JP2012531123A - ワイヤレス通信デバイス用の電力およびインピーダンス測定回路 - Google Patents

ワイヤレス通信デバイス用の電力およびインピーダンス測定回路 Download PDF

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Abstract

開示された例示的諸実施形態は、電力および／またはインピーダンスを測定するために使用可能な電力およびインピーダンス測定回路を対象とする。測定回路は、センサと計算ユニットとを含むことができる。センサは、（ｉ）第１の感知信号を取得するために負荷に結合された直列回路にわたる第１の電圧信号と、（ｉｉ）第２の感知信号を取得するために直列回路の指定された端部での第２の電圧信号とを感知することができる。センサは、（ｉ）第１のセンサ出力を取得するために、第１の感知信号の第１のバージョンと第２の感知信号の第１のバージョンとを混合し、（ｉｉ）第２のセンサ出力を取得するために、第１の感知信号の第２のバージョンと第２の感知信号の第２のバージョンとを混合することができる。計算ユニットは、センサ出力に基づいて、直列回路の指定された端部でのインピーダンスおよび／または送達電力を決定することができる。

Description

本開示は、一般にエレクトロニクスに関し、より具体的にはワイヤレス通信デバイス用の測定回路に関する。
米国特許法の下での優先権の主張
本特許出願は、本譲受人に譲渡され、参照により明確に本明細書に組み込まれた、２００９年６月１９日出願の「ＰＯＷＥＲ ＡＮＤ／ＯＲ ＩＭＰＥＤＡＮＣＥ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＦＯＲ Ａ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＤＥＶＩＣＥ」という名称の米国仮出願第６１／２１８８３６号に対する優先権を主張する。
ワイヤレス通信デバイスは、典型的には、データ送信をサポートするための送信器を含む。送信器は、無線周波数（ＲＦ）信号を増幅して高出力電力を提供する、電力増幅器を有することができる。電力増幅器は、特定の負荷インピーダンス（たとえば５０オーム）を駆動させ、最大出力電力レベルで最高可能効率を有するように、設計することができる。電力増幅器は、以下で説明するような様々な理由で変化する可能性のある、可変負荷インピーダンスを観測することができる。さらに、電力増幅器は幅広い出力電力レベルにわたって動作する場合があり、電力増幅器の効率は出力電力レベルが低いと低下する場合がある。
電力増幅器の動作を向上させることが望ましい場合がある。
ワイヤレス通信デバイスを示すブロック図。 送信器の例示的設計を示すブロック図。 電力およびインピーダンス設計回路の様々な例示的設計を示すブロック図。 電力およびインピーダンス設計回路の様々な例示的設計を示すブロック図。 電力およびインピーダンス設計回路の様々な例示的設計を示すブロック図。 電力およびインピーダンス設計回路の様々な例示的設計を示すブロック図。 電力およびインピーダンス設計回路の様々な例示的設計を示すブロック図。 電力およびインピーダンス設計回路の様々な例示的設計を示すブロック図。 電力およびインピーダンス設計回路の様々な例示的設計を示すブロック図。 調整可能整合回路の例示的設計を示す図。 調整可能整合回路の例示的設計を示す図。 プログラム可能減衰器の例示的設計を示す図。 プログラム可能減衰器の例示的設計を示す図。 送信器の他の例示的設計を示す図。 送信器の他の例示的設計を示す図。 適応負荷整合を実行するためのプロセスを示す図。 インピーダンスおよび／または電力を測定するためのプロセスを示す図。
「例示的」という用語は、本明細書では「例、事例、または例示としての役割を果たす」ことを意味するために使用される。本明細書で「例示的」として説明されるいかなる設計も、必ずしも他の設計全体にわたって好ましいかまたは有利であると解釈されるものではない。
本明細書では、電力および／またはインピーダンスを測定するために使用可能な電力およびインピーダンス測定回路について説明する。これらの測定回路は、ワイヤレス通信デバイス、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ハンドヘルド・デバイス、ワイヤレス・モデム、ラップトップ・コンピュータ、コードレス電話、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、家庭用電子デバイスなどの、様々な電子デバイスに使用することができる。わかりやすくするために、以下では、ワイヤレス通信デバイスにおける測定回路の使用について説明する。
図１は、単一の送信器１２０を含む、ワイヤレス通信デバイス１００の例示的設計の簡略化されたブロック図を示す。一般に、ワイヤレス・デバイス１００は、任意数の通信システムおよび任意数の周波数帯用の、任意数の送信器および任意数の受信器を含むことができる。
ワイヤレス・デバイス１００内では、プロセッサ１１０が送信されるデータを処理し、アナログ出力信号を送信器１２０に提供する。送信器１２０内では、送信器回路１３０が、アナログ出力信号を増幅、フィルタリング、および高周波数変換し、入力ＲＦ信号ＶINを提供する。電力増幅器１４０は、所望の出力電力レベルを得るために入力ＲＦ信号を増幅し、増幅ＲＦ信号ＶAMPを提供する。調整可能整合回路１５０は電力増幅器１４０の出力に結合され、電力増幅器１４０に関する出力インピーダンス整合を実行して、出力ＲＦ信号ＶOUTをアンテナ１５８に提供する。
センサ１６０は、電力増幅器１４０から増幅ＲＦ信号を、また調整可能整合回路１５０から出力ＲＦ信号を受信する。センサ１６０は、増幅ＲＦ信号および／または出力ＲＦ信号の電圧、電流、電力、および／または他のパラメータを測定することができる。計算ユニット１７０は、センサ１６０から測定値を受信し、整合回路１５０によって観測された負荷の電力および／またはインピーダンスを決定する。センサ１６０と計算ユニット１７０とは集合的に、ワイヤレス・デバイス１００用の電力およびインピーダンス測定回路１７２を形成する。制御ユニット１８０は、入力ＲＦ信号向けのエンベロープ信号、平均出力電力レベルを示す情報、および／または、電力増幅器１４０に影響を与える他のパラメータに関する情報を受信することができる。制御ユニット１８０は、計算ユニット１７０から測定された電力および／またはインピーダンスを受信することもできる。制御ユニット１８０は、たとえば電力増幅器１４０の効率を上げるためなど、優れた性能を達成するために調整可能整合回路１５０を調整するための、第１の制御を生成することができる。制御ユニット１８０は、優れた性能を達成するために電力増幅器１４０を調整するための、第２の制御を生成することもできる。
図１は、送信器１２０の例示的設計を示す。一般に、送信器１２０内の信号の条件付けは、増幅器、フィルタ、ミキサ、整合回路などの１つまたは複数のステージによって実行可能である。送信器１２０と可能なセンサ１６０とのすべてまたは一部は、アナログ集積回路（ＩＣ）、ＲＦ ＩＣ（ＲＦＩＣ）、混合信号ＩＣなどに実装可能である。
プロセッサ／コントローラ１１０は、たとえばデータを送信するための処理などの、ワイヤレス・デバイス１００に関する様々な機能を実行することができる。プロセッサ／コントローラ１００は、ワイヤレス・デバイス１００内の様々な回路の動作を制御することもできる。メモリ１１２は、プログラム・コードとプロセッサ／コントローラ１１０に関するデータとを格納することができる。プロセッサ／コントローラ１１０と、メモリ１１２と、計算ユニット１７０と、制御ユニット１８０とは、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／または他のＩＣ上に実装可能である。
図２は、ワイヤレス・デバイス１００の送信器１２０と測定部分とのブロック図を示す。電力増幅器１４０は、電力増幅器１４０に関するピーク出力電力レベルと電源電圧とに依存することが可能な、ある出力インピーダンスＺPAを駆動するように設計可能である。アンテナ１５８は、特定の目標負荷インピーダンスＺOを有することができる。たとえば、電力増幅器１４０の出力インピーダンスは約４オームとすることが可能であり、目標負荷インピーダンスは５０オームとすることができる。調整可能整合回路１５０は、ＺPAからＺOのインピーダンス整合を実行する。図２では、図１の整合回路１５０とアンテナ１５８などの後続回路とが、（ｉ）ＺSのインピーダンスを有する直列回路２５０と、（ｉｉ）ＺLのインピーダンスを有する分路（shunt）負荷２６０とでモデル化される。直列回路２５０は、回路２５０の入力と出力との間に結合されたインダクタ、（ｉｉ）回路２５０の入力と出力との間に結合されたキャパシタ、（ｉｉｉ）並列に、回路２５０の入力と出力との間に結合された、インダクタおよびキャパシタ、（ｉｖ）直列に、回路２５０の入力と出力との間に結合された、インダクタおよびキャパシタ、または、（ｖ）何らかの他の回路構成要素または回路構成要素の組み合わせを、備えることができる。負荷２６０は、デュプレクサ、スイッチなどの、整合回路１５０とアンテナ１５８との間に結合された回路を含むことができる。
もう一度図１を参照すると、整合回路１５０は、優れた性能を達成するために、ＰＡ出力インピーダンスＺPAを目標負荷インピーダンスＺOと整合させるために使用することができる。整合回路１５０は、目標負荷インピーダンスを伴う最大出力電力レベルで優れた性能（たとえば高いＰＡ効率）を提供するように設計可能な、固定整合回路とすることができる。しかしながらこの固定整合回路は、より低い出力電力レベルおよび／または異なる負荷インピーダンスで、次善性能（たとえばより低いＰＡ効率）を提供することができる。たとえば負荷インピーダンスは、アンテナ１５８がユーザの手で覆われていること、アンテナ１５８がユーザの耳に押し当てられていること、アンテナ１５８が短絡または切断されていることなどによって、変化する可能性がある。
性能を向上させるために、整合回路１５０は、電力増幅器１４０に調整可能インピーダンス整合を提供することができる。調整可能インピーダンス整合は、負荷２６０のインピーダンス、負荷２６０に送達される電力、および／または他のパラメータに基づいて、動的に変化する可能性がある。これらのパラメータは、センサ１６０と計算ユニット１７０とによって決定可能である。
図３は、それぞれ図２のセンサ１６０と、計算ユニット１７０と、直列回路２５０との１つの例示的設計である、センサ１６０ａと、計算ユニット１７０ａと、直列回路２５０ａとのブロック図を示す。直列回路２５０ａ内では、インダクタ３１０とリアクタンス素子３１２とが並列に結合され、その組み合わせが、直列回路２５０ａの入力ノードＡと出力ノードＢとの間に結合される。リアクタンス素子３１２は、可変キャパシタ、他の回路素子、寄生構成要素（parasitic component）などを備えることができる。直列回路２５０ａは、ノードＡとＢとの間に以下のように表すことが可能なインピーダンスＺSを有し、
Figure 2012531123
上式で、ωはラジアン／秒単位で表した注目する周波数であり、Ｌはインダクタ３１０のインダクタンス、ＺPはリアクタンス素子３１２のインピーダンスである。
直列回路２５０ａは、以下のように表すことが可能な負荷２６０へＩLOADの出力電流を送達し、
Figure 2012531123
上式で、ＩLOAD_PKは負荷２６０に送達されるピーク電流であり、φは負荷２６０のインピーダンスに依存する位相であり、ｅｘｐ（ ）は自然指数（natural exponent）を示す。
ＺSインピーダンスが誘導性である場合、ＩLOAD電流はＶAMP電流を９０°またはπ／２だけ遅れさせることになる。位相φは、整合回路１５０と負荷との間の不整合に依存する可能性があり、整合が良好であれば０度に近付くことができる。
