位相変調された信号であってもよく、Sout2信号は、高帯域のGSMまたはEDGE用の、位相変調された信号であってもよく、Sout3信号は、低帯域のWCDMA用の、変調された信号であってもよく、Sout4信号は、高帯域のWCDMA用の、変調された信号であってもよく、増幅器(Amp)312は、GSMまたはEDGEに対して、包絡線信号を受け取って、増幅してもよい。
GSM/EDGE電力増幅器モジュール320は、ドライバ増幅器310aおよび310bと、増幅器312とから、出力信号を受け取る。モジュール320は、バイアス回路330と、低帯域非線形電力増幅器340aと、高帯域非線形電力増幅器340bとを含む。バイアス回路330内で、増幅器332が、その非反転入力において、増幅された包絡線信号を受け取り、その反転入力において、フィードバック回路336の出力を受け取る。増幅器332は、Pチャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)334のゲートに結合されている出力を有する。MOSFET334は、バッテリー供給電圧VBATTに結合されているソースと、電力増幅器340aおよび340bに対して供給電圧VPAを提供するドレインとを有する。フィードバック回路336は、VPA供給電圧を受け取り、VPA供給電圧に対して、(例えば、いくつかのMHzの)固定ゲインおよびローパスフィルタリングを提供する。
電力増幅器340aは、ドライバ増幅器310aから、第1のRF入力信号であるRFin1を受け取って増幅し、第1のRF出力信号であるRFout1を提供する。電力増幅器340aは、3つの増幅器ステージ342a、344aおよび346aを含み、3つの増幅器ステージ342a、344aおよび346aは、RFin1信号を受け取って、VPA供給電圧に基づいて決定された可変信号レベルを有するRFout1信号を発生させる。同様に、電力増幅器340bは、ドライバ増幅器310bから、第2のRF入力信号であるRFin2を受け取って増幅し、第2のRF出力信号であるRFout2を提供する。電力増幅器340bは、3つの増幅器ステージ342b、344bよび346b含み、3つの増幅器ステージ342b、344bおよび346bは、VPA供給電圧に基づいて決定された可変信号レベルを有するRFout2信号を発生させる。バイアス回路320と、電力増幅器340aおよび340bとは、大きな信号ポーラ変調をサポートし、大きな信号ポーラ変調は、包絡線信号を有する電力増幅器のゲインを変化させることによって、位相変調された信号の振幅変調を含む。
WCDMAに対して、表面弾性波(SAW)フィルタ318cおよび318dが、それぞれ、ドライバ増幅器310cおよび310dから出力信号を受け取って、フィルタリングする。低帯域線形電力増幅器340cは、SAWフィルタ318cから、第3のRF入力信号であるRFin3を受け取って増幅し、第3のRF出力信号であるRFout3を提供する。電力増幅器340cは、2つの並列チェーン1および2を含む。チェーン1は、直列に結合されている増幅器ステージ342cと、スイッチ348cとを含む。チェーン2は、直列に結合されている増幅器ステージ342c、344cおよび346cを含む。2つのチェーンのうちの1つが、RFin3信号を増幅して、RFout3信号を提供するために選択されてもよい。チェーン1は、低出力電力が要求されるときに選択されてもよい。このケースにおいて、スイッチ348cは閉じられ、増幅器ステージ344cおよび346cはディスエーブルされてもよい。チェーン2は、高電力出力が要求されるときに選択されてもよい。このケースにおいて、増幅器ステージ344cおよび346cはイネーブルにされ、スイッチ348cは開かれてもよい。
同様に、高帯域線形電力増幅器340dは、SAWフィルタ318dから、第4のRF入力信号であるRFin4を受け取って増幅し、第4のRF出力信号であるRFout4を提供する。電力増幅器340dは、増幅器ステージ342d、344dおよび346dと、スイッチ348dとを備える、2つの並列チェーン1および2を含む。チェーン1は、低出力電力が要求されるときに選択されてもよく、チェーン2は、高電力出力が要求されるときに選択されてもよい。選択されたチェーンはRFin4信号を増幅し、RFout4信号を提供する。
GSMは、GMSKを使用することから、ドライバ増幅器310aおよび310bからの位相変調された信号は、定包絡線、すなわち、一定の信号振幅を有する。定包絡線のために、非線形電力増幅器340aおよび340bを使用して、GSM用の位相変調された信号を増幅してもよい。非線形電力増幅器は、線形電力増幅器よりもすぐれた効率を有し、飽和領域において、C級電力増幅器動作であってもよい。位相変調された信号は、特定の電力レベル(例えば、3dBm)に固定されていてもよい。VPA供給電圧を調整することにより、RFout1およびRFout2の出力電力レベルを、(例えば、0dBmから35dBmまで)変えてもよい。したがって、VPA供給電圧を変更することにより、電力増幅器340aおよび340bのゲインを変えてもよい。
WCDMAは、時間に対して変化する振幅を有する変調された信号を発生させる。可変の包絡線のために、線形電力増幅器340cおよび340dを使用して、WCDMA用の変調された信号を増幅してもよい。線形電力増幅器は、線形領域において、AB級電力増幅器動作であってもよい。線形動作により、電力増幅器は、変調された信号をクリップすることなく、または、歪ませることなく、変調された信号中の振幅変移を追跡することが可能になる。信号をクリップすること、および歪ませることは、いずれもRF出力信号の周波数スペクトルにおいて好ましくないアーチファクトをもたらすかもしれない。線形電力増幅器340cおよび340dは、固定ゲインにより動作してもよく、RF入力電力レベルを調整することにより、RFout3およびRFout4信号の出力電力レベルを(例えば、−50dBmから+28dBmまで)変えてもよい。
EDGEもまた、時間に対して変化する振幅を有する変調された信号を発生させる。しかしながら、以下で説明するように、非線形電力増幅器340aおよび340bを使用して、EDGE用の位相変調された信号を増幅してもよく、包絡線信号および位相変調された信号を予め歪ませて、電力増幅器340aおよび340bの非線形性を補償してもよい。
1つの例示的な設計において、電力増幅器を以下のように分類してもよい。
・線形電力増幅器―WCDMAスペクトルマスク要求を満たすが、EDGEスペクトルマスク要求を満たさない、または、
・非線形電力増幅器―定包絡線信号を有するGSMを除いて、いずれの無線技術に対するスペクトルマスク要求も満たさない。
定包絡線信号に起因して、GSMスペクトルマスク要求は、満たすのが最も困難でなく、線形または非線形の電力増幅器により満たされ得る。WCDMAスペクトルマスク要求は、GSMスペクトルマスク要求よりも満たすのが困難であり、線形電力増幅器により満たされ得る。EDGEスペクトルマスク要求は、3つの無線技術の中で満たすのが最も困難であり、線形電力増幅器および事前歪みの組み合わせにより満たされ得る。理想的な電力増幅器は、事前歪みなしに、すべての無線技術のスペクトルマスク要求を満たすことができるかもしれないが、設計が困難であるかもしれず、および/または非常に多くの電力を消費するかもしれない。
GSMおよびEDGEは、時分割復信(TDD)を使用し、WCDMAは、周波数分割復信(FDD)を使用する。TDDに対して、端末110は、異なるタイムスロット中の同じ周波数チャネル上で送信および受信できる。スイッチを使用して、任意の所定の瞬間において、送信機または受信機のいずれかをアンテナに結合してもよい。FDDに対して、端末110は、同時に異なる周波数チャネル上で送信および受信できる。デュプレクサを使用して、送信機からアンテナにRF出力信号をルーティングしてもよく、アンテナから受信機に、受信されたRF信号をルーティングしてもよい。
