JP2016521102A - 可変ブースト電源電圧を用いたエンベロープトラッカー - Google Patents

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Abstract

例示的な設計では、装置（１００）は、増幅器（１７０）と、ブーストコンバータ（１８０）と、ブーストコントローラ（１９０）とを含む。増幅器（１７０）は、エンベロープ信号（Ｖｅｎｖ）と可変ブースト電源電圧（Ｖｂｏｏｓｔ）とを受け、出力電圧（Ｖｏｕｔ）と出力電流（ｌｏｕｔ）とを与える。ブーストコンバータ（１８０）は、電源電圧（Ｖｂａｔ）と、エンベロープ信号に基づいて決定された少なくとも１つの信号（Ｖｅｎｖ）とを受け、電源電圧（Ｖｂａｔ）と少なくとも１つの信号とに基づいて可変ブースト電源電圧（Ｖｂｏｏｓｔ）を生成する。ブーストコントローラ（１９０）は、エンベロープ信号（Ｖｅｎｖ）および／または出力電圧（Ｖｏｕｔ）に基づいてブーストコンバータ（１８０）のための少なくとも１つの信号（たとえば、イネーブル信号および／またはしきい値電圧）を生成する。ブーストコンバータ（１８０）は、電源電圧（Ｖｂａｔ）としきい値電圧とに基づいて可変ブースト電源電圧（Ｖｂｏｏｓｔ）を生成する。