センサ１６０ａ内では、プログラム可能減衰器３１６が増幅ＲＦ信号を受信し、第１の入力信号を提供する。プログラム可能減衰器３１８は出力ＲＦ信号を受信し、第２の入力信号を提供する。プログラム可能減衰器３１６および３１８は、センサ１６０ａ内の回路に提供される入力信号のダイナミック・レンジを減少させるために、出力電力レベルに応じて可変量の減衰を提供することができる。固定利得増幅器３２０は、反転入力で第１の入力信号を受信し、非反転入力で第２の入力信号を受信して、第１の感知信号ＶS1を提供する。ＶS1信号は、直列回路２５０ａにわたる電圧降下を示すことが可能であり、以下のように表すことができる。
Figure 2012531123
バッファ（Ｂｕｆ）３２２は第１の入力信号を受信し、ＶAMP信号を表すことが可能な第２の感知信号ＶS2を提供する。位相シフタ３２４は、注目する周波数で第２の感知信号を受信して、これを９０°シフトさせ、位相シフト信号ＶSHIFTEDを提供する。増幅ＲＦ信号および位相シフト信号は以下のように表すことが可能であり、
Figure 2012531123
上式で、ＶAMP_PKは増幅ＲＦ信号のピーク電圧である。
乗算器３２６は、位相シフタ３２４からの位相シフト信号と増幅器３２２からの第１の感知信号とを掛け合わせ、以下のように表すことが可能な、乗算器出力ＹMULTを提供する。
Figure 2012531123
数式（６）に示されるように、乗算器出力は、注目する周波数の２倍の高周波数構成要素と、負荷依存位相φを伴う低周波数構成要素とを含む。低域フィルタ３２８は乗算器出力を受信し、高周波数構成要素をフィルタ除去して、以下のように表すことが可能なセンサ出力ＹOUTを提供する。
Figure 2012531123
計算ユニット１７０ａでは、ユニット３３０はセンサ出力をインピーダンスＺSの絶対値で割り、以下のように表すことが可能な送達電力ＰOUTを提供する。
Figure 2012531123
図３に示された例示的設計では、ＶAMP信号は位相シフトされ、ＶS1信号と掛け合わされる。これで出力電力ＰOUTは直列回路２５０ａおよび負荷２６０に送達される電力とすることができる。直列回路２５０ａの損失は小さいものとすることが可能であるため、ほとんどのＰOUTは負荷２６０へ送達可能である。
図３に示されていない他の例示的設計では、ＶLOAD信号は位相シフトされ、ＶS1信号と掛け合わされることが可能である。これで出力電力は負荷２６０に送達される電力とすることができる。したがって計算ユニット１７０ａからの出力電力は、信号にタップが付けられて位相シフタ３２４へと提供される時点で送達される電力を表すことができる。
直列インピーダンスの絶対値｜ＺS｜は、様々な方法で決定可能である。一設計では、｜ＺS｜はコンピュータ・シミュレーション、経験的測定、または他の手段によって決定可能である。他の設計では、｜ＺS｜は事前に較正可能である。たとえば、センサ出力ＹOUTは知られている出力電力について測定可能であり、｜ＺS｜は知られている出力電力と測定されたセンサ出力とに基づいて決定可能である。｜ＺS｜は、他の方法でも決定可能である。
図４は、図２のセンサ１６０および負荷２６０の他の例示的設計である、センサ１６０ｂおよびロード２６０ｂのブロック図を示す。負荷２６０ｂは、リアクタンスＸLを有する分路リアクタンス素子２６２と、抵抗ＲLを有する分路抵抗器２６４とを含む。負荷インピーダンスＺLは以下のように表すことが可能である。
Figure 2012531123
電力増幅器１４０からの増幅ＲＦ信号は以下のように表すことが可能であり、
Figure 2012531123
上式で、ＶAMP_PKは電力増幅器１４０からのピーク電圧である。
直列回路２５０にわたる電圧信号は以下のように表すことが可能であり、
Figure 2012531123
上式で、ＶIND_PKは直列回路２５０にわたるピーク電圧であり、θLは負荷２６０の位相である。
負荷２６０にわたる電圧信号は以下のように表すことが可能であり、
Figure 2012531123
上式で、ＶLOAD_PKは負荷２６０にわたるピーク電圧である。
負荷２６０に提供される出力電流は以下のように表すことが可能であり、
Figure 2012531123
上式で、ＩLOAD_PKは負荷２６０にわたるピーク電流である。
センサ１０６ｂ内で、プログラム可能（Ｐｒｏｇ．）減衰器４３０は電力増幅器１４０から増幅ＲＦ信号を受信し、第１の入力信号を提供する。プログラム可能減衰器４４０は負荷で出力ＲＦ信号を受信し、第２の入力信号を提供する。固定利得増幅器４３２は反転入力で第１の入力信号を受信し、非反転入力で第２の入力信号を受信する。増幅器４３２は、直列回路２５０にわたるＶIND信号とほぼ等しいことが可能な、第１の感知信号ＶS1を提供する。増幅器４３２は、スイッチ４３８の第１の入力と位相シフタ４３４とに、第１の感知信号を提供する。位相シフト４３４は第１の感知信号をθPだけシフトし、第１の位相シフト信号を、リミッタ４３６とスイッチ４３８の第３の入力とに提供する。θPは、ゼロ度または何らかの他の値とすることができる。リミッタ４３６は第１の位相シフト信号を増幅およびクリッピングし、第１の制限信号をスイッチ４３８の第２の入力に提供する。スイッチ４３８は３つの入力のうちの１つを、ミキサ４５０に第１のミキサ入力信号を提供する出力と結合する。
バッファ４４２は、第２の入力信号を受信およびバッファリングし、負荷２６０でＶLOAD信号とほぼ等しいことが可能な、第２の感知信号ＶS2を提供する。バッファ４４２は、第２の感知信号を、スイッチ４４８の第１の入力と位相シフタ４４４とに提供する。位相シフタ４４４は、第２の感知信号をθPだけシフトし、第２の位相シフト信号をリミッタ４４６に提供する。リミッタ４４６は第２の位相シフト信号を増幅およびクリッピングし、第２の制限信号をスイッチ４４８の第２の入力に提供する。スイッチ４４８は２つの入力のうちの１つを、ミキサ４５０に第２のミキサ入力信号を提供する出力と結合する。ミキサ４５０は、スイッチ４３８からの第１のミキサ入力信号とスイッチ４４８からの第２のミキサ入力信号とを混合し、ミキサ出力信号を提供する。低域フィルタ４５２はミキサ出力信号をフィルタリングし、センサ出力信号ＶSENSEを提供する。
スイッチ４３８および４４８によって異なる位置で複数の測定が実行される。表１は、スイッチ４３８および４４８に関する５つのスイッチ構成１から５を掲示し、各スイッチ構成に対するセンサ出力を提供する。表１で、第１の列はスイッチ構成を提供し、第２の列はスイッチ４３８によって選択された入力を提供し、第３の列はスイッチ４４８によって選択された入力を提供し、第４の列は任意の位相シフトθPを伴うセンサ出力を提供し、第５の列はゼロの位相シフト、すなわちθP＝０を伴うセンサ出力を提供する。センサ出力ＶAからＶEは、それぞれスイッチ構成１から５について取得可能である。
Figure 2012531123
ミキサ４５０は、両方の入力信号が制限されない場合は乗算器として、または少なくとも１つの入力信号が制限される場合はダウン・コンバータとして、動作可能である。制限された入力信号は、ダウン・コンバートを達成するためにミキサ４５０内の差動ペアを切り替えることが可能な、ローカル発振器（ＬＯ）信号として動作可能である。制限入力信号は切り替えのためにのみ使用されるため、制限入力信号の振幅はミキサ出力信号で反映されない。したがってミキサ４５０は、スイッチ構成１、２、および４に対して、図３の乗算器３２６とは異なるように動作する。わかりやすくするために、本明細書の説明では各ミキサについて単位利得を想定している。
計算ユニット１７０はセンサ１６０ｂから測定値を受信し、注目する様々な量を計算する。表１に示されるように、負荷の位相は、スイッチ構成４を選択すること、および測定値ＶDを取得することによって決定可能である。負荷インピーダンスの絶対値｜ＺL｜は、θP＝０での測定値ＶAおよびＶBに基づいて決定可能であり、以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
直列回路２５０のインピーダンスＺSは、知られているかまたは確認可能である。
負荷インピーダンスＺLは、以下のように計算可能であり、
Figure 2012531123
上式で、ｃｏｓ（θL）およびｓｉｎ（θL）は測定値ＶDに基づいて決定可能である。
ピーク出力電圧ＶLOAD_PKは測定値ＶBおよびＶDに基づいて決定可能であり、以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
ピーク出力電流ＩLOAD_PKは、測定値ＶBおよびＶD、ならびに負荷インピーダンス絶対値｜ＺL｜に基づいて決定可能であり、以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
負荷２６０に送達される電力ＰLは、以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
数式（１８）の右側の各量は、前述のように決定可能である。
スイッチ構成５は、２乗平均（ＲＭＳ）電力検出器として使用することができる。θL＝９０°では、測定値ＶEは以下のように表すことができる。
Figure 2012531123
図４のセンサ１６０ｂに関する他のスイッチ構成を使用して、他の測定値を取得することもできる。センサ１６０ｂから入手可能な様々な測定値に基づいて、他の量を計算することもできる。位相シフタ４３４および４４４は、０°、９０°、または何らかの他の位相とすることが可能な、同じ位相を提供することができる。位相シフタ４３４および４４４は、異なる位相を提供することもできる。たとえば一方の位相シフタが０°の位相シフトを提供し、他方の位相シフタが９０°の位相シフトを提供することができる。
図５は、図２のセンサ１６０および負荷２６０の他の例示的設計である、センサ１６０ｃおよびロード２６０ｃのブロック図を示す。負荷２６０ｃは、リアクタンスＸLを有する分路リアクタンス素子２６２と、抵抗ＲLを有する分路抵抗器２６４とを含む。負荷２６０ｃは、リアクタンスＸCを有し、スイッチ２６８と直列に結合された、分路キャパシタ２６６をさらに含む。スイッチ２６８が開状態の負荷インピーダンスＺL1と、スイッチ２６８が閉状態の負荷インピーダンスＺL2とは、以下のように表すことが可能である。
Figure 2012531123
キャパシタ２６６のキャパシタンスまたはリアクタンスは、知られているかまたは確認可能である。
センサ１６０ｃ内で、プログラム可能減衰器５３０はＶAMP信号を受信し、第１の入力信号を提供する。プログラム可能減衰器５４０はＶLOAD信号を受信し、第２の入力信号を提供する。固定利得増幅器５３２は、反転入力で第１の入力信号を受信し、非反転入力で第２の入力信号を受信して、リミッタ５３４およびミキサ５３６に第１の感知信号ＶS1を提供する。リミッタ５３４は第１の感知信号を増幅およびクリッピングして、第１の制限信号をミキサ５４６に提供する。バッファ５４２は第２の入力信号を受信およびバッファリングして、リミッタ５４４およびミキサ５４６に第２の感知信号ＶS2を提供する。リミッタ５４４は第２の感知信号を増幅およびクリッピングして、第２の制限信号をミキサ５３６に提供する。ミキサ５３６は、増幅器５３２からの第１の感知信号とリミッタ５４４からの第２の制限信号とを混合して、第１のミキサ出力信号を提供する。低域フィルタ５３８は第１のミキサ出力信号をフィルタリングして、第１のセンサ出力信号Ｖ1を提供する。同様に、ミキサ５４６は、バッファ５４２からの第２の感知信号とリミッタ５３４からの第１の制限信号とを混合して、第２のミキサ出力信号を提供する。低域フィルタ５４８は第２のミキサ出力信号をフィルタリングして、第２のセンサ出力信号Ｖ2を提供する。Ｖ1とＶ2とのセンサ出力は、以下のように表すことができる。
Figure 2012531123
計算ユニット１７０は、スイッチ２６８が開状態の第１の測定値と、スイッチ２６８が閉状態の第２の測定値とに関して、センサ１６０ｃからＶ1とＶ2とのセンサ出力を受信する。計算ユニット１７０は、第１および第２の測定値に基づいて、注目する様々な量を計算する。
負荷インピーダンスの絶対値｜ＺL1｜は、スイッチ２６８が開状態の測定値Ｖ1とＶ2とに基づいて決定可能である。負荷インピーダンスの絶対値｜ＺL2｜は、スイッチ２６８が閉状態の測定値Ｖ1とＶ2とに基づいて決定可能である。｜ＺL1｜および｜ＺL2｜は、以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