フィルタ360aおよび360bは、電力増幅器340aおよび340bからRFout1およびRFout2信号を受け取って、フィルタリングし、それぞれ、スイッチ370の第1および第2のポートに、フィルタリングされた信号を提供する。デュプレクサ362cおよび362dは、電力増幅器340cおよび340dからのRFout3およびRFout4信号を、それぞれ、スイッチ370の第3および第4のポートに結合する。デュプレクサ362cおよび362dはまた、スイッチ370の第3および第4のポートからの受信RF信号を(図3中で示していない)低帯域および高帯域の受信機に結合する。GSM/EDGE低帯域、GSM/EDGE高帯域、WCDMA低帯域、または、WCDMA高帯域が選択されるかどうか次第で、スイッチ370は、アンテナ380を4つのポートのうちの1つに結合する。スイッチ370はまた、(図3中で示していない)GSM/EDGE用の低帯域および高帯域受信機にアンテナ380を結合してもよい。
図4Aは、端末110に対する送信機400の例示的な設計のブロック図を示す。送信機400は、GSM/EDGEに対する4つの周波数帯域と、WCDMAに対する2つの周波数帯域とをサポートする。送信機400は、4つのドライバ増幅器310aないし310dと、電力増幅器340cおよび340dと、フィルタ360aおよび360bと、デュプレクサ362cおよび362dと、スイッチ370とを含み、それらは、図3に対して上述したように結合されている。図4A中で示した例示的な設計において、SAWフィルタ318cおよび318dが省略されており、ドライバ増幅器310cおよび310dからの出力信号は、それぞれ、電力増幅器340cおよび340dに直接結合されている。SAWフィルタ318cおよび318dは、受信周波数帯域中のノイズを除去するために使用される。このノイズは、電力増幅器340cおよび340dにより増幅され、デュプレクサ362cおよび362dを介して受信機にルーティングされる。受信周波数帯域中のノイズが十分に低い場合、SAWフィルタ318cおよび318dを省略してもよい。
送信機400は、図3中のモジュール320に取って代るGSM/EDGE電力増幅器モジュール420をさらに含む。モジュール420は、低帯域線形電力増幅器440aおよび高帯域線形電力増幅器440bを含み、低帯域線形電力増幅器440aおよび高帯域線形電力増幅器440bは、それぞれ、ドライバ増幅器310aおよび310bからRFin1およびRFin2信号を受け取って増幅し、それぞれ、RFout1およびRFout2信号を提供する。電力増幅器440aは、3つの並列チェーン1、2および3を含む。チェーン1は、直列に結合されている増幅器ステージ442aおよびスイッチ448aを含む。チェーン2は、直列に結合されている増幅器ステージ442a、444aおよび446aを含む。チェーン3は、直列に結合されている増幅器ステージ442a、454aおよび456aをふくむ。スイッチ458aは、増幅器ステージ446aまたは456aのいずれかの出力を、電力増幅器440aの出力に結合する。電力増幅器440bは、同様に、増幅器ステージ442b、444b、446b、454bおよび456bと、スイッチ448bおよび458bとを備える、3つの並列チェーン1、2および3を含む。スイッチ458aおよび458bは、図4A中で示すように、モジュール420内で実現してもよく、または、モジュール420の外部で実現してもよい。
電力増幅器440aおよび440bのそれぞれにおける3つのチェーンは、以下のように動作してもよい。
・チェーン1―低出力電力に対して使用される
・チェーン2―中間出力電力に対して使用される
・チェーン3―高出力電力に対して使用される
チェーン1は、低バイアス電流により動作してもよく、および/または、より小さいサイズのトランジスタにより実現してもよい。チェーン2は、中程度のバイアス電流により動作してもよく、および/または、中間サイズのトランジスタにより実現してもよい。チェーン3は、高バイアス電流により動作してもよく、および/または、より大きなサイズのトランジスタにより実現してもよい。1つの例示的な設計において、最初の増幅器ステージ442は、3つのすべてのチェーンに対して、固定されたバイアス電流を有する。別の例示的な設計において、最初の電力増幅器ステージ442は、チェーン1、2または3が選択されるかどうかに基づいて調整される可変バイアス電流を有する。一般に、各増幅器ステージは、固定されたバイアス電流か、あるいは、出力電力レベルおよび/または他のファクターに基づいて調整してもよい可変バイアス電流を有してもよい。チェーン1、2および3は、異なる出力電力範囲に対して選択されてもよく、したがって、粗い出力電力調整に対して使用されてもよい。RF入力電力レベルを調整することにより、細かい出力電力調整を達成してもよい。
GSM/EDGE用の、複数並列チェーンを有する線形電力増幅器440aおよび440bの使用は、いくつかの利点を提供するかもしれない。GSMに対して、定包絡線の変調された信号により、電力増幅器440aおよび440bは、GSMスペクトルマスク要求を満たすことが可能になる。EDGEに対して、EDGEスペクトルマスク要求を満たすために、高出力電力におけるチェーン3に対して、事前歪みを使用してもよい。チェーン1および2は、十分に線形であってもよく、事前歪みを使用することなく、EDGEスペクトルマスク要求を満たし得る。
線形電力増幅器440aおよび440bは、図3中の非線形電力増幅器340aおよび340bと同様の、または、それらよりも高い効率を達成し得る。各チェーンは、その出力電力レベルの範囲に対して、非線形電力増幅器340と同様の、または、それより高い効率を達成し得る。チェーン3は、高出力電力で動作し、非線形電力増幅器340と同様の、または、それよりも高い効率を達成し得る。入力電力レベルを変化させることによる出力電力レベルの調整は、さらに、ポーラ変調を有する非線形電力増幅器340に対して効率を向上させるかもしれない。
図4Bは、端末110に対する送信機402の例示的な設計のブロック図を示す。端末402は、図4Aにおける送信機400中のすべての回路ブロックを含み、図4A中のモジュール420に取って代るGSM/EDGE電力増幅器モジュール421をさらに含む。モジュール421は、電力増幅器441aおよび441bを含み、電力増幅器441aおよび441bは、それぞれ、スイッチ458aおよび458bを除いて、電力増幅器440aおよび440b中のすべての回路ブロックを含む。モジュール421において、増幅器ステージ446aおよび456aの出力は、互いに結合され、さらに、電力増幅器441aの出力に結合されている。増幅器ステージ446bおよび456bの出力は、互いに結合され、さらに、電力増幅器441bの出力に結合されている。
図4Aおよび4Bにおいて、増幅器ステージ444および446は、チェーン2が選択されないときディスエーブルされ、増幅器ステージ454および456は、チェーン3が選択されないときディスエーブルされてもよい。代りに、チェーン2および3を両方ともイネーブルにしてもよく、増幅器ステージ446および456の出力を組み合わせて、高電力動作においてより高い出力電力を取得してもよい。図4Aにおけるスイッチ458は通常、何らかの挿入損失を有する。この挿入損失は、図4B中で示したように、各電力増幅器441中の増幅器ステージ446および456の出力を互いに結合することにより回避され得る。スペクトルマスク要求を満たすために、必要に応じて、(例えば、高出力電力におけるEDGEに対して)事前歪みを実行してもよい。