以下の量が定義可能である。
Figure 2012531123
分路リアクタンスＸLと分路抵抗ＲLとは、数式（２５）と（２６）とに基づいて以下のように決定可能である。
Figure 2012531123
負荷インピーダンスＺL1は、数式（２０）に示されるように、ＸLとＲLとに基づいて決定可能である。負荷の位相は以下のように計算可能であり、
Figure 2012531123
上式で、Ｒｅ｛ ｝は実数部を示し、Ｉｍ｛ ｝は虚数部を示す。
ピーク出力電圧ＶLOAD_PKは、測定値Ｖ2に基づいて以下のように決定可能である。
Figure 2012531123
負荷２６０に送達される電力は、数式（１８）に示されるように計算可能である。他の量も、センサ１６０ｃから入手可能な様々な測定値に基づいて計算可能である。
図６は、図２のセンサ１６０の他の例示的設計である、センサ１６０ｄのブロック図を示す。センサ１６０ｄでは、プログラム可能減衰器６３０はＶAMP信号を受信して、第１の入力信号を提供する。プログラム可能減衰器６４０はＶLOAD信号を受信して、第２の入力信号を提供する。固定利得増幅器６３２は、反転入力で第１の入力信号を受信し、非反転入力で第２の入力信号を受信して、第１の感知信号ＶS1を調整回路６３４および６３６、ならびにミキサ６５２に提供する。調整回路６３４と６３６とは第１の感知信号を処理して、それらの出力信号をそれぞれミキサ６７２と６６２とに提供する。
バッファ５４２は第２の入力信号を受信およびバッファリングして、第２の感知信号ＶS2を調整回路６４４および６４６、ならびにミキサ６７２に提供する。調整回路６４４と６４６とは第２の感知信号を処理して、それらの出力信号をそれぞれミキサ６６２と６５２とに提供する。ミキサ６５２は、増幅器５３２からの第１の感知信号と、回路６４６からの出力信号とを混合して、第１のミキサ出力信号を提供する。低域フィルタ６５４は第１のミキサ出力信号をフィルタリングして、第１のセンサ出力信号ＶXを提供する。ミキサ６６２は、回路６３６からの出力信号と回路６４４からの出力信号とを混合して、第２のミキサ出力信号を提供する。低域フィルタ６６４は第２のミキサ出力信号をフィルタリングして、第２のセンサ出力信号ＶYを提供する。ミキサ６７２は、回路６３４からの出力信号とバッファ６４２からの第２の感知信号とを混合して、第３のミキサ出力信号を提供する。低域フィルタ６７４は第３のミキサ出力信号をフィルタリングして、第３のセンサ出力信号ＶZを提供する。
各調整回路は、以下のうちの１つを含むことができる。
・入力信号を出力信号として単に渡すワイヤ
・入力信号をθPだけシフトして位相シフト信号を提供する、位相シフタ
・入力信号を増幅およびクリッピングして制限信号を提供する、リミッタ
・入力信号をシフト、増幅、およびクリッピングして、位相シフト信号および制限信号を提供する、位相シフタおよびリミッタ、または
・何らかの他の回路または回路の組み合わせ
複数の調整回路が回路素子を共有することもできる。たとえば、調整回路６３４と６３６とは、位相シフタまたはリミッタを共有することができる。異なる回路が実装された調整回路６３４、６３６、６４４、および６４６を備えた、様々な例示的設計が取得可能である。
第１の例示的設計では、調整回路６３４はリミッタを含み、調整回路６３６はリミッタと９０°の位相シフトを提供する位相シフタとを含み、調整回路６４４はワイヤを含み、調整回路６４６はリミッタと−９０°の位相シフトを提供する位相シフタとを含む。そして信号ＶX、ＶY、およびＶXは、第１の設計に関して表２に示すように表すことができる。
Figure 2012531123
第１の例示的設計では、負荷インピーダンスの絶対値｜ＺL｜は、測定値ＶXとＶYとに基づいて以下のように決定可能である。
Figure 2012531123
負荷インピーダンスの位相は以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
負荷インピーダンスＺLは、数式（１５）に示されるように計算可能である。ピーク出力電圧ＶLOAD_PKは以下のように計算可能であり、
Figure 2012531123
上式で、ｓｉｎ（θL）とｃｏｓ（θL）とは、数式（３２）から取得された負荷位相θLに基づいて決定可能である。
ピーク出力電流ＩLOAD_PKは以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
負荷２６０に送達される電力は、数式（１８）に示されるように計算可能である。他の量も、センサ１６０ｄから入手可能な測定値に基づいて計算可能である。
第２の例示的設計では、調整回路６３４はリミッタと９０°の位相シフトを提供する位相シフタとを含み、調整回路６３６はワイヤを含み、調整回路６４４はリミッタを含み、調整回路６４６はリミッタと−９０°の位相シフトを提供する位相シフタとを含む。信号ＶX、ＶY、およびＶXは、第２の設計に関して表２に示されるように表すことができる。
第３の例示的設計では、調整回路６３４はリミッタと９０°の位相シフトを提供する位相シフタとを含み、調整回路６３６はリミッタを含み、調整回路６４４はワイヤを含み、調整回路６４６はリミッタを含む。信号ＶX、ＶY、およびＶXは、第３の設計に関して表２に示されるように表すことができる。
第４の例示的設計では、調整回路６３４はリミッタを含み、調整回路６３６は９０°の位相シフトを提供する位相シフタを含み、調整回路６４４と６４６とはリミッタを共有する。信号ＶX、ＶY、およびＶXは、第４の設計に関して表２に示されるように表すことができる。
第５の例示的設計では、調整回路６３４と６３６とはリミッタを共有し、調整回路６４４と６４６ともリミッタを共有する。信号ＶX、ＶY、およびＶXは、第５の設計に関して表２に示されるように表すことができる。
第６の例示的設計では、調整回路６３４と６３６とはリミッタと９０°の位相シフトを提供する位相シフタとを共有し、調整回路６４４はリミッタを含み、調整回路６４６はリミッタと−９０°の位相シフトを提供する位相シフタとを含む。信号ＶX、ＶY、およびＶXは、第６の設計に関して表２に示されるように表すことができる。
他の例示的設計は、調整回路６３４、６３６、６４４、および６４６に関する他の回路を実装することもできる。前述のそれぞれの例示的設計では、負荷インピーダンスの絶対値｜ＺL｜、負荷の位相θL、負荷インピーダンスＺL、ピーク出力電圧ＶLOAD_PK、負荷に送達される電力ＰL、および／または他の量などの様々な量を、測定値ＶX、ＶY、およびＶZに基づいて計算可能である。表２に示されるような、異なる設計に関する異なる定義ＶX、ＶY、およびＶZによるこれらの様々な量を計算するために、使用することができる。
図６に示される例示的設計では、ミキサ６５２、６６２、および６７２の出力は、それぞれ３つの低域フィルタ６５４、６６４、および６７４に提供される。低域フィルタ６５４、６６４、および６７４は、同時に、３つの測定値ＶX、ＶY、およびＶZを提供することができる。他の例示的設計では、ミキサ６５２、６６２、および６７２の出力はスイッチの３つの入力に提供可能であり、スイッチの出力は低域フィルタに結合可能である。１つのミキサの出力を、任意の所与の地点で低域フィルタに渡すことができる。この例示的設計は、ハードウェアの複雑さを低減させることができる。
図４、５、および６に示された例示的設計では、負荷インピーダンスの絶対値｜ＺL｜と、負荷インピーダンスＺLと、負荷の位相θLと、ピーク出力電圧ＶLOAD_PKと、ピーク出力電流ＩLOAD_PKとは、センサ１６０ｂ、１６０ｃ、または１６０ｄからの測定値に基づいて決定可能である。負荷２６０に関するこれらの様々な量は、図４、５、および６内のそれぞれのバッファ４４２、５４２、および６４２の出力にＶLOAD信号を提供することによって取得可能である。電力増幅器１４０の出力でのインピーダンスに関する様々な量は、バッファの入力にＶAMP信号を提供することによって取得可能である。
図７は、それぞれ図２のセンサ１６０と負荷２６０との他の例示的設計である、センサ１６０ｅと負荷２６０ｅとのブロック図を示す。負荷２６０ｅは、リアクタンスＸLSを有するリアクタンス素子２７４と直列に結合された抵抗ＲLSを有する抵抗器２７２を含む。センサ１６０ｅは、１つの相違点を伴い、図４のセンサ１６０ｂ内のすべての回路構成要素を含む。センサ１６０ｅ内のバッファ４４２は、負荷２６０ｅに提供されるＶLOAD信号から取得される第２の入力信号の代わりに、電力増幅器１４０からのＶAMP信号から取得される第１の入力信号を受信する。電力増幅器１４０は、絶対値｜ＺIN｜と位相θINとを有する、入力インピーダンスＺINを観測する。表３に示されるように、異なるスイッチ構成を用いて異なる測定値ＶAからＶEが取得可能である。
Figure 2012531123
入力絶対値｜ＺIN｜は、θP＝０での測定値ＶAおよびＶEに基づいて決定可能であり、以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
入力インピーダンスＺINは以下のように計算可能であり、
Figure 2012531123
上式で、ｃｏｓ（θIN）およびｓｉｎ（θIN）は測定値ＶDに基づいて決定可能である。
ピーク増幅電圧ＶAMP_PKは測定値ＶBおよびＶDに基づいて決定可能であり、以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
ピーク出力電流ＩLOAD_PKは、測定値ＶBおよびＶD、ならびに入力インピーダンス絶対値｜ＺIN｜に基づいて決定可能であり、以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
電力増幅器１４０によって送達される電力は、以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
数式（３９）の右側の各量は、前述のように決定可能である。
図８は、それぞれ図２のセンサ１６０と負荷２６０との他の例示的設計である、センサ１６０ｆと負荷２６０ｆとのブロック図を示す。直列回路２５０はリアクタンスＸSを有する。負荷２６０ｆは、リアクタンスＸLSを有するリアクタンス素子２７４と直列に結合された抵抗ＲLSを有する抵抗器２７２を含む。リアクタンスＸCを有する直列キャパシタ２７６はスイッチ２７８と直列に結合され、組み合わせは直列回路２５０と並列に結合される。
スイッチ２７８が開状態の入力インピーダンスＺIN1と、スイッチ２７８が閉状態の入力インピーダンスＺIN2とは、以下のように表すことができる。
Figure 2012531123
センサ１６０ｆは、１つの相違点を伴い、図５のセンサ１６０ｃ内のすべての回路構成要素を含む。センサ１６０ｆ内のバッファ５４２は、負荷２６０に提供されるＶLOAD信号から取得される第２の入力信号の代わりに、電力増幅器１４０からのＶAMP信号から取得される第１の入力信号を受信する。センサ出力Ｖ1およびＶ2は以下のように表すことができる。
Figure 2012531123
入力インピーダンスの絶対値｜ＺIN1｜は、スイッチ２７８が開状態の測定値Ｖ1およびＶ2に基づいて決定可能である。負荷インピーダンスの絶対値｜ＺIN2｜は、スイッチ２７８が閉状態の測定値Ｖ1およびＶ2に基づいて決定可能である。｜ＺIN1｜および｜ＺIN2｜は、以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
以下の量が定義可能である。
Figure 2012531123
入力リアクタンスＸINと負荷インピーダンスＺLとは、以下のように決定可能である。
Figure 2012531123
電力増幅器１４０によって送達される電力は、以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
図９は、図２のセンサ１６０の他の例示的設計である、センサ１６０ｇのブロック図を示す。センサ１６０ｇは、１つの相違点を伴い、図６のセンサ１６０ｄ内のすべての回路構成要素を含む。センサ１６０ｇ内のバッファ６４２は、負荷２６０に提供されるＶLOAD信号から取得される第２の入力信号の代わりに、電力増幅器１４０からのＶAMP信号から取得される第１の入力信号を受信する。
センサ出力ＶX、ＶY、およびＶZは、調整回路６３４、６３６、６４４、および６４６に関して使用される回路に依存する。前述の第１の例示的設計では、
調整回路６３４はリミッタを含み、調整回路６３６はリミッタと９０°の位相シフトを提供する位相シフタとを含み、調整回路６４４はワイヤを含み、調整回路６４６はリミッタと−９０°の位相シフトを提供する位相シフタとを含む。センサ出力ＶX、ＶY、およびＶXは、以下のように表すことができる。
Figure 2012531123
入力インピーダンスの絶対値｜ＺIN｜は、測定値ＶXおよびＶYに基づいて以下のように決定可能である。
Figure 2012531123
入力インピーダンスの位相は以下のように計算することができる。
Figure 2012531123
入力インピーダンスＺINは、数式（３６）に示されるように計算可能である。ピーク増幅電圧ＶAMP_PKは以下のように計算可能であり、
Figure 2012531123
上式で、ｓｉｎ（θIN）およびｃｏｓ（θIN）は、数式（５９）から取得された入力位相θINに基づいて決定可能である。
ピーク増幅電流ＩLOAD_PKは以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
電力増幅器１４０によって送達される電力は、数式（５４）に示されるように計算可能である。他の量も、センサ１６０ｇから入手可能な測定値に基づいて計算可能である。
他の例示的設計は、図６に関して上記で説明された調整回路６３４、６３６、６４４、および６４６に関する他の回路を実装することもできる。前述の各例示的設計では、入力インピーダンスの絶対値｜ＺIN｜、入力インピーダンスの位相θIN、入力インピーダンスＺIN、ピーク増幅電圧ＶAMP_PK、電力増幅器によって送達される電力ＰAMP、および／または他の量などの、様々な量を、測定値ＶX、ＶY、およびＶXに基づいて計算可能である。異なる例示的設計に関する異なる定義ＶX、ＶY、およびＶXによるこれらの様々な量を計算するために、異なる数式を使用することができる。
図３から９は、電圧および他の量を測定するために使用可能であり、その後、信号経路内の注目する任意の地点での電力および／またはインピーダンスを計算するために使用可能である、センサ１６０の様々な例示的設計を示す。図３から９の例示的設計は、実数／同相成分（inphase component）と虚数／直交成分（quadrature component）とによって複素数値を定義する、デカルト座標（Cartesian coordinate）内の量を測定する。図３に示された例示的設計では、ユニット３２０から３２８は複素量を提供可能であり、ユニット３３０は負荷の電力として実数成分／部を提供可能である。図４および７に示された例示的設計では、ＶSENSE信号は、表１に示されるような、複素量の同相成分または直交成分を備えることができる。図５および８に示される例示的設計では、Ｖ1信号は直列回路２５０にわたる電圧の直交成分を備えることが可能であり、Ｖ2信号は負荷電圧または増幅電圧の直交成分を備えることが可能である。図６および９に示された例示的設計では、ＶX、ＶY、およびＶZ信号は、それぞれ、複素量の同相成分または直交成分を備えることができる。同相成分と直交成分とは、ピーク電圧と位相とによって定義される。しかしながら、ピーク電圧と位相とは直接測定されない。
したがってセンサ１６０ａから１６０ｇは、ピーク値と位相とによって複素数値を定義する、極座標内の量を測定する他のセンサとは異なる。これは、同相成分と直交成分とを使用するデカルト座標内に量を提供する、センサ１６０ａから１６０ｇとは対照的である。センサ１６０は他の方法でも実装可能である。
図１０Ａは、切り替え可能キャパシタを使用する図１の調整可能整合回路１５０の例示的設計である、調整可能整合回路１５０ｘの概略図を示す。調整可能整合回路１５０ｘでは、インダクタ１０１０とキャパシタ１０１２とが、整合回路１５０ｘの入力ノードＡと出力ノードＢとの間に結合される。キャパシタ１０１２は、常時選択される固定キャパシタである。Ｎ個の切り替え可能キャパシタ１０１４ａから１０１４ｎは、それぞれＮ個のスイッチ１０１６ａから１０１６ｎと直列に結合され、ここでＮは任意の整数値とすることができる。キャパシタ１０１４とスイッチ１０１６とのＮ個の直列組み合わせは、ノードＡとノードＢとの間に結合される。各切り替え可能キャパシタ１０１４は、関連付けられたスイッチ１０１６を介して選択または選択解除することができる。
分路キャパシタ１０２２はノードＢと回路接地との間に結合され、常時選択される固定キャパシタである。Ｍ個の切り替え可能キャパシタ１０２４ａから１０２４ｍは、それぞれＭ個のスイッチ１０２６ａから１０２６ｍと直列に結合され、ここでＭは任意の整数値とすることができる。キャパシタ１０２４とスイッチ１０２６とのＭ個の直列組み合わせは、ノードＢと回路接地との間に結合される。各切り替え可能キャパシタ１０２４は、関連付けられたスイッチ１０２６を介して選択または選択解除することができる。
幾何学的重み付けの場合、キャパシタ１０１４ａから１０１４ｎは漸進的に（たとえば２進重み付けの場合、２倍に）増加するキャパシタンスを有することが可能であり、キャパシタ１０２４ａから１０２４ｍも漸進的に増加するキャパシタンスを有することができる。温度計復号の場合、キャパシタ１０１４ａから１０１４ｎは同じキャパシタンスを有することが可能であり、キャパシタ１０２４ａから１０２４ｍも同じキャパシタンスを有することが可能である。どちらのタイプの重み付けの場合も、キャパシタ１０１４は直列経路に対して所望の範囲のキャパシタンスを提供するように設計可能であり、キャパシタ１０２４は分路経路に対して所望の範囲のキャパシタンスを提供するように設計可能である。キャパシタ１０１２および１０１４は、可変キャパシタンスＣVAR1を提供する。キャパシタ１０２２および１０２４は、可変キャパシタンスＣVAR2を提供する。ＣVAR1およびＣVAR2に関する値の異なる組み合わせで、異なるインピーダンス整合設定値を取得することができる。
一般に、直列経路と分路経路とには、任意数の固定キャパシタと切り替え可能キャパシタとを使用することができる。さらに、固定キャパシタまたは切り替え可能キャパシタは、それぞれ任意の好適な値を有することができる。切り替え可能キャパシタの異なる組み合わせを選択することで、異なるインピーダンス整合設定値を取得することができる。たとえば、２進重み付けを用いる３つの切り替え可能キャパシタ１０１４に対する８つの異なる切り替え状態で、Ｃから８Ｃまでの８つの異なるインピーダンス整合設定値を取得することができる。
スイッチ１０１６および１０２６は、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタまたは何らかの他の半導体デバイスで実装可能である。各スイッチについて複数のＭＯＳトランジスタをまとめてスタックすることが可能であるため、各ＭＯＳトランジスタにわたる信号の揺れのごく一部のみが現れることになり、信頼性を向上させることができる。
インダクタ１０１０およびキャパシタ１０１２と１０１４とは、図２の直列回路２５０の一部とすることができる。キャパシタ１０２２および１０２４は、図２の負荷２６０の一部とすることができる。このように調整可能整合回路１５０ｘを分割することによって、センサ１６０と計算ユニット１７０とに関する上記説明を簡略化することができる。
図１０Ｂは、切り替え可能キャパシタを使用する図１の調整可能整合回路１５０の他の例示的設計である、２ステージ調整可能整合回路１５０ｙの概略図を示す。調整可能整合回路１５０ｙは、図１０Ａに関して上記で説明したように結合された、インダクタ１０１０と、キャパシタ１０１２と、キャパシタ１０１４ａから１０１４ｎと、スイッチ１０１６ａから１０１６ｎと、キャパシタ１０２２と、キャパシタ１０２４ａから１０２４ｍと、スイッチ１０２６ａから１０２６ｍとを備える、第１ステージを含む。調整可能整合回路１５０ｙは、第１ステージのインダクタ、キャパシタ、およびスイッチと同じように結合された、インダクタ１０３０と、固定キャパシタ１０３２と、Ｎ個の切り替え可能キャパシタ１０３４ａから１０３４ｎと、Ｎ個のスイッチ１０３６ａから１０３６ｎと、固定キャパシタ１０４２と、Ｍ個の切り替え可能キャパシタ１０４４ａから１０４４ｍと、Ｍ個のスイッチ１０４６ａから１０４６ｍとを備える、第２ステージをさらに含む。一般に、２つのステージは、直列経路内に同じ数または異なる数の切り替え可能キャパシタを含むことが可能であり、分路経路内に同じ数または異なる数の切り替え可能キャパシタを含むことが可能である。
キャパシタ１０１２および１０１４は、可変キャパシタンスＣVAR1を提供する。キャパシタ１０２２および１０２４は、可変キャパシタンスＣVAR2を提供する。キャパシタ１０３２および１０３４は、可変キャパシタンスＣVAR3を提供する。キャパシタ１０４２および１０４４は、可変キャパシタンスＣVAR4を提供する。異なるインピーダンス整合設定値は、ＣVAR1、ＣVAR2、ＣVAR3、およびＣVAR4に関する値の異なる込み合わせで取得することができる。２つのステージによって、インピーダンス整合を調整するためのより多くの自由度を提供することができる。
一設計では、たとえばそれぞれ図４、５、または６のバッファ４４２、５４２、または６４２に提供される、ノードＢでの電圧を、センサ１６０によって感知することができる。この設計では、インダクタ１０１０とキャパシタ１０１２および１０１４とを、図２の直列回路２５０の一部とすることが可能であり、残りのインダクタとキャパシタとを、図２の負荷２６０の一部とすることが可能である。他の設計では、ノードＤでの電圧をセンサ１６０によって感知することができる。この設計では、インダクタ１０１０および１０３０と、キャパシタ１０１２、１０１４、１０２２、１０２４、１０３２、および１０３４とを、図２の直列回路２５０の一部とすることが可能であり、残りのインダクタ１０４２と１０４４とを図２の負荷２６０の一部とすることが可能である。
図１０Ａおよび１０Ｂは、インピーダンス整合に使用可能な、調整可能整合回路１５０の２つの例示的設計を示す。調整可能整合回路１５０は、他の回路トポロジ、より多くのステージなどを使用する、他の方法で実装することも可能である。たとえば、１つまたは複数の分路キャパシタを入力ノードＡと回路接地との間に結合することができる。他の例として、図１０Ａの調整可能整合回路１５０内で、直列キャパシタ１０１２および１０１４を省略することができる。
図１０Ｃは、図３から９に示された各プログラム可能減衰器に使用可能な、プログラム可能減衰器１０５０の例示的設計の概略図を示す。プログラム可能減衰器１０５０は、電力増幅器１４０からの増幅ＲＦ信号または負荷での出力ＲＦ信号とすることが可能なセンサ入力信号を受信して、減衰入力信号を提供する。プログラム可能減衰器１０５０内で、キャパシタ１０５２は、センサ入力信号を受信する一方の端部と、ノードＥに結合された他方の端部とを有する。抵抗器１０５４はノードＥと回路接地との間に結合される。抵抗器１０６２、１０６４、および１０６６は直列に結合され、この組み合わせがノードＥと回路接地との間に結合される。スイッチ１０５６および１０５８はその右端がまとめて結合され、その左端が抵抗器１０６４の２つの端部に結合される。スイッチ１０５６および１０５８の接続された右端は、減衰入力信号を提供する。
キャパシタ１０５２は交流結合を提供する。スイッチ１０５８は、より小さな減衰入力信号を提供するように選択する／閉じることが可能であり、スイッチ１０５６は、より大きな減衰入力信号を提供するように選択する／閉じることが可能である。（ｉ）直列に、およびノードＥと回路接地との間に、より多くの抵抗器が結合され、（ｉｉ）抵抗器での信号のうちの１つを選択するために、これらの抵抗器により多くのスイッチが結合された状態で、２つより多くの信号レベルを取得することもできる。