図5Aは、端末110に対する送信機500の例示的な設計のブロック図を示す。端末500は、GSM/EDGEに対する4つの周波数帯域と、WCDMAに対する2つの周波数帯域とをサポートする。送信機500は、ドライバ増幅器510aおよび510bと、電力増幅器モジュール520と、フィルタ560aおよび560bと、デュプレクサ562aおよび562bと、スイッチ570とを含む。ドライバ増幅器510aは、Sout1信号を受け取って増幅し、RFin1信号を提供する。Sout1信号は、(i)低帯域のGSMまたはEDGE用の位相変調された信号、(ii)低帯域のWCDMA用の変調された信号、または、(iii)低帯域の他の何らかの信号、であってもよい。ドライバ増幅器510bは、Sout2信号を受け取って増幅し、RFin2信号を提供する。Sout2信号は、(i)高帯域のGSMまたはEDGE用の位相変調された信号、(ii)高帯域のWCDMA用の変調された信号、または、(iii)高帯域の他の何らかの信号、であってもよい。
電力増幅器モジュール520は、低帯域線形電力増幅器540aおよび高帯域線形電力増幅器540bを含み、低帯域線形電力増幅器540aおよび高帯域線形電力増幅器540bは、それぞれ、RFin1およびRFin2信号を受け取って増幅し、RFout1およびRFout2信号を提供する。電力増幅器540aは、図4Aに対して上述したように結合されている、増幅器ステージ542a、544a、546a、554aおよび556aと、スイッチ548aとを備える、3つの並列チェーン1、2および3を含む。出力スイッチ558aは、増幅器ステージ546aの出力に結合されている、その共通ポートと、それぞれ、電力増幅器540aの第1および第2の出力に結合されている、その第1および第2のスローとを有する。増幅器ステージ556aの出力は、電力増幅器540aの第1の出力に結合されている。電力増幅器540bは、増幅器ステージ542b、544b、546b、554bおよび556bと、スイッチ548bとを備える、3つの並列チェーン1、2および3を含み、出力スイッチ558bをさらに含み、それらは、電力増幅器540aと同じ方法で結合されている。スイッチ558aおよび558bは、図5A中で示したように、モジュール520内で実現してもよく、または、モジュール520の外部で実現してもよい。
フィルタ560aおよび560bは、それぞれ、電力増幅器540aおよび540bの第1の出力に結合されている、それらの入力と、スイッチ570の第1および第3のポートに結合されている、それらの出力とを有する。デュプレクサ562aおよび562bは、それぞれ、電力増幅器540aおよび540bの第2の出力に結合されている、それらの送信機ポートと、スイッチ570の第2および第4のポートに結合されている、それらの共通ポートとを有する。スイッチ570は、アンテナ580に結合されている、その共通ポートを有する。スイッチ570はまた、より多くのポートを含んでいてもよく、それらは、(図5A中で示していない)低帯域および高帯域に対するGSM/EDGE受信機に結合されていてもよい。
低帯域GSM/EDGEに対して、スイッチ558aは、増幅器ステージ546aを電力増幅器540aの第1の出力に結合し、スイッチ570は、その第1のポートをアンテナ580に結合する。低帯域WCDMAに対して、スイッチ558aは、増幅器ステージ546aを電力増幅器540aの第2の出力に結合し、スイッチ570は、その第2のポートをアンテナ580に結合する。高帯域GSM/EDGEに対して、スイッチ558bは、増幅器ステージ546bを電力増幅器540bの第1の出力に結合し、スイッチ570は、その第3のポートをアンテナ580に結合する。高帯域WCDMAに対して、スイッチ558bは、増幅器ステージ546bを電力増幅器540bの第2の出力に結合し、スイッチ570は、その第4のポートをアンテナ580に結合する。
図5A中で示した例示的な設計において、GSM、EDGEおよびWCDMAをサポートするために、2つの線形電力増幅器だけが使用されている。GSM/EDGEに対して、チェーン1を、低出力電力用に使用してもよく、チェーン2を、中間出力電力用に使用してもよく、チェーン3を、高出力電力用に使用してもよい。また、チェーン2および3を組み合わせて、高電力動作において、より高い出力電力を提供してもよい。WCDMAに対して、チェーン1を、低出力電力から中間出力電力用に使用してもよく、チェーン2を、中間出力電力から高出力電力用に使用してもよい。GSM、EDGEおよびWCDMAに対して、スペクトルマスク要求を満たすために、事前歪みを使用して、電力増幅器540aおよび540bの非線形性に対処してもよい。
図5Bは、端末110に対する送信機502の例示的な設計のブロック図を示す。送信機502は、以下の修正はあるが、図5Aにおける送信機500中のすべての回路ブロックを含んでいる。電力増幅器モジュール521は、線形電力増幅器541aおよび541bを含む。電力増幅器541a内では、増幅器ステージ546aおよび556aの出力が、互いに結合されている。出力スイッチ558aは、増幅器ステージ546aおよび556aの出力に結合されている、その共通ポートと、フィルタ560aに結合されている、その第1のスローと、デュプレクサ562aに結合されている、その第2のスローとを有する。電力増幅器541b内の増幅器ステージ546aおよび556bと、スイッチ558bは、増幅器ステージ546aおよび556a、スイッチ558aと同様の方法で結合されている。スイッチ558aおよび558bは、(図5B中で示したように)モジュール521の外部で実現してもよく、または、モジュール521内で実現してもよい。
図6は、端末110に対する送信機600の例示的な設計のブロック図を示す。送信機600は、GSM/EDGEに対する4つの周波数帯域と、WCDMAに対する4つの周波数帯域とをサポートする。送信機600は、ドライバ増幅器610aおよび610bと、電力増幅器モジュール620と、フィルタ660aおよび660bと、4つのデュプレクサ662aないし662dと、スイッチ670とを含む。ドライバ増幅器610aおよび610bは、図5Aに対して上述したように、Sout1およびSout2信号を受け取って増幅し、RFin1およびRFin2信号を提供する。
電力増幅器モジュール620は、低帯域線形電力増幅器640aと、高帯域線形電力増幅器640bとを含み、低帯域線形電力増幅器640aおよび高帯域線形電力増幅器640bは、それぞれ、RFin1およびRFin2信号を受け取って増幅する。電力増幅器640aは、図4Aに対して上述したように結合されている、増幅器ステージ642a、644a、646a、654aおよび656aと、スイッチ648aとを備えている、3つの並列チェーン1、2および3を含む。出力スイッチ658aは、増幅器ステージ646aの出力に結合されている、その共通ポートと、それぞれ、電力増幅器640aの第1、第2および第3の出力に結合されている、その第1、第2および第3のスローとを有する。増幅器ステージ656aの出力は、電力増幅器640aの第1の出力に結合されている。電力増幅器640bは、増幅器ステージ642b、644b、646b、654bおよび656bと、スイッチ648bとを備えている、3つの並列チェーン1、2および3を含み、出力スイッチ658bをさらに含み、それらは、電力増幅器640aと同じ方法で結合されている。スイッチ658aおよび658bは、(図6中で示すように)モジュール620内で実現してもよく、または、モジュール620の外部で実現してもよい。