図１０Ｄは、図３から９に示されたそれぞれのプログラム可能減衰器にも使用可能な、プログラム可能減衰器１０７０の例示的設計の概略図を示す。プログラム可能減衰器１０７０はセンサ入力信号を受信して、減衰入力信号を提供する。プログラム可能減衰器１０７０内で、キャパシタ１０７２は、センサ入力信号を受信する一方の端部と、ノードＦに結合された他方の端部とを有する。キャパシタ１０７４はノードＦと回路接地との間に結合される。Ｋ個の抵抗器１０７６ａから１０７６ｋは、それぞれＫ個のスイッチ１０７８ａから１０７８ｋと直列に結合され、ここでＫは任意の整数値とすることができる。キャパシタ１０７６とスイッチ１０７８とのＫ個の組み合わせは、ノードＦと回路接地との間に結合される。ノードＦは減衰入力信号を提供する。
キャパシタ１０７２は交流結合を提供し、容量ディバイダ（capacitive divider）の上部を形成する。キャパシタ１０７４および１０７６は、容量ディバイダの下部を形成する。キャパシタ１０７６ａから１０７６ｋの異なる組み合わせを選択することによって、異なるディバイダ比、したがって減衰入力信号に関する異なる信号レベルを取得することができる。
図１０Ｃおよび１０Ｄは、プログラム可能減衰器の２つの例示的設計を示す。プログラム可能減衰器は、たとえば他の回路トポロジを用いるなどの他の方法でも実装可能である。
図１１は、複数のモードと複数の帯域とをサポートする送信器１２２の例示的設計のブロック図を示す。送信器１２２内では、第１の電力増幅器１４０ａは第１の入力ＲＦ信号ＶIN1を増幅して、第１の増幅ＲＦ信号ＶAMP1を提供する。調整可能整合回路１５０ａは電力増幅器１４０ａの出力に結合され、出力インピーダンス整合と電力増幅器１４０ａに関するフィルタリングとを実行して、第１の出力ＲＦ信号ＶOUT1をスイッチ１５２ａに提供する。スイッチ１５２ａは、ＶOUT1信号をデュプレクサ１５４ａまたは調整可能整合回路１５０ｃのいずれかに提供する。デュプレクサ１５４ａは、ＶOUT1信号をアンテナ・スイッチ１５６の第１の入力にルーティングし、受信ＲＦ信号もアンテナ・スイッチ１５６から帯域１用の受信器（図１１には図示せず）へとルーティングする。
第２の電力増幅器１４０ｂは、第２の入力ＲＦ信号ＶIN2を増幅して、第２の増幅ＲＦ信号ＶAMP2を提供する。調整可能整合回路１５０ｂは電力増幅器１４０ｂの出力に結合され、出力インピーダンス整合と電力増幅器１４０ｂに関するフィルタリングとを実行して、第２の出力ＲＦ信号ＶOUT2をスイッチ１５２ｂに提供する。スイッチ１５２ｂは、ＶOUT2信号をデュプレクサ１５４ｂまたは調整可能整合回路１５０ｃのいずれかに提供する。デュプレクサ１５４ｂは、ＶOUT2信号をアンテナ・スイッチ１５６の第２の入力にルーティングし、受信ＲＦ信号もアンテナ・スイッチ１５６から帯域２用の受信器（図１１には図示せず）へとルーティングする。調整可能整合回路１５０ｃはＶOUT1信号とＶOUT2信号とを組み合わせ、電力増幅器１４０ａおよび１４０ｂの出力信号が組み合わされた場合にそれらに関する整合とフィルタリングとを実行して、第３の出力ＲＦ信号ＶOUT3をアンテナ・スイッチ１５６の第３の入力に提供する。スイッチ１５６は、３つの入力のうちの１つを、アンテナ１５８に結合された出力に結合する。各調整可能整合回路１５０は、図１０Ａの調整可能整合回路１５０ｘ、図１０Ｂの調整可能整合回路１５０ｙ、または何らかの他の調整可能整合回路で実装可能である。
送信器１２２はいくつかのモードをサポートすることができる。第１のモードでは、電力増幅器１４０ａが使用可能であり、電力増幅器１４０ｂは使用不可とすることができる。ＶIN1信号は電力増幅器１４０ａによって増幅し、調整可能整合回路１５０ａと、スイッチ１５２ａと、デュプレクサ１５４ａと、スイッチ１５６とを介して、アンテナ１５８にルーティングすることができる。第２のモードでは、電力増幅器１４０ｇが使用可能であり、電力増幅器１４０ａは使用不可とすることができる。ＶIN2信号は電力増幅器１４０ｂによって増幅し、調整可能整合回路１５０ｂと、スイッチ１５２ｂと、デュプレクサ１５４ｂと、スイッチ１５６とを介して、アンテナ１５８にルーティングすることができる。第３のモードでは、電力増幅器１４０ａと１４０ｂの両方を使用可能とすることができる。共通入力ＲＦ信号がＶIN1信号とＶIN2信号とを取得するために増幅可能であり、これは電力増幅器１４０ａおよび１４０ｂによって増幅し、調整可能整合回路１５０ａおよび１５０ｂを介してルーティングし、調整可能整合回路１５０ｃによって組み合わせることが可能である。調整可能整合回路１５０ｃからのＶOUT3信号はスイッチ１５６を介してアンテナ１５８にルーティングすることができる。第１のモードは、たとえばセルラ帯域またはＰＣＳ帯域などの第１の帯域に関して、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）１Ｘおよび／または広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）をサポートすることができる。第２のモードは、たとえばＧＳＭ（登録商標） ９００またはＩＭＴ−２０００帯域などの第２の帯域に関して、ＣＤＭＡ １Ｘおよび／またはＷＣＤＭＡをサポートすることができる。第３のモードは、両方の帯域に関して、Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＧＳＭ）をサポートすることができる。
スイッチ１６２ａおよび１６２ｂは、電力増幅器１４０ａと１４０ｂとの出力を、それぞれ測定回路１７２の第１の入力に結合することができる。スイッチ１６４ａおよび１６４ｂは、調整可能整合回路１５０ａと１５０ｂとの出力を、それぞれ測定回路１７２の第２の入力に結合することができる。測定回路１７２は、スイッチ１６２ａおよび１６４ａが閉状態であり、スイッチ１６２ｂおよび１６４ｂが開状態である場合に、調整可能整合回路１５０ａの出力での、負荷インピーダンス、出力電力、および／または他のパラメータを決定するために使用可能な、様々な測定を実行することができる。測定回路１７２は、スイッチ１６２ａおよび１６４ａが開状態であり、スイッチ１６２ｂおよび１６４ｂが閉状態である場合に、調整可能整合回路１５０ｂの出力での、負荷インピーダンス、出力電力、および／または他のパラメータを決定するために使用可能な、様々な測定を実行することができる。負荷インピーダンス、出力電力、および／または他のパラメータは、調整可能整合回路１５０ａ、１５０ｂ、および１５０ｃを調整するための制御１、２、および３をそれぞれ生成するために使用することができる。
図１２は、複数のモードと複数の帯域とをサポートする送信器１２４の例示的設計のブロック図を示す。送信器１２４は、図１１に関して前述したように結合された、電力増幅器１４０ａおよび１４０ｂと、整合回路１５０ａ、１５０ｂ、および１５０ｃと、スイッチ１５２ａおよび１５２ｂと、デュプレクサ１５４ａおよび１５４ｂと、アンテナ・スイッチ１５６とを含む。送信器１２４は、アンテナ・スイッチ１５６の出力とアンテナ１５８との間に結合された調整可能整合回路１５０ｄをさらに含む。測定回路１７２は、調整可能整合回路１５０ｄの出力での、負荷インピーダンス、出力電力、および／または他のパラメータを決定するために使用可能な様々な測定を実行することができる。負荷インピーダンス、出力電力、および／または他のパラメータは、調整可能整合回路１５０ｄを調整するために使用可能である。
送信器１２２および１２４は、低帯域（たとえば１ギガヘルツ（ＧＨｚ）未満）または高帯域（たとえば２ ＧＨｚ付近）で動作可能である。送信器は、低帯域と高帯域の両方での動作をサポートすることができる。送信器は、低帯域用の電力増幅器と、調整可能整合回路と、スイッチと、デュプレクサとの第１のセット、および、高帯域用の電力増幅器と、調整可能整合回路と、スイッチと、デュプレクサとの第２のセットを、含むことができる。アンテナ・スイッチは、低帯域用および高帯域用の両方のデュプレクサと調整可能整合回路とに結合可能である。アンテナ・スイッチの出力は、アンテナまたは調整可能整合回路１５０ｄに結合することができる。スイッチ１６２と１６４のペアは、各送信信号経路をたとえば図１１に示されるような測定回路１７２に結合することができる。
一般に、送信器は、任意数の電力増幅器と任意数の調整可能整合回路とを含むことができる。電力増幅器は、同じかまたは異なる利得と、同じかまたは異なる最大出力電力レベルとを有することができる。送信器は、任意数のモードと任意数の帯域とをサポートすることもできる。測定回路１７２は、送信器内の任意の地点で測定を実行することができる。測定値を使用して、１つまたは複数の調整可能整合回路の調整に使用可能な、負荷インピーダンス、出力電力、および／または他のパラメータを決定することができる。
調整可能整合回路を動的に調整するための適応負荷整合を、様々な方法で達成することができる。例示的一設計では、負荷インピーダンスＺLは、たとえば図４のセンサ１６０ｂ、図５のセンサ１６０ｃ、図６のセンサ１６０ｄなどを使用して測定することができる。測定された負荷インピーダンスを、異なる負荷インピーダンスに関する調整可能整合回路の異なる設定を格納することが可能なルックアップテーブルに提供することが可能である。適切な設定を、測定された負荷インピーダンスに関するルックアップテーブルから取得して、調整可能整合回路に適用することができる。他の例示的設計では、調整可能整合回路は異なる設定を選択することによって変更可能である。負荷に送達される電力は、調整可能整合回路の各設定に関して（たとえばセンサ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄなどを使用して）測定することができる。調整可能整合回路に対して、負荷に送達される電力を最大にする設定を選択することができる。
他の例示的設計では、以下のように適応負荷整合を実行することができる。負荷に送達される電力ＰLと負荷インピーダンスＺLとは、前述のように測定することができる。反射係数ρは、負荷インピーダンスに基づいて以下のように計算可能であり、
Figure 2012531123
上式で、Ｚ0は５０オームまたは何らかの他の値とすることができる。
電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は、反射係数に基づいて以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
ＶＳＷＲは、信号の最高電圧と最低電圧との比である。ＶＳＷＲを使用して、過度に大きな出力電圧から電力増幅器１４０を保護することができる。
負荷電力は放射電力と呼ばれることがあり、以下のように表すことが可能であって、
Figure 2012531123
上式で、ＰRADIATEDはアンテナ１５８によって放射される電力であり、ＰINCIDENTは電力増幅器１４０によって提供される電力であり、ＰREFLECTEDは負荷での不整合による反射電力である。
入射電力、放射電力、および反射電力は、以下のように表すことができる。
Figure 2012531123
不整合損失は以下のように計算可能である。
Figure 2012531123
図１３は、適応負荷整合を実行するためのプロセス１３００の例示的設計を示す。たとえば前述のように、負荷インピーダンスと負荷電力とが測定可能である（ブロック１３１２）。ＶＳＷＲは、たとえば数式（６２）および（６３）に示されたように、測定された負荷インピーダンスに基づいて計算可能である（ブロック１３１４）。ブロック１３１６で、ＶＳＷＲがしきい値よりも大きいものと決定された場合、調整可能整合回路を調整することができる（ブロック１３１８）。しきい値よりも大きくない場合、調整可能整合回路を保持することができる。プロセスは定期的に、またはトリガ条件に遭遇した場合に必ず、反復することができる。
例示的設計では、たとえば図３に示されるように、装置はセンサと計算ユニットとを備えることができる。センサは、第１の感知信号（たとえばＶS1）を取得するために、負荷に結合された直列回路の第１の端部と第２の端部とにわたって、第１の電圧信号（たとえばＶIND）を感知することができる。センサは、第２の感知信号（たとえばＶS2）を取得するために、直列回路の第２の端部で第２の電圧信号（たとえばＶAMPまたはＶLOAD）を感知することもできる。センサは、第１と第２の感知信号に基づいて生成された、センサ出力を提供することができる。直列回路は、直列回路および／または他の回路素子の２つの端部間に結合されたインダクタを備えることができる。計算ユニットは、センサ出力に基づいて、負荷に送達される電力を決定することができる。たとえば計算ユニットは、負荷に送達される電力を取得するために、直列回路のインピーダンスに基づいてセンサ出力をスケーリングすることができる。
例示的設計では、センサは、たとえば図３に示されるように、第１および第２のプログラム可能減衰器と、増幅器と、バッファと、位相シフタと、乗算器と、低域フィルタとを含むことができる。第１のプログラム可能減衰器は直列回路の第１の端部に結合可能であり、第１の入力信号を提供することができる。第２のプログラム可能減衰器は直列回路の第２の端部に結合可能であり、第２の入力信号を提供することができる。増幅器は第１および第２の入力信号を受信可能であり、第１の感知信号を提供することができる。バッファは第２の入力信号を受信可能であり、第２の感知信号を提供することができる。直列回路の第２の端部は、電力増幅器（図３に示される）または負荷（図３に示されない）に結合することができる。位相シフタはバッファに結合可能であり、位相シフト信号を提供することができる。乗算器は第１の感知信号と位相シフト信号を掛け合わせることが可能であり、乗算器出力を提供することができる。低域フィルタは乗算器出力をフィルタリングし、センサ出力を提供することができる。センサは、異なる回路および／または追加の回路を含むこともできる。
さらに装置は、電力増幅器に結合された調整可能整合回路を含むことができる。調整可能整合回路は直列回路を備えることが可能であり、負荷に送達される電力に基づいて調整可能である。
他の例示的設計では、装置は、たとえば図４から９のいずれかに示されるように、センサと計算ユニットとを備えることができる。センサは第１の感知信号を取得するために、負荷に結合された直列回路の第１の端部と第２の端部とにわたって、第１の電圧信号（たとえばＶIND）を感知することができる。センサは、第２の感知信号を取得するために、直列回路の第２の端部で第２の電圧信号（たとえばＶAMPまたはＶLOAD）を感知することもできる。センサは、第１のセンサ出力を取得するために、第１の感知信号の第１のバージョンと第２の感知信号の第１のバージョンとを混合することができる。センサは、第２のセンサ出力を取得するために、第１の感知信号の第２のバージョンと第２の感知信号の第２のバージョンとを混合することもできる。センサは１つまたは複数の追加のセンサ出力を取得するために、第１の感知信号の１つまたは複数のバージョンと第２の感知信号の１つまたは複数のバージョンとを混合することもできる。一般に、センサは、第１と第２の感知信号間の任意数の相互混合積（cross-mixing product）に対して任意数のセンサ出力を提供することができる。計算ユニットは、センサ出力に基づいて、直列回路の第２の端部でのインピーダンスおよび／または送達電力を決定することができる。
例示的設計では、図４から６に示されるように、直列回路の第２の端部を負荷に結合することができる。センサは、負荷での第２の電圧信号を感知することができる。計算ユニットは、負荷でのインピーダンスおよび／または送達電力を決定することができる。他の例示的設計では、直列回路の第２の端部を電力増幅器に結合することができる。センサは、電力増幅器の出力での第２の電圧信号を感知することができる。計算ユニットは、電力増幅器の出力でのインピーダンスおよび／または送達電力を決定することができる。
例示的設計では、第１の感知信号の第１のバージョンを第１の感知信号とすることが可能であり、第２の感知信号の第２のバージョンを第２の感知信号とすることができる。第１の感知信号の第２のバージョンは、制限バージョンまたは位相シフト・バージョンとするか、あるいは第１の感知信号の制限および位相シフト・バージョンとすることができる。第２の感知信号の第１のバージョンは、制限バージョンまたは位相シフト・バージョンとするか、あるいは第２の感知信号の制限および位相シフト・バージョンとすることができる。第１と第２の感知信号の様々なバージョンは、リミッタ、位相シフタなどを使用して取得可能である。計算ユニットは、第１と第２の感知信号の異なるバージョンがどのように定義されるかに応じて、異なる方法で（たとえば異なる数式および／または測定値に基づいて）インピーダンスおよび／または送達電力を決定することができる。
例示的設計では、第１のセンサ出力は第１の電圧信号の同相成分または直交成分を示すものとすることができる。第２のセンサ出力は、第２の電圧信号の同相成分または直交成分を示すものとすることができる。第１または第２のセンサ出力は、インピーダンスの位相を示すものとすることもできる。
例示的設計では、センサは、第１および第２のプログラム可能減衰器と、増幅器と、バッファとを含むことができる。第１のプログラム可能減衰器は直列回路の第１の端部に結合可能であり、第１の入力信号を提供することができる。第２のプログラム可能減衰器は直列回路の第２の端部に結合可能であり、第２の入力信号を提供することができる。増幅器は第１と第２の入力信号を受信可能であり、第１の感知信号を提供することができる。バッファは、第２の入力信号を受信可能であり、第２の感知信号を提供することができる。
例示的設計では、センサは、たとえば図４に示されるように、第１および第２のスイッチと、ミキサと、低域フィルタとをさらに含むことができる。第１のスイッチは、第１の感知信号の第１および第２のバージョンを含む、第１の感知信号の複数のバージョンのうちの１つを提供することができる。第２のスイッチは、第２の感知信号の第１および第２のバージョンを含む、第２の感知信号の複数のバージョンのうちの１つを提供することができる。ミキサは、第１のスイッチからの第１の感知信号のバージョンと、第２のスイッチからの第２の感知信号のバージョンとを、混合することができる。低域フィルタは、ミキサ出力をフィルタリングして、センサ出力を提供することができる。一般に、センサは、任意数のセンサ出力を提供することができる。第１および第２の感知信号の異なるバージョンを混合することによって、異なるセンサ出力を取得することができる。
他の例示的設計では、センサは、たとえば図５に示されるように、第１および第２のミキサと、第１および第２の低域フィルタとをさらに含むことができる。第１のミキサは、第１の感知信号の第１のバージョンと第２の感知信号の第１のバージョンとを混合して、第１のミキサ出力を提供することができる。第２のミキサは、第１の感知信号の第２のバージョンと第２の感知信号の第２のバージョンとを混合して、第２のミキサ出力を提供することができる。第１および第２の低域フィルタは、第１および第２のミキサ出力をフィルタリングして、それぞれ第１および第２のセンサ出力を提供することができる。
他の例示的設計では、センサは、たとえば図６に示されるように、第３のミキサと第３の低域フィルタとをさらに含むことができる。第３のミキサは、第１の感知信号の第３のバージョンと第２の感知信号の第３のバージョンとを混合して、第３のミキサ出力を提供することができる。第３の低域フィルタは、第３のミキサ出力をフィルタリングして、第３のセンサ出力を提供することができる。計算ユニットは、さらに第３のセンサ出力に基づいて、インピーダンスおよび／または送達電力を決定することができる。単一の低域フィルタをすべてのミキサが共有することも可能である。
例示的設計では、負荷は、たとえば図５に示されるように、スイッチと直列に結合され、直列回路の第２の端部と結合された、リアクタンス素子を備えることができる。計算ユニットは、（ｉ）スイッチが閉状態の第１および第２のセンサ出力の第１の測定値と、（ｉｉ）スイッチが開状態の第１および第２のセンサ出力の第２の測定値とを、取得することができる。次に計算ユニットは、第１および第２の測定値に基づいて、インピーダンスおよび／または送達電力を決定することができる。
装置は、調整可能整合回路に結合された電力増幅器をさらに含むことができる。調整可能整合回路は直列回路を備えることが可能であり、インピーダンスおよび／または送達電力に基づいて調整することができる。
他の例示的設計では、ワイヤレス・デバイスは、第１の電力増幅器（たとえば図１１の電力増幅器１４０ａ）と、第１の調整可能整合回路（たとえば調整可能整合回路１５０ａ）と、測定回路とを含むことができる。第１の電力増幅器は第１の入力ＲＦ信号を増幅して、第１の増幅ＲＦ信号を提供することができる。第１の調整可能整合回路は、第１の電力増幅器に対する出力インピーダンスの整合およびフィルタリングを提供可能であり、第１の増幅ＲＦ信号を受信可能であり、第１の出力ＲＦ信号を提供可能である。測定回路は、測定された第１のインピーダンスおよび／または送達電力に基づいて調整可能な、第１の調整可能整合回路の出力での、第１のインピーダンスおよび／または送達電力を測定することができる。
ワイヤレス・デバイスは、第２の電力増幅器（たとえば電力増幅器１４０ｂ）と、第２の調整可能整合回路（たとえば調整可能整合回路１５０ｂ）とを、さらに含むことができる。第２の電力増幅器は、第２の入力ＲＦ信号を増幅して、第２の増幅ＲＦ信号を提供することができる。第２の調整可能整合回路は、第２の電力増幅器に対する出力インピーダンスの整合およびフィルタリングを提供可能であり、第２の増幅ＲＦ信号を受信可能であり、第２の出力ＲＦ信号を提供可能である。測定回路は、測定された第２のインピーダンスおよび／または送達電力に基づいて調整可能な、第２の調整可能整合回路の出力での、第２のインピーダンスおよび／または送達電力を測定することができる。ワイヤレス・デバイスは、第１および第２の調整可能整合回路に結合された第３の調整可能整合回路（たとえば調整可能整合回路１５０ｃ）を、さらに含むことができる。第３の調整可能整合回路は、第１および第２の増幅ＲＦ信号を受信および組み合わせて、第３の出力ＲＦ信号を提供可能である。測定回路は、測定された第３のインピーダンスおよび／または送達電力に基づいて調整可能な、第３の調整可能整合回路の出力での、第３のインピーダンスおよび／または送達電力を測定することができる。
図１４は、インピーダンスおよび／または電力を測定するためのプロセス１４００の例示的設計を示す。第１の感知信号を取得するために、負荷に結合された直列回路の第１および第２の端部にわたる第１の電圧信号を感知することができる（ブロック１４１２）。第２の感知信号を取得するために、直列回路の第２の端部での第２の電圧信号を感知することができる（ブロック１４１４）。第１のセンサ出力を取得するために、第１の感知信号の第１のバージョンを、第２の感知信号の第１のバージョンと混合することができる（ブロック１４１６）。第２のセンサ出力を取得するために、第１の感知信号の第２のバージョンを、第２の感知信号の第２のバージョンと混合することができる（ブロック１４１８）。前述のように、第１または第２の感知信号の１つまたは複数のバージョンと、第１または第２の感知信号の１つまたは複数のバージョンとを混合することによって、１つまたは複数の追加のセンサ出力を取得することができる。前述のように、各感知信号の異なるバージョンを生成することができる。直列回路の第２の端部でのインピーダンスおよび／または送達電力は、第１および第２のセンサ出力と、場合によっては１つまたは複数の追加のセンサ出力とに基づいて、決定することができる（ブロック１４２０）。直列回路を備える調整可能整合回路は、直列回路の第２の端部でのインピーダンスおよび／または送達電力に基づいて調整することができる（ブロック１４２２）。ブロック１４２２の例示的設計では、ＶＳＷＲは測定インピーダンスに基づいて決定可能であり、調整可能整合回路はＶＳＷＲに基づいて調整可能である。調整可能整合回路は、他の方法でも調整可能である。
本明細書で説明される電力およびインピーダンス測定回路は、電力増幅器に対して適応負荷整合を使用可能であり、以下のような様々な利点を提供することができる。
・負荷の絶対値と位相の両方を提供すること
・入射電力、反射電力、および送達電力を負荷に提供すること
・負荷の電圧の測定とインピーダンスおよび／または電力の計算とによって、不整合の下での電力増幅器に関するインピーダンス整合を提供すること