フィルタ660aおよび660bは、それぞれ、電力増幅器640aおよび640bの第1の出力に結合されている、それらの入力と、スイッチ670の第1および第4のポートに結合されている、それらの出力とを有する。デュプレクサ662aおよび662bは、電力増幅器640aの第2および第3の出力に結合されている、それらの送信機ポートと、スイッチ670の第2および第3のポートに結合されている、それらの共通ポートとを有する。デュプレクサ662cおよび662dは、電力増幅器640bの第2および第3の出力に結合されている、それらの送信機ポートと、スイッチ670の第5および第6のポートに結合されている、それらの共通ポートとを有する。スイッチ670は、アンテナ680に結合されている、その共通ポートを有する。スイッチ670はまた、より多くのポートを含んでいてもよく、それらは、(図6中で示していない)低帯域および高帯域に対するGSM/EDGE受信機に結合されていてもよい。
デュプレクサ662aおよび662bは、低帯域中の2つの周波数帯域(例えば、セルラ帯域および900MHz帯域)用であってもよい。デュプレクサ662cおよび662dは、高帯域中の2つの周波数帯域(例えば、PCS帯域およびIMT−2000帯域)用であってもよい。
低帯域GSM/EDGEに対して、スイッチ658aは、増幅器ステージ646aを、電力増幅器640aの第1の出力に結合し、スイッチ670は、その第1のポートをアンテナ680に結合する。WCDMA用の第1の低周波数帯域に対して、スイッチ658aは、増幅器ステージ646aを電力増幅器640aの第2の出力に結合し、スイッチ670は、その第2のポートをアンテナ680に結合する。WCDMA用の第2の低周波数帯域に対して、スイッチ658aは、増幅器ステージ646aを電力増幅器640aの第3の出力に結合し、スイッチ670は、その第3のポートをアンテナ680に結合する。高帯域GSM/EDGEに対して、スイッチ658bは、増幅器ステージ646bを電力増幅器640bの第1の出力に結合し、スイッチ670は、その第4のポートをアンテナ680に結合する。WCDMA用の第1の高周波数帯域に対して、スイッチ658bは、増幅器ステージ646bを電力増幅器640bの第2の出力に結合し、スイッチ670は、その第5のポートをアンテナ680に結合する。WCDMA用の第2の高周波数帯域に対して、スイッチ658bは、増幅器ステージ646bを電力増幅器640bの第3の出力に結合し、スイッチ670は、その第6のポートをアンテナ680に結合する。
図7は、端末110に対する送信機602の例示的な設計のブロック図を示す。送信機602は、GSM/EDGEに対する4つの周波数帯域と、WCDMAに対する4つの周波数帯域とをサポートする。送信機602は、図6における送信機600中のすべての回路ブロックを含む。送信機602は、電圧調整器630をさらに含み、電圧調整器630は、ブーストまたはバックDC−DC切換え器のような直流(DC)−DC切換え器であってもよい。電圧調整器630は、電源電圧(例えば、バッテリー電圧VBATT)を受け取り、電力増幅器640aおよび640bに対して供給電圧VAMPを発生させる。VAMP電圧は、電力消費を低減させるために、出力電力レベルに基づいて(例えば、出力電力レベルに比例して)設定されてもよい。電圧調整器630を使用して、低電圧バッテリーをサポートしてもよい。
電圧調整器630を使用して、大きな信号ポーラ変調をサポートしてもよい。このケースにおいて、包絡線信号を電圧調整器630に適用してもよく、電圧調整器630は、包絡線情報を含んでいるVAMPを発生させてもよい。次に、VAMPを、電力増幅器640aおよび640bの少なくとも1つの出力ステージに適用してもよい。電力増幅器640aおよび640bからのRF出力信号は、包絡線信号に基づいて決定される可変振幅を有していてもよい。大きな信号ポーラ変調に対して電圧調整器630および電力増幅器640を動作させることによって、より高い効率を取得してもよい。
図4Aないし図7は、GSM/EDGEに対する線形電力増幅器の使用と、GSM、EDGEおよびWCDMAに対する線形電力増幅器の共用とに関する、いくつかの例示的な設計を示す。一般に、送信機は、任意の数の線形電力増幅器を含んでいてもよく、任意の数の線形電力増幅器を使用して、任意の数の無線技術だけでなく、サポートされる各無線技術に対する任意の数の周波数帯域もサポートしてもよい。
図8は、GSM/EDGEに対して使用される異なる電力増幅器に対する、出力電力に対する総電流のグラフを示す。グラフ810は、図3中の非線形電力増幅器340aまたは340bに対する、出力電力に対する総電流を示す。グラフ820は、図4中の電力増幅器440aまたは440b、図4B中の電力増幅器441aまたは441b、図5A中の電力増幅器540aまたは540b、図5B中の電力増幅器541aまたは541b、あるいは、図6中の電力増幅器640aまたは640bであってもよい、線形電力増幅器に対する、出力電力に対する総電流を示す。この例において、チェーン1が、16dBmまでの出力電力に対して選択され、チェーン2が、16dBmおよび30dBmの間の出力電力に対して選択され、チェーン3が、30dBmよりも高い出力電力に対して選択される。チェーン1、2および3に対する切換えポイントはまた、他の出力電力レベルにおけるものであってもよい。この例において、チェーン1のバイアス電流は、8dBmで変更され、より低いバイアス電流が8dBmよりも下で使用され、より高いバイアス電流が、8dBmよりも上で使用される。一般に、各チェーンは、任意の数のバイアス電流の設定を有していてもよく、各バイアス電流の設定を、出力電力レベルの任意の範囲に対して使用してもよい。グラフ810および820は、GSM/EGDEに対する線形電力増幅器が、非線形電力増幅器よりも少ない総電流を消費し得ることを示す。
1つの例示的な設計において、同じ組の切換えポイントを、図5A中の電力増幅器540aおよび540b、図5B中の電力増幅器541aおよび541b、図6および7中の電力増幅器640aおよび640bに対するGSM/EDGEおよびWCDMAに対して使用してもよい。この設計は、送信機の設計および動作を簡単にし得る。別の例示的な設計において、1つの組の切換えポイントをGSM/EDGEに対して使用し、別の組の切換えポイントをWCDMAに対して使用してもよい。各無線技術に対する切換えポイントを選択して、スペクトルマスク要求を満たし、電力消費を低減させてもよい。
ここで記述する電力増幅器は、さまざまな送信機とともに使用してもよい。いくつかの例示的な送信機における電力増幅器の使用を以下で記述する。
図9は、ポーラ変調をサポートする送信機900の例示的な設計のブロック図を示す。デジタル信号プロセッサ(DSP)914が、送信すべきデータを処理して(例えば、エンコードおよびインターリーブして)、コード化されたデータを提供する。波形(WF)マッパー916が、GMSK、8−PSK、QPSK、QAMなどに基づいて、コード化されたデータを複素数値シンボルにマッピングする。波形マッパー916は、例えば、拡散、スクランブリング、OFDM変調、SC−FDM変調などのような、他の処理を実行してもよい。波形マッパー916は、Iデータ信号Iin上で各複素数値シンボルの実部を提供し、Qデータ信号Qin上で各複素数値シンボルの虚数部を提供する。直交−極コンバータ918が、IおよびQデータ信号を受け取って、これらのデータ信号における複素数値シンボルを、直交座標から極座標に変換し、包絡線信号Einと、位相信号φinとを提供する。コンバータ918は、各複素数値シンボルに等式(3)および(4)を実現して、そのシンボルの振幅および位相を取得してもよい。
事前歪みユニット920が、イネーブルにされるとき、包絡線信号および位相信号を事前に歪ませ、さもなければ、包絡線信号および位相信号をパスする。ユニット920内の包絡線パスにおいて、乗算器922が、包絡線信号をゲインG1と乗算して、スケーリングされた包絡線信号を提供する。包絡線歪みユニット924が、電力増幅器の非線形性を補償するために、スケーリングされた包絡線信号を歪ませて、予め歪まされた包絡線信号Epdを、マルチプレクサ928の第1(‘p’)の入力に提供する。ここでの記述において、マルチプレクサの入力は、事前歪みに対する‘p’と、非事前歪みに対する‘n’とによりラベル表示される。遅延ユニット926が、乗算器922からのスケーリングされた包絡線信号を遅延させてユニット924の遅延に整合させ、遅延包絡線信号をマルチプレクサ928の第2(‘n’)の入力に提供する。マルチプレクサ928は、事前歪みがイネーブルにされているとき、ユニット924からの予め歪まされた包絡線信号を提供し、事前歪みがイネーブルにされていないとき、ユニット926からの遅延包絡線信号を提供する。
ユニット920内の位相パスにおいて、位相歪みユニット934が、ユニット924から予め歪まされた包絡線信号を受け取って、電力増幅器の非線形性に起因する位相誤差を補償するために、位相補正信号を提供する。加算器932が、コンバータ918からの位相信号と位相補正信号とを合計して、予め歪まされた位相信号φpdを、マルチプレクサ938の第1(‘p’)の入力に提供する。遅延ユニット936が、コンバータ918からの位相信号を遅延させ、遅延位相信号をマルチプレクサ938の第2(‘n’)の入力に提供する。マルチプレクサ938は、事前歪みがイネーブルにされているとき、ユニット934からの予め歪まされた位相信号を提供し、事前歪みがイネーブルにされていないとき、ユニット936からの遅延位相信号を提供する。
乗算器930が、マルチプレクサ928からの包絡線信号をゲインG2と乗算して、増幅された包絡線信号であるEoutを提供する。乗算器922および930は、所望の出力電力レベルを取得するために、電力制御に対して使用してもよい。デジタル―アナログコンバータ(DAC)958aおよび958bが、増幅された包絡線信号をアナログに変換して、出力包絡線信号を提供する。位相同期ループ(PLL)940が、マルチプレクサ938から位相信号を受け取って、制御信号を電圧制御発振器(VCO)942に提供する。VCO942は、IおよびQのLO信号である、ILOおよびQLOを発生させ、ILOおよびQLOは、PLL940からの制御信号により変化した、それらの位相を有して、位相変調を達成する。
変調器960aおよび960bが、それぞれ、低帯域および高帯域に対して振幅変調を実行する。変調器960a内では、ミキサー962aが、DAC958aからの出力包絡線信号によりI LO信号を変調し、ミキサー964aが、DAC958bからの出力包絡線信号によりQ LO信号を変調する。加算器966aが、ミキサー962aおよび964aの出力を合計して、振幅および位相の両方が変調されているSout1信号を提供する。変調器960b内では、ミキサー962bおよび964bが、それぞれ、DAC958aおよび958bからの出力包絡線信号により、それぞれ、I LO信号およびQ LO信号を変調する。加算器966bが、ミキサー962bおよび964bの出力を合計して、振幅および位相の両方が変調されているSout2信号を提供する。
ドライバ増幅器970aおよび970bが、それぞれ、変調器960aおよび960bからのSout1信号およびSout2信号を増幅する。線形電力増幅器980aおよび980bが、それぞれ、ドライバ増幅器970aおよび970bからのRFin1信号およびRFin2信号をさらに増幅して、それぞれ、RFout1信号およびRFout2信号を提供する。電力増幅器980aおよび980bは、図4A中の電力増幅器440aおよび440b、図4B中の電力増幅器441aおよび441b、図5A中の電力増幅器540aおよび540b、図5B中の増幅器541aおよび541b、または、図6中の電力増幅器640aおよび640bにより実現してもよい。
制御装置/プロセッサ910は、DSP914と、送信機900内の他の回路ブロックとの動作を制御する。メモリ912は、制御装置/プロセッサ910、および/または、他の回路ブロックに対するデータおよびプログラムコードを記憶する。メモリ912は、(図9中で示すように)制御装置/プロセッサ910の外部で実現してもよく、または、制御装置/プロセッサの内部で実現してもよい。
図9は、電力増幅器に先立って、包絡線信号による、位相変調された信号の振幅変調を備える、小さい信号ポーラ変調を示す。図9において、変調器960は、2つのミキサーおよび加算器を使用して振幅変調を実行する。振幅変調はまた、加算器を使用せず、単一のミキサーにより実行してもよい。(i)DAC958aまたは958bの出力を電圧調整器に提供して、包絡線情報を含むVAMPを発生させること、(ii)線形電力増幅器980aおよび980bの少なくとも1つの出力ステージにVAMPを提供すること、により大きな信号ポーラ変調をサポートしてもよい。
図10は、直角変調をサポートし、事前歪みを選択的に適用して電力増幅器の非線形性を補償できる送信機902の例示的な設計のブロック図を示す。ユニット910ないし914は、簡単にするために図10中で示していない。波形マッパー916は、送信すべきデータを処理して、IおよびQデータ信号である、IinおよびQinを提供する。直交―極コンバータ918、乗算器922、包絡線歪みユニット924、加算器932および位相歪みユニット934は、図9に対して上述したように、IおよびQデータ信号に動作して、事前に歪まされた包絡線信号Epdと、事前に歪まされた位相信号φpdとを提供する。
事前歪みがイネーブルにされていないとき、マルチプレクサ950aおよび950bは、第1(‘n’)の入力においてIおよびQデータ信号を受け取り、これらの信号を、デジタル回転器952のIおよびQ入力に提供する。事前歪みがイネーブルにされているとき、マルチプレクサ950aおよび950bはまた、第2(‘p’)の入力において、事前に歪まされた包絡線信号Epdと、ゼロ信号とを受け取って、これらの信号を、回転器952のIおよびQ入力に提供する。回転器952は、位相補正信号θに基づいて、そのIおよびQ入力において信号を回転させて、IおよびQの回転された信号であるIrotおよびQrotを提供する。事前歪みがイネーブルにされていないとき、回転器952は、IおよびQ信号を回転させて、VCO942からのLO信号中の周波数誤差および位相オフセットを補正する。事前歪みがイネーブルにされているとき、回転器952は予め歪まされた包絡線信号を回転させて、電力増幅器だけでなく、LO信号中の周波数誤差および位相オフセットにも起因する位相歪みを補正してもよい。
乗算器954aおよび954bは、それぞれ、回転器952からの、IおよびQの回転された信号を、ゲインG3と乗算して、スケーリングされたIおよびQ信号を提供する。DAC958aおよび958bは、それぞれ、スケーリングされたIおよびQ信号をアナログに変換して、IおよびQ変調信号を提供する。変調器960aおよび960bは、それぞれ、低帯域および高帯域に対して直角変調を実行する。各変調器960は、DAC958aおよび958bからのIおよびQ変調信号により、VCO942からのIおよびQ
LO信号に直角変調を実行する。ドライバ増幅器970aおよび電力増幅器980aは、変調器960aからのSout1信号を増幅して、RFout1信号を提供する。ドライバ増幅器970bおよび電力増幅器980bは、変調器960bからのSout2信号を増幅して、RFout2信号を提供する。
送信(TX)周波数推定器944は、LO信号中の周波数誤差を推定し、粗い周波数誤差をPLLに提供し、細かい周波数誤差を位相累算器(Acc)946に提供する。粗い周波数誤差が補正されるように、PLL940は、VCO942に対して制御信号を発生させる。累算器946は、細かい周波数誤差を累算して、位相誤差を提供する。マルチプレクサ950cは、事前歪みがイネーブルにされているとき、予め歪まされた位相信号φpdを受け取って提供し、事前歪みがイネーブルにされていないとき、ゼロ信号を提供する。加算器948は、累算器946からの位相誤差と、マルチプレクサ950cの出力と、位相オフセットとを合計して、位相補正信号θを回転器952に提供する。