・測定インピーダンスおよび／または電力に基づいて、調整可能なインピーダンス整合の調整を使用可能にすること
・負荷に送達される電力を検出することによって、総放射電力（ＴＲＰ）を向上させること
・電力増幅器の効率を向上させること
・電力増幅器の負荷ラインを変更することによって、ＩＣプロセス、バッテリ電圧、および温度全体にわたり、電力損失を減少させ、電力効率を向上させること
・不整合の下で、電力増幅器を保護すること
・通常の動作条件であっても、インピーダンス不整合を減少させること
・出力電力を感知するための方向性結合器の必要性を回避すること
・ＣＭＯＳ ＩＣ上での実装に好適であること
電力および／またはインピーダンスの測定値は、前述のように、調整可能整合回路を調整するために使用することができる。電力および／またはインピーダンスの測定値は、他の目的にも使用することができる。たとえば電力測定値は、電力制御のためのワイヤレス・デバイスの送信電力を調整するため、過負荷条件を感知するため、および、電力増幅器の利得および／または送信電力を減少させるためなどに、使用することができる。
本明細書で説明される電力およびインピーダンス測定回路は、前述のようにワイヤレス・デバイス内の送信器に使用することができる。電力およびインピーダンス測定回路は、電力および／またはインピーダンスを測定するために他の電子デバイスで使用することもできる。図２では、電力増幅器１４０を任意の信号発信源に置き換えることが可能であり、整合回路１５０を負荷への信号経路内にリアクタンス素子を有する任意の回路に置き換えることが可能であり、負荷２６０は電力の送達先とすることが可能な任意の負荷とすることが可能である。
本明細書で説明される電力およびインピーダンス測定回路は、ＩＣ、アナログＩＣ、ＲＦＩＣ、混合信号ＩＣ、ＡＳＩＣ、プリント回路基板（ＰＣＢ）、電子デバイスなどの上に実装可能である。測定回路は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、ＮチャネルＭＯＳ（ＮＭＯＳ）、ＰチャネルＭＯＳ（ＰＭＯＳ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、バイポーラＣＭＯＳ（ＢｉＣＭＯＳ）、シリコン・ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などの、様々なＩＣ加工技術で製造することもできる。
本明細書で説明される測定回路を実装する装置は、スタンドアロン型デバイスまたはより大きなデバイスの一部とすることができる。デバイスは、（ｉ）スタンドアロン型ＩＣ、（ｉｉ）データおよび／または命令を格納するためのメモリＩＣを含むことが可能な１つまたは複数のＩＣのセット、（ｉｉｉ）ＲＦ受信器（ＲＦＲ）またはＲＦ送受信機（ＲＴＲ）などのＲＦＩＣ、（ｉｖ）移動局モデム（ＭＳＭ）などのＡＳＩＣ、（ｖ）他のデバイス内に埋め込み可能なモジュール、（ｖｉ）受信器、携帯電話、ワイヤレス・デバイス、ハンドセット、またはモバイル・ユニット、（ｖｉｉ）その他、とすることができる。
１つまたは複数の例示的設計では、説明される機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせ内に実装可能である。ソフトウェア内に実装される場合、機能は、１つまたは複数の命令あるいはコードとしてコンピュータ読み取り可能媒体上に格納するか、またはコンピュータ読み取り可能媒体を介して送信することが可能である。コンピュータ読み取り可能媒体は、地点間でのコンピュータ・プログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体と通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによるアクセスが可能な任意の使用可能媒体とすることができる。例を挙げると、こうしたコンピュータ読み取り可能媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光ディスク記憶、磁気ディスク記憶または他の磁気記憶デバイス、あるいは、所望なプログラムコードを命令またはデータ構造の形で搬送または格納するために使用可能であり、コンピュータによるアクセスが可能な、任意の他の媒体を備えることが可能であるが、これらに限定されるものではない。また、任意の接続も厳密にはコンピュータ読み取り可能媒体と呼ばれる。たとえば、ソフトウェアがウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または、赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または、赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は媒体の定義に含まれる。本明細書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）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピィディスク、およびブルーレイ・ディスクを含み、ここでディスク（ｄｉｓｋ）は通常データを磁気的に再生するものであり、ディスク（ｄｉｓｃ）はデータをレーザで光学的に再生するものである。上記の組み合わせも、コンピュータ読み取り可能媒体の範囲に含まれるものとする。
本開示の上記説明は、当業者が本開示を作成または使用できるようにするために提供される。本開示に対する様々な修正は、当業者であれば容易に明らかとなり、本明細書に定義された一般原理は、本開示の範囲を逸脱することなく他の様々な変形に適用可能である。したがって本開示は、本明細書で説明される例および設計に限定されることを意図されておらず、本明細書で開示された原理および新規な特徴に適合する最も広い範囲に一致するものとされる。

Claims (44)

  1. 第１の感知信号を取得するために負荷に結合された直列回路の第１および第２の端部にわたって第１の電圧信号を感知するための、第２の感知信号を取得するために前記直列回路の前記第２の端部での第２の電圧信号を感知するための、ならびに、前記第１および第２の感知信号に基づいて生成されたセンサ出力を提供するための、センサと、
    前記センサに結合され、前記センサ出力に基づいて前記負荷に送達される電力を決定するための計算ユニットと、
    を備える装置。
  2. 前記センサが、
    前記直列回路の前記第１および第２の端部からそれぞれ取得された第１および第２の入力信号を受信するための、ならびに、前記第１の感知信号を提供するための、増幅器と、
    前記増幅器に結合され、前記第１の感知信号と前記第２の感知信号のバージョンとを掛け合わせ、乗算器出力を提供するための、乗算器と、
    を備える請求項１に記載の装置。
  3. 前記センサが、
    前記第２の入力信号を受信し、前記第２の感知信号を提供するための、バッファと、
    前記バッファに結合され、前記第２の感知信号の位相シフト・バージョンを前記乗算器に提供するための、位相シフタと、
    をさらに備える請求項２に記載の装置。
  4. 前記センサが、
    前記乗算器に結合され、前記乗算器出力をフィルタリングし、前記センサ出力を提供するための、低域フィルタをさらに備える請求項２に記載の装置。
  5. 前記センサが、
    前記直列回路の前記第１の端部に結合され、前記第１の入力信号を提供するための、第１のプログラム可能減衰器と、
    前記直列回路の前記第２の端部に結合され、前記第２の入力信号を提供するための、第２のプログラム可能減衰器と、
    をさらに備える請求項２に記載の装置。
  6. 前記センサが、
    前記直列回路の前記第１および第２の端部からそれぞれ取得された第１および第２の入力信号を受信するための、ならびに、前記第１の感知信号を提供するための、増幅器と、
    前記第２の入力信号を受信し、前記第２の感知信号を提供するための、バッファと、
    前記バッファに結合され、位相シフト信号を提供するための、位相シフタと、
    前記増幅器および前記位相シフタに結合され、前記第１の感知信号と前記位相シフト信号とを掛け合わせ、乗算器出力を提供するための、乗算器と、
    前記乗算器に結合され、前記乗算器出力をフィルタリングし、前記センサ出力を提供するための低域フィルタと、
    を備える請求項１に記載の装置。
  7. 前記計算ユニットが、前記直列回路のインピーダンスに基づいて前記センサ出力をスケーリングし、前記負荷に送達される前記電力を提供するためのものである請求項１に記載の装置。
  8. 前記直列回路が、前記直列回路の前記第１の端部と前記第２の端部との間に結合されたインダクタを備える請求項１に記載の装置。
  9. 前記直列回路を備える調整可能整合回路と、
    前記調整可能整合回路に結合された電力増幅器であって、前記調整可能整合回路が前記負荷に送達された前記電力に基づいて調整される、電力増幅器と、
    をさらに備える請求項１に記載の装置。
  10. 第１の感知信号を取得するために負荷に結合された直列回路の第１および第２の端部にわたって第１の電圧信号を感知すること、
    第２の感知信号を取得するために前記直列回路の前記第２の端部での第２の電圧信号を感知すること、
    前記第１および第２の感知信号に基づいてセンサ出力を生成すること、および
    前記センサ出力に基づいて前記負荷に送達される電力を決定すること、
    を備える方法。
  11. 前記負荷に送達される前記電力に基づいて、前記直列回路を備える整合回路を調整することをさらに備える請求項１０に記載の方法。
  12. 第１の感知信号を取得するために負荷に結合された直列回路の第１および第２の端部にわたって第１の電圧信号を感知するための手段と、
    第２の感知信号を取得するために前記直列回路の前記第２の端部での第２の電圧信号を感知するための手段と、
    前記第１および第２の感知信号に基づいてセンサ出力を生成するための手段と、
    前記センサ出力に基づいて前記負荷に送達される電力を決定するための手段と、
    を備える装置。
  13. 第１の感知信号を取得するために負荷に結合された直列回路の第１および第２の端部にわたって第１の電圧信号を感知するための、第２の感知信号を取得するために前記直列回路の前記第２の端部での第２の電圧信号を感知するための、第１のセンサ出力を取得するために前記第１の感知信号の第１のバージョンと前記第２の感知信号の第１のバージョンとを混合するための、ならびに、第２のセンサ出力を取得するために前記第１の感知信号の第２のバージョンと前記第２の感知信号の第２のバージョンとを混合するための、センサと、
    前記センサに結合され、前記第１および第２のセンサ出力に基づいて、前記直列回路の前記第２の端部でのインピーダンスまたは送達電力を決定するための計算ユニットと、
    を備える装置。
  14. 前記センサが、第３のセンサ出力を取得するために前記第１の感知信号の第３のバージョンと前記第２の感知信号の第１または第２のバージョンとをさらに混合するためのものであり、前記計算ユニットが、さらに前記第３のセンサ出力に基づいて、前記直列回路の前記第２の端部での前記インピーダンスまたは前記送達電力を決定するためのものである、
    請求項１３に記載の装置。
  15. 前記直列回路の前記第２の端部が前記負荷に結合され、前記センサが前記負荷での前記第２の電圧信号を感知するためのものであり、前記計算ユニットが前記負荷での前記インピーダンスまたは送達電力を決定するためのものである請求項１３に記載の装置。
  16. 前記直列回路の前記第２の端部が電力増幅器に結合され、前記センサが前記電力増幅器の出力での前記第２の電圧信号を感知するためのものであり、前記計算ユニットが前記電力増幅器の出力での前記インピーダンスまたは送達電力を決定するためのものである請求項１３に記載の装置。
  17. 前記第１の感知信号の前記第１のバージョンが前記第１の感知信号であり、前記第２の感知信号の前記第２のバージョンが前記第２の感知信号である請求項１３に記載の装置。