図11は、ポーラ変調(モード1)および直角変調(モード2)の両方を効率的にサポートし、また、共有回路ブロックを使用して、各モードに対して事前歪みまたは非事前歪みをサポートする、送信機904の例示的な設計のブロック図を示す。図11において、マルチプレクサの入力は、事前歪みに対して‘p’、非事前歪みに対して‘n’、モード1に対して‘1’、および/または、モード2に対して‘2’によりラベル表示されている。
送信機904は、いくつかの修正とともに、図10における送信機902中のすべての回路ブロックを含む。マルチプレクサ939は、第1(‘1p’)の入力において加算器932から事前に歪まされた位相信号φpdと、第2(‘1n’)の入力においてユニット936から遅延位相信号と、第3(‘2’)の入力においてゼロ信号とを受け取る。マルチプレクサ939は、事前歪みを有するポーラ変調が選択されるとき、事前に歪まされた位相信号を提供し、事前歪みを有さないポーラ変調が選択されるとき、遅延位相信号を提供し、直角変調が選択されるとき、ゼロ信号を提供する。PLL940は、マルチプレクサ939からの出力信号に作用して、VCO942に対して制御信号を提供する。マルチプレクサ956aおよび956bは、ポーラ変調が選択されるとき、それぞれ、それらの第1(‘1’)の入力において乗算器930からデジタル包絡線信号Eoutを受取り、DAC958aおよび958bに対して、この信号を提供する。マルチプレクサ956aおよび956bはまた、直角変調が選択されるとき、それらの第2(‘2’)の入力において、それぞれ乗算器954aおよび954bから、スケーリングされたIおよびQ信号を受け取り、それぞれ、DAC958aおよび958bに対して、これらの信号を提供する。上述したように、大きなポーラ変調に対して電圧調整器を介して、DAC958の出力を電力増幅器980に適用してもよい。
ポーラ変調が選択されるとき、DAC958aおよび958bは、出力包絡線信号を提供し、VCO942は、位相変調を有するIおよびQ LO信号を提供する。変調器960aおよび960bは、出力包絡線信号により、VCO942からのIおよびQ LO信号に振幅変調を実行する。直角変調が選択されるとき、DAC958aおよび958bは、IおよびQ変調信号を提供し、VCO942は、位相変調を有さないIおよびQ LO信号を提供する。変調器960aおよび960bは、IおよびQ変調信号により、IおよびQ LO信号に直角変調を実行する。ドライバ増幅器970aおよび970bと、電力増幅器980aおよび980bは、変調器960aおよび960bからのSout1およびSout2信号を増幅して、RFout1およびRFout2信号を提供する。
図9、10および11中で示した例示的な設計において、事前歪み、または非事前歪みは、RF出力信号の出力電力レベルおよび/または他のファクターに基づいて選択してもよい。出力電力レベルは、入力電力レベルや、増幅器のゲインなどに関係付けられていてもよい。1つの例示的な設計において、事前歪みは、出力電力レベルがしきい値を上回る場合に実行されてもよく、出力電力レベルがしきい値を下回る場合にスキップされてもよい。スペクトルマスクおよび/または他の要求を満たすことができるようにしきい値を選択してもよい。
図9、10および11は、ここで記述した複数モードの電力増幅器とともに使用してもよい送信機のいくつかの例示的な設計を示す。これらの複数モードの電力増幅器はまた、他の送信機の設計とともに使用してもよい。一般に、送信機は、図9、10および11中で示した回路ブロックに比べて、少ない、追加の、および/または異なる回路ブロックにより実現してもよい。回路ブロックはまた、図9、10および11中で示したものとは異なるように構成されてもよい。図9、10および11はまた、RFにおいて直接変調を実行して、所望のRF周波数で変調された信号を発生させる、直接変換アーキテクチャを実現する送信機を示す。送信機はまた、中間周波数(IF)で変調を実行し、次に、変調された信号をRFに周波数アップコンバートする、スーパーへテロダイン送信機を実現してもよい。
図12は、RF出力信号を発生させるプロセス1200の例示的な設計を示す。例えば、図9中で示したように、複数の無線技術のうちの1つの無線技術用に、位相変調された信号を発生させてもよい(ブロック1212)。例えば、図10中で示したように、複数の無線技術のうちの別の1つの無線技術用に、直角変調された信号を発生させてもよい(ブロック1214)。通信に対して使用される無線技術次第で、任意の所定の瞬間において、位相変調された信号または直角変調された信号のいずれかを発生させてもよい。例えば、ドライバ増幅器を通して位相または直角変調された信号をパスすることにより、位相変調された信号または直角変調された信号に基づいて、RF入力信号を発生させてもよい(ブロック1216)。図9または10中で示したように、RF入力信号を事前に歪ませて、線形電力増幅器の非線形性を補償してもよい。
複数の無線技術をサポートする線形電力増幅器の複数のチェーンのうちの1つのチェーンを選択してもよく、図8中で示したように、各チェーンは、出力電力レベルのそれぞれの範囲をサポートしている(ブロック1218)。選択されたチェーンにおける少なくとも1つの増幅器ステージのバイアス電流は、出力電力レベルに基づいて調整してもよい。複数の無線技術のうちの1つの無線技術用のRF入力信号を、線形電力増幅器の選択されたチェーンにより増幅して、RF出力信号を取得してもよい(ブロック1220)。
ここで記述した送信機および電力増幅器は、集積回路(IC)、アナログIC、RF IC(RFIC)、混載(mixed−signal)IC、特定用途向け集積回路(ASIC)、プリント回路基板(PCB)、電子デバイスなどで実現してもよい。送信機および電力増幅器はまた、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)や、NチャネルMOS(N−MOS)や、PチャネルMOS(P−MOS)や、バイポーラジャンクショントランジスタ(BJT)や、バイポーラCMOS(BiCMOS)や、シリコンゲルマニウム(SiGe)や、ガリウムひ素(GaAs)などのような、さまざまなICプロセス技術により製造してもよい。
ここで記述した送信機および電力増幅器を実現する装置は、独立型のデバイスであってもよく、または、より大きなデバイスの一部であってもよい。デバイスは、(i)独立型IC、(ii)データおよび/または命令を記憶するメモリICを含んでいてもよい、1組の1つ以上のIC、(iii)RF受信機(RFR)またはRF送信機/受信機(RTR)のようなRFIC、(iv)電力増幅器(PA)モジュール、(v)移動局モデム(MSM)のようなASIC、(Vi)他のデバイス内に組み込まれていてもよいモジュール、(vii)受信機、セルラ電話機、ワイヤレスデバイス、ハンドセット、または移動ユニット、(viii)その他、であってもよい。
1つ以上の例示的な設計において、記述した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組み合わせ中で実現してもよい。ソフトウェアにおいて実現する場合、コンピュータ読み取り可能媒体上に、1つ以上の命令またはコードとして、機能を記憶させ、または機能を送信してもよい。コンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータ記憶媒体と、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にする何らかの媒体を含む通信媒体との両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによりアクセスできる任意の利用可能な媒体であってもよい。一例として、限定ではないが、そのようなコンピュータ読取り可能媒体は,RAM、ROM、EEPROM、CD−ROMまたは他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶デバイス、あるいは、命令またはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用でき、そして、コンピュータによりアクセスできる他の任意の媒体を備えることができる。また、何らかの接続は、コンピュータ読取り可能媒体と適切に呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア線、デジタル加入者線(DSL)、または、赤外線、無線、およびマイクロ波のようなワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバまたは他のリモート情報源から送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア線、DSL、または、赤外線、無線、およびマイクロ波のようなワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。ここで使用されるディスク(Diskおよびdisc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク(登録商標)、光ディスク、デジタルバーサタイルディスク(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク、およびブルーレイディスクを含み、ディスク(disk)は通常、磁気的にデータを再生し、一方、ディスク(disc)は、レーザにより光学的にデータを再生する。上述の組み合わせもまた、コンピュータ読取り可能媒体の範囲内に含まれるべきである。
いかなる当業者であっても本開示を実施しまたは使用できるように、本開示の記述をこれまでに提供している。本開示に対してさまざまな修正が当業者に容易に明らかであり、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、ここで規定した一般的な原理を、他のバリエーションに適用してもよい。したがって、本開示は、ここで記述した例および設計に限定されるように意図されていないが、ここで開示した原理および新規な特徴に矛盾しない最も広い範囲に一致すべきである。

Claims (44)

  1. 装置において、
    複数の無線技術をサポートし、第1の無線周波数(RF)入力信号を増幅して第1のRF出力信号を提供するように動作可能な、第1の線形電力増幅器を具備し、
    前記第1の線形電力増幅器は、並列に結合されている複数のチェーンを備え、各チェーンは、前記第1のRF入力信号を増幅して、出力電力レベルのそれぞれの範囲に対して、前記第1のRF出力信号を提供するために選択可能である装置。
  2. 前記複数の無線技術をサポートし、第2のRF入力信号を増幅して第2のRF出力信号を提供するように動作可能な、第2の線形電力増幅器をさらに具備し、
    前記第1の線形電力増幅器は、低周波数帯域と高周波数帯域とのうちの一方をサポートし、前記第2の線形電力増幅器は、前記低周波数帯域と高周波数帯域とのうちの他方をサポートしている請求項1記載の装置。
  3. 前記低周波数帯域は、1ギガヘルツ(GHz)よりも小さく、前記高周波数帯域は、1GHzよりも大きい請求項2記載の装置。
  4. 前記複数のチェーンは、
    前記第1のRF入力信号を増幅して、出力電力レベルの第1の範囲に対して前記第1のRF出力信号を提供するために選択可能な第1のチェーンと、
    前記第1のRF入力信号を増幅して、前記第1の範囲よりも高い、出力電力レベルの第2の範囲に対して前記第1のRF出力信号を提供するために選択可能な第2のチェーンとを備える請求項1記載の装置。
  5. 前記複数のチェーンは、前記第1のRF入力信号を増幅して、前記第2の範囲に等しいか、または前記第2の範囲よりも高い、出力電力レベルの第3の範囲に対して前記第1のRF出力を提供するために選択可能な第3のチェーンをさらに備える請求項4記載の装置。
  6. 前記第2および第3のチェーンは、より高い出力電力を提供するために同時に選択可能である請求項5記載の装置。
  7. 前記複数のチェーンは、
    第1の増幅器ステージを含む第1のチェーンと、
    前記第1の増幅器ステージと、少なくとも1つの追加の増幅器ステージとを含む第2のチェーンとを備える請求項1記載の装置。
  8. 前記複数のチェーンは、
    第1の増幅器ステージを含む第1のチェーンと、
    前記第1の増幅器ステージと、少なくとも1つの中間電力増幅器ステージとを含む第2のチェーンと、
    前記第1の増幅器ステージと、少なくとも1つの高電力増幅器ステージとを含む第3のチェーンとを備える請求項1記載の装置。
  9. 前記複数のチェーンは、異なる量の電流によりバイアスがかけられる請求項1記載の装置。
  10. 前記複数のチェーンのうちの少なくとも1つのチェーンは、出力電力レベルの異なる範囲に対して、異なる量の電流によりバイアスがかけられる請求項1記載の装置。
  11. 前記複数のチェーンは、異なるサイズのトランジスタにより実現される請求項1記載の装置。
  12. 前記複数のチェーンのすべてが、前記複数の無線技術のうちの少なくとも1つの無線技術に対して選択可能であり、前記複数のチェーンの部分集合が、前記複数の無線技術のうちの少なくとも1つの他の無線技術に対して選択可能である請求項1記載の装置。
  13. 前記複数のチェーンのうちの少なくとも2つのチェーンに結合され、前記複数の無線技術のうちの1つの無線技術用に、前記第1のRF出力信号を第1の出力に提供し、前記複数の無線技術のうちの別の1つの無線技術用に、前記第1のRF出力信号を第2の出力に提供するように動作可能なスイッチをさらに具備する請求項1記載の装置。
  14. 前記複数の無線技術のうちの少なくとも1つの無線技術用に直角変調を実行し、前記複数の無線技術のうちの少なくとも1つの他の無線技術用にポーラ変調を実行して、変調された信号を提供するように動作可能な変調器と、
    前記変調された信号を増幅して、前記第1のRF入力信号を提供するように動作可能なドライバ増幅器とをさらに具備する請求項1記載の装置。
  15. 前記第1のRF入力信号は、前記複数の無線技術のうちの1つの無線技術用の、位相変調された信号を含み、前記複数の無線技術のうちの別の1つの無線技術用の、直角変調された信号を含む請求項1記載の装置。
  16. 前記第1のRF入力信号は、前記第1の線形電力増幅器の非線形性を補償するために事前に歪まされる請求項1記載の装置。
  17. 電源電圧を受け取り、前記第1の線形電力増幅器に対して供給電圧を発生させるように動作可能な、直流(DC)−DC切換え器をさらに具備する請求項1記載の装置。
  18. 包絡線信号と電源電圧とを受け取り、前記第1の線形電力増幅器に対して供給電圧を発生させるように動作可能な電圧調整器をさらに具備し、前記供給電圧は、前記包絡線信号からの包絡線情報を含んでいる請求項1記載の装置。
  19. 前記包絡線信号は、前記第1の線形電力増幅器の非線形性を補償するために事前に歪まされている請求項18記載の装置。
  20. 前記第1の線形電力増幅器は、異なる無線技術用に複数のRF出力を提供する請求項1記載の装置。