  18. 前記第１の感知信号の前記第２のバージョンが、制限バージョンまたは位相シフト・バージョン、あるいは前記第１の感知信号の制限および位相シフト・バージョンであり、前記第２の感知信号の前記第１のバージョンが、制限バージョンまたは位相シフト・バージョン、あるいは前記第２の感知信号の制限および位相シフト・バージョンである請求項１７に記載の装置。
  19. 前記第１のセンサ出力が前記第１の電圧信号の同相成分または直交成分を示すものであり、前記第２のセンサ出力が、前記第２の電圧信号の同相成分または直交成分を示すものである請求項１３に記載の装置。
  20. 前記第１のセンサ出力が、前記直列回路の前記第２の端部の前記インピーダンスの位相を示すものである請求項１３に記載の装置。
  21. 前記センサが、
    前記直列回路の前記第１および第２の端部からそれぞれ取得された第１および第２の入力信号を受信するための、ならびに、前記第１の感知信号を提供するための、増幅器と、
    前記第２の入力信号を受信し、前記第２の感知信号を提供するための、バッファと、
    を備える請求項１３に記載の装置。
  22. 前記センサが、
    前記直列回路の前記第１の端部に結合され、前記第１の入力信号を提供するための、第１のプログラム可能減衰器と、
    前記直列回路の前記第２の端部に結合され、前記第２の入力信号を提供するための、第２のプログラム可能減衰器と、
    をさらに備える請求項２１に記載の装置。
  23. 前記センサが、
    前記増幅器に結合され、前記第１の感知信号の前記第１および第２のバージョンを備える前記第１の感知信号の複数のバージョンのうちの１つを提供するための、第１のスイッチと、
    前記バッファに結合され、前記第２の感知信号の前記第１および第２のバージョンを備える前記第２の感知信号の複数のバージョンのうちの１つを提供するための、第２のスイッチと、
    前記第１および第２のスイッチに結合され、前記第１のスイッチからの出力信号と前記第２のスイッチからの出力信号とを混合するための、ミキサと、
    をさらに備える請求項２１に記載の装置。
  24. 前記センサが、
    前記ミキサに結合され、前記ミキサ出力をフィルタリングし、前記センサ出力を提供するための、低域フィルタをさらに備える請求項２３に記載の装置。
  25. 前記センサが、
    前記第１の感知信号の前記第１のバージョンと前記第２の感知信号の前記第１のバージョンとを混合し、前記第１のセンサ出力を生成するために使用される第１のミキサ出力を提供するための第１のミキサと、
    前記第１の感知信号の前記第２のバージョンと前記第２の感知信号の前記第２のバージョンとを混合し、前記第２のセンサ出力を生成するために使用される第２のミキサ出力を提供するための第２のミキサと、
    を備える請求項１３に記載の装置。
  26. 前記センサが、
    前記第１の感知信号の前記第３のバージョンと前記第２の感知信号の前記第３のバージョンとを混合し、前記第３のセンサ出力を生成するために使用される第３のミキサ出力を提供するための、第３のミキサをさらに備え、前記計算ユニットが、前記第３のセンサ出力にさらに基づいて、前記直列回路の前記第２の端部での前記インピーダンスまたは前記送達電力を決定するためのものである請求項２５に記載の装置。
  27. 前記センサが、
    前記第１および第２のミキサに結合され、前記第１および第２のミキサ出力をフィルタリングし、前記第１および第２のセンサ出力を提供するための、少なくとも１つの低域フィルタをさらに備える請求項２５に記載の装置。
  28. スイッチと直列に結合されたリアクタンス素子であって、前記リアクタンス素子と前記スイッチとが、前記直列回路の前記第２の端部と回路接地との間に結合された、リアクタンス素子をさらに備え、
    前記計算ユニットが、前記スイッチが閉状態で前記第１および第２のセンサ出力の第１の測定値を取得するための、前記スイッチが開状態で前記第１および第２のセンサ出力の第２の測定値を取得するための、ならびに、前記第１および第２の測定値に基づいて、前記直列回路の前記第２の端部での前記インピーダンスまたは送達電力を決定するためのものである請求項１３に記載の装置。
  29. スイッチと直列に結合されたリアクタンス素子であって、前記リアクタンス素子と前記スイッチとが、前記直列回路の前記第１の端部と第２の端部との間に結合された、リアクタンス素子をさらに備え、
    前記計算ユニットが、前記スイッチが閉状態で前記第１および第２のセンサ出力の第１の測定値を取得するための、前記スイッチが開状態で前記第１および第２のセンサ出力の第２の測定値を取得するための、ならびに、前記第１および第２の測定値に基づいて、前記直列回路の前記第２の端部での前記インピーダンスまたは送達電力を決定するためのものである請求項１３に記載の装置。
  30. 前記直列回路を備える調整可能整合回路と、
    前記調整可能整合回路に結合された電力増幅器であって、前記調整可能整合回路が前記直列回路の前記第２の端部での前記インピーダンスまたは送達電力に基づいて調整される、電力増幅器と、
    をさらに備える請求項１３に記載の装置。
  31. 第１の入力無線周波数（ＲＦ）信号を増幅し、第１の増幅ＲＦ信号を提供するための、第１の電力増幅器と、
    前記第１の電力増幅器に結合され、前記第１の電力増幅器に対して出力インピーダンス整合を提供するための、前記第１の増幅ＲＦ信号を受信するための、および第１の出力ＲＦ信号を提供するための、第１の調整可能整合回路と、
    前記第１の調整可能整合回路に結合され、前記第１の調整可能整合回路の出力での第１のインピーダンスまたは送達電力を測定するための、測定回路であって、前記第１の調整可能整合回路が、前記測定された第１のインピーダンスまたは送達電力に基づいて調整される、測定回路と、
    を備えるワイヤレス・デバイス。
  32. 第２の入力ＲＦ信号を増幅し、第２の増幅ＲＦ信号を提供するための、第２の電力増幅器と、
    前記第２の電力増幅器に結合され、前記第２の電力増幅器に対して出力インピーダンス整合を提供するための、前記第２の増幅ＲＦ信号を受信するための、および第２の出力ＲＦ信号を提供するための、第２の調整可能整合回路とをさらに備え、さらに前記測定回路が、前記第２の調整可能整合回路の出力での第２のインピーダンスまたは送達電力を測定するためのものであって、前記第２の調整可能整合回路が、前記測定された第２のインピーダンスまたは送達電力に基づいて調整される請求項３１に記載のワイヤレス・デバイス。
  33. 前記第１および第２の調整可能整合回路に結合され、前記第１および第２の増幅ＲＦ信号を受信して組み合わせ、第３の出力ＲＦ信号を提供するための、第３の調整可能整合回路をさらに備え、さらに前記測定回路が、前記第３の調整可能整合回路の出力での第３のインピーダンスまたは送達電力を測定するためのものであって、前記第３の調整可能整合回路が、前記測定された第３のインピーダンスまたは送達電力に基づいて調整される請求項３２に記載のワイヤレス・デバイス。
  34. 第１の感知信号を取得するために負荷に結合された直列回路の第１および第２の端部にわたって第１の電圧信号を感知すること、
    第２の感知信号を取得するために前記直列回路の前記第２の端部での第２の電圧信号を感知すること、
    第１のセンサ出力を取得するために、前記第１の感知信号の第１のバージョンと前記第２の感知信号の第１のバージョンとを混合すること、
    第２のセンサ出力を取得するために、前記第１の感知信号の第２のバージョンと前記第２の感知信号の第２のバージョンとを混合すること、および
    前記第１および第２のセンサ出力に基づいて、前記直列回路の前記第２の端部でのインピーダンスまたは送達電力を決定すること、
    を備える方法。
  35. 前記第１の感知信号の前記第１のバージョンが前記第１の感知信号であり、前記第２の感知信号の前記第２のバージョンが前記第２の感知信号であり、前記第１の感知信号の前記第２のバージョンが、制限バージョンまたは位相シフト・バージョン、あるいは前記第１の感知信号の制限および位相シフト・バージョンであり、前記第２の感知信号の前記第１のバージョンが、制限バージョンまたは位相シフト・バージョン、あるいは前記第２の感知信号の制限および位相シフト・バージョンである請求項３４に記載の方法。
  36. 前記直列回路の前記第２の端部での前記インピーダンスまたは送達電力に基づいて、前記直列回路を備える調整可能整合回路を調整することをさらに備える請求項３４に記載の方法。
  37. 前記調整可能整合回路を調整することが、
    前記直列回路の前記第２の端部での前記インピーダンスに基づいて、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を決定すること、および
    前記ＶＳＷＲに基づいて前記調整可能整合回路を調整すること、
    を備える請求項３６に記載の方法。
  38. 第１の感知信号を取得するために負荷に結合された直列回路の第１および第２の端部にわたって第１の電圧信号を感知するための手段と、
    第２の感知信号を取得するために前記直列回路の前記第２の端部での第２の電圧信号を感知するための手段と、
    第１のセンサ出力を取得するために、前記第１の感知信号の第１のバージョンと前記第２の感知信号の第１のバージョンとを混合するための手段と、
    第２のセンサ出力を取得するために、前記第１の感知信号の第２のバージョンと前記第２の感知信号の第２のバージョンとを混合するための手段と、
    前記第１および第２のセンサ出力に基づいて、前記直列回路の前記第２の端部でのインピーダンスまたは送達電力を決定するための手段と、
    を備える装置。
  39. 負荷のインピーダンスを決定すること、
    前記負荷の前記インピーダンスに基づいてメトリックを決定すること、および
    前記メトリックに基づいて整合回路を調整すること、
    を備える方法。
  40. 前記負荷の前記インピーダンスを決定することが、
    第１の感知信号を取得するために負荷に結合された直列回路の第１および第２の端部にわたって第１の電圧信号を感知すること、
    第２の感知信号を取得するために前記直列回路の前記第２の端部での第２の電圧信号を感知すること、
    第１のセンサ出力を取得するために、前記第１の感知信号の第１のバージョンと前記第２の感知信号の第１のバージョンとを混合すること、
    第２のセンサ出力を取得するために、前記第１の感知信号の第２のバージョンと前記第２の感知信号の第２のバージョンとを混合すること、および
    前記第１および第２のセンサ出力に基づいて、前記負荷の前記インピーダンスを決定すること、
    を備える請求項３９に記載の方法。
  41. 前記メトリックを決定することが、
    前記負荷の前記インピーダンスに基づいて反射係数を決定すること、および
    前記反射係数に基づいて前記メトリックを決定すること、
    を備える請求項３９に記載の方法。
  42. 前記メトリックを決定することが、
    前記負荷の前記インピーダンスに基づいて反射係数を決定すること、および
    前記反射係数に基づいて電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を決定すること
    を備え、前記メトリックが前記ＶＳＷＲを備える請求項３９に記載の方法。
  43. 前記メトリックを決定することが、
    前記負荷の前記インピーダンスに基づいて反射係数を決定すること、および
    前記反射係数に基づいて不整合損失を決定すること
    を備え、前記メトリックが前記不整合損失を備える請求項３９に記載の方法。
  44. 前記整合回路を調整することが、
    前記メトリックがしきい値を超えた場合に前記整合回路を調整すること、および
    前記メトリックが前記しきい値を超えない場合、前記整合回路の調整をスキップすること、
    を備える請求項３９に記載の方法。
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