  21. 前記第1の線形電力増幅器は、異なる周波数帯域に対して複数のRF出力を提供する請求項1記載の装置。
  22. 前記第1の線形電力増幅器は、異なる出力電力範囲に対して複数のRF出力を提供する請求項1記載の装置。
  23. 前記複数の無線技術は、定包絡線の変調された信号を有する第1の無線技術と、可変包絡線の変調された信号を有する第2の無線技術とを含む請求項1記載の装置。
  24. 装置において、
    定包絡線を有する無線周波数(RF)入力信号を増幅して、RF出力信号を提供するように動作可能な線形電力増幅器を具備し、
    前記線形電力増幅器は、並列に結合されている複数のチェーンを備え、各チェーンは、前記RF入力信号を増幅して、出力電力レベルのそれぞれの範囲に対して前記RF出力信号を提供するために選択可能である装置。
  25. ポーラ変調を実行して、位相変調された信号を提供するように動作可能な変調器と、
    前記位相変調された信号を増幅して、前記線形電力増幅器の出力を飽和させる前記RF入力信号を提供するように動作可能なドライバ増幅器とをさらに具備する請求項24記載の装置。
  26. 包絡線信号と電源電圧とを受け取って、前記線形電力増幅器に対して供給電圧を発生させるように動作可能な電圧調整器をさらに具備し、前記供給電圧は、前記包絡線信号からの包絡線情報を含んでいる請求項25記載の装置。
  27. 包絡線信号または電源電圧を受け取って、前記線形電力増幅器に対して供給電圧発生させるように動作可能な、直流(DC)−DC切換え器をさらに具備する請求項24記載の装置。
  28. 前記線形電力増幅器は、固定ゲインにより前記RF入力信号を増幅するように動作可能であり、前記RF入力信号は、可変信号レベルを有し、前記RF出力信号の信号レベルは、前記RF入力信号の可変信号レベルを追跡する請求項24記載の装置。
  29. 装置において、
    無線周波数(RF)入力信号を増幅して、RF出力信号を提供するように動作可能な電力増幅器を具備し、前記RF入力信号は、前記電力増幅器の非線形性を補償するために事前に歪まされており、前記電力増幅器は、並列に結合されている複数のチェーンを備え、各チェーンは、前記RF入力信号を増幅して、出力電力レベルのそれぞれの範囲に対して前記RF出力信号を提供するために選択可能である装置。
  30. 前記RF出力信号の出力電力レベルに基づいて、前記RF入力信号を、事前に歪ませるか、または、事前に歪ませないように動作可能である事前歪みユニットをさらに具備する請求項29記載の装置。
  31. 前記事前歪みユニットは、前記出力電力レベルがしきい値を上回る場合に、前記RF入力信号を事前に歪ませ、前記出力電力レベルが前記しきい値を下回る場合に、前記RF入力信号を事前に歪ませない請求項30記載の装置。
  32. ポーラ変調を実行して、位相変調された信号を提供するように動作可能な変調器と、
    前記位相変調された信号を増幅して、前記RF入力信号を提供するように動作可能なドライバ増幅器とをさらに具備する請求項29記載の装置。
  33. 包絡線信号または電源電圧を受け取って、前記電力増幅器に対して供給電圧を発生させるように動作可能な、直流(DC)−DC切換え器をさらに具備する請求項29記載の装置。
  34. ワイヤレスデバイスにおいて、
    第1の局部発振器(LO)信号を受け取って、第1の変調信号により前記第1のLO信号を変調して、第1の変調された信号を提供するように動作可能な第1の変調器と、
    前記第1の変調器に結合され、前記第1の変調された信号を増幅して第1の無線周波数(RF)入力信号を提供するように動作可能な、第1のドライバ増幅器と、
    前記第1の変調器に結合され、複数の無線技術をサポートする第1の線形電力増幅器と、
    前記第1の線形電力増幅器に結合されているアンテナとを具備し、
    前記第1の線形電力増幅器は、前記第1のRF入力信号を増幅して、第1のRF出力信号を提供するように動作可能であり、前記第1の線形電力増幅器は、並列に結合されている複数のチェーンを備え、各チェーンは、前記第1のRF入力信号を増幅して、出力電力レベルのそれぞれの範囲に対して前記第1のRF出力信号を提供するために選択可能であるワイヤレスデバイス。
  35. 第2のLO信号を受け取って、第2の変調信号により前記第2のLO信号を変調して、第2の変調された信号を提供するように動作可能な第2の変調器と、
    前記第2の変調器に結合され、前記第2の変調された信号を増幅して、第2のRF入力信号を提供するように動作可能な、第2のドライバ増幅器と、
    前記複数の無線技術をサポートし、前記第2のRF入力信号を増幅して、第2のRF出力信号を提供するように動作可能な、第2の線形電力増幅器とをさらに具備し、
    前記第1の線形電力増幅器は、低周波数帯域と高周波数帯域とのうちの一方をサポートし、前記第2の線形電力増幅器は、前記低周波数帯域および高周波数帯域のうちの他方をサポートしている請求項34記載のワイヤレスデバイス。
  36. 前記第1のRF出力信号の出力電力レベルに基づいて、前記第1のRF入力信号を、事前に歪ませるか、または事前に歪ませないように動作可能な事前歪みユニットをさらに具備する請求項34記載のワイヤレスデバイス。
  37. 増幅を実行する方法において、
    複数の無線技術をサポートする線形電力増幅器の複数のチェーンのうちの1つのチェーンを選択し、各チェーンは、出力電力レベルのそれぞれの範囲を提供するように動作可能であることと、
    前記線形電力増幅器の選択されたチェーンにより、前記複数の無線技術のうちの1つの無線技術用の無線周波数(RF)入力信号を増幅して、RF出力信号を取得することとを含む方法。
  38. 出力電力レベルに基づいて、前記選択されたチェーン中の少なくとも1つの増幅器ステージのバイアス電流を調整することをさらに含む請求項37記載の方法。
  39. 前記複数の無線技術のうちの第1の無線技術用の、位相変調された信号を発生させることと、
    前記複数の無線技術のうちの第2の無線技術用の、直角変調された信号を発生させることと、
    前記位相変調された信号または前記直角変調された信号に基づいて、前記RF入力信号を発生させることとをさらに含む請求項37記載の方法。
  40. 前記RF入力信号を事前に歪ませて、前記線形電力増幅器の非線形性を補償することをさらに含む請求項37記載の方法。
  41. 装置において、
    複数の無線技術をサポートする線形電力増幅器の複数のチェーンのうちの1つのチェーンを選択する手段であって、各チェーンは、出力電力レベルのそれぞれの範囲を提供するように動作可能である手段と、
    前記線形電力増幅器の選択されたチェーンにより、前記複数の無線技術のうちの1つの無線技術用の無線周波数(RF)入力信号を増幅して、RF出力信号を取得する手段とを具備する装置。
  42. 出力電力レベルに基づいて、前記選択されたチェーン中の少なくとも1つの増幅器ステージのバイアス電流を調整する手段をさらに具備する請求項41記載の装置。
  43. 前記複数の無線技術のうちの第1の無線技術用の、位相変調された信号を発生させる手段と、
    前記複数の無線技術のうちの第2の無線技術用の、直角変調された信号を発生させる手段と、
    前記位相変調された信号または前記直角変調された信号に基づいて、前記RF入力信号を発生させる手段とをさらに具備する請求項41記載の装置。
  44. 前記RF入力信号を事前に歪ませて、前記線形電力増幅器の非線形性を補償する手段をさらに具備する請求項41記載の装置。
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