Description

関連出願の相互参照
[0001]本開示は、すべての目的のために、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１３年６月６日に出願された米国非仮出願第１３／９１１，９０２号の優先権を主張する。
[0002]本開示は、一般に電子工学に関し、より詳細には、増幅器および／または他の回路のための電源電圧を生成するための技法に関する。
[0003]通信システムでは、送信機は、データを処理（たとえば、符号化および変調）して、出力サンプルを生成し得る。送信機は、出力サンプルをさらに調整（たとえば、アナログ変換、フィルタ処理、周波数アップコンバート、および増幅）して、出力無線周波（ＲＦ）信号を生成し得る。送信機は、次いで、通信チャネルを介して出力ＲＦ信号を受信機に送信し得る。受信機は、送信されたＲＦ信号を受信し、送信されたデータを復元するために、受信したＲＦ信号に対して補足的処理を実行し得る。
[0004]送信機は、一般に、出力ＲＦ信号のための高い送信電力を与えるための電力増幅器（ＰＡ）を含む。電力増幅器は、高い送信電力を与えることができ、高い電力付加効率（ＰＡＥ：power-added efficiency）を有するべきである。さらに、電力増幅器は、低いバッテリー電圧の場合でも良好な性能と高いＰＡＥとを有することが要求され得る。
[0005]増幅器および／または他の回路のための可変ブースト電源電圧（variable boosted supply voltage）を効率的に生成するための技法が本明細書で開示される。例示的な設計では、装置（たとえば、集積回路、ワイヤレスデバイス、または回路モジュール）は、増幅器と、ブーストコンバータ（boost converter）とを含み得る。増幅器は、エンベロープ信号（envelope signal）と可変ブースト電源電圧とを受け、出力電圧と出力電流とを与え得る。エンベロープ信号は、送信されているＲＦ信号のエンベロープに従い得る。可変ブースト電源電圧は増幅器のための電源電圧として使用され得る。ブーストコンバータは、電源電圧（たとえば、バッテリー電圧）と、エンベロープ信号に基づいて決定された少なくとも１つの信号とを受け得、電源電圧と少なくとも１つの信号とに基づいて可変ブースト電源電圧を生成し得る。可変ブースト電源電圧は、電源電圧よりも大きくなり得、調整可能であり得る。
[0006]本装置は、エンベロープ信号および／または出力電圧に基づいてブーストコンバータのための少なくとも１つの信号を生成し得る、ブーストコントローラをさらに含み得る。ブーストコントローラは、エンベロープ信号および／または出力電圧に基づいてイネーブル信号を生成し得る。代替または追加として、ブーストコントローラは、エンベロープ信号および／または出力電圧に基づいて、場合によってはヘッドルーム（たとえば、ヘッドルーム電圧またはヘッドルーム電流）にさらに基づいて、ブーストコンバータのためのしきい値電圧を生成し得る。ヘッドルームは増幅器からの出力電流に依存し得る。少なくとも１つの信号はイネーブル信号および／またはしきい値電圧を含み得る。ブーストコンバータは、イネーブル信号に基づいて有効または無効にされ得る。ブーストコンバータは、電源電圧としきい値電圧とに基づいて可変ブースト電源電圧を生成し得る。たとえば、しきい値電圧は、可変であり、エンベロープ信号とヘッドルームとの和に基づいて決定され得る（たとえば、和に等しくなり得る）。可変ブースト電源電圧はしきい値電圧に等しいかまたはそれに比例し得る。
[0007]本開示の様々な態様および特徴について以下でさらに詳細に説明する。
[0008]ワイヤレス通信デバイスのブロック図。 [0009]固定バッテリー電圧に基づいて電力増幅器を動作させる図。 エンベロープトラッキングを用いた可変電源電圧に基づいて電力増幅器を動作させる図。 [0010]ブーストコントローラのブロック図。 [0011]ブーストコントローラの概略図。 [0012]スイッチャ（switcher）とエンベロープ増幅器との概略図。 [0013]ブーストコンバータの概略図。 [0014]可変ブースト電源電圧を生成するためのプロセスを示す図。 [0015]ブーストコンバータを制御するための信号を生成するためのプロセスの例示的な設計を示す図。
[0016]以下に示す発明を実施するための形態は、本開示の例示的な設計を説明するものであり、本開示が実施され得る唯一の設計を表すものではない。「例示的」という用語は、本明細書では、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するために使用する。「例示的」として本明細書で説明するいかなる設計も、必ずしも他の設計よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきであるとは限らない。発明を実施するための形態は、本開示の例示的な設計の完全な理解を与えるための具体的な詳細を含む。本明細書で説明する例示的な設計はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には明らかであろう。いくつかの事例では、本明細書で提示する例示的な設計の新規性を不明瞭にしないように、よく知られている構造およびデバイスをブロック図の形式で示す。
[0017]増幅器および／または他の回路のための可変ブースト電源電圧を生成するための技法が本明細書で開示される。本技法は、電力増幅器、ドライバ増幅器、バッファなどの様々なタイプの増幅器のために使用され得る。本技法はまた、ワイヤレス通信デバイス、セルラーフォン、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、コードレスフォン、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、コンシューマー電子デバイスなど、様々な電子デバイスのために使用され得る。明快のために、ワイヤレス通信デバイス中のエンベロープ増幅器のための可変ブースト電源電圧を生成する技法の使用について以下で説明する。
[0018]図１に、ワイヤレス通信デバイス１００の例示的な設計のブロック図を示す。明快のために、ワイヤレスデバイス１００の送信機部分のみが図１に示されており、受信機部分は図１に示されていない。ワイヤレスデバイス１００内で、データプロセッサ１１０は、送信されるべきデータを受信し、データを処理（たとえば、符号化、インターリーブ、シンボルマッピング）し、データシンボルを与え得る。データプロセッサ１１０はまた、パイロットを処理し、パイロットシンボルを与え得る。データプロセッサ１１０は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、直交ＦＤＭＡ（ＯＦＤＭＡ）、シングルキャリアＦＤＭＡ（ＳＣ−ＦＤＭＡ）および／またはいくつかの他の多重化方式のためのデータシンボルおよびパイロットシンボルをさらに処理し得、出力シンボルを与え得る。
[0019]変調器１１２は、データプロセッサ１１０から出力シンボルを受け、直交変調、極変調、または何らかの他のタイプの変調を実行し、出力サンプルを与え得る。変調器１１２はまた、出力サンプルのエンベロープを決定し得る。例示的な設計では、エンベロープは次のように決定され得る。
Figure 2016521102
 上式で、Ｉ（ｔ）は、サンプル期間ｔにおける同相（Ｉ）出力サンプルを示し、
Ｑ（ｔ）は、サンプル期間ｔにおける直交（Ｑ）出力サンプルを示し、
ｅ（ｔ）はエンベロープ信号を示し、
「ａｖｇ」は平均演算を示す。
[0020]式（１）に示された設計では、変調器１１２は、各複素数値の出力サンプルの大きさを計算し、出力サンプルにわたって大きさを平均化することによって、エンベロープ信号を決定する。変調器１１２は、他の様式で、たとえば、ＩおよびＱ出力サンプルの他の関数に基づいてエンベロープ信号を決定し得る。たとえば、出力サンプルの複数のストリームが（たとえば、キャリアアグリゲーションのための複数のキャリア上で）同時に送信され得、変調器１１２は、（ｉ）
Figure 2016521102
 として各出力サンプルストリームの電力を計算することと、ここで、Ｉk（ｔ）およびＱk（ｔ）はＩサンプルおよびＱサンプルを示し、Ｐk（ｔ）はサンプル期間ｔにおけるｋ番目の出力サンプルストリームの電力を示す、そして、（ｉｉ）全電力を得るためにすべての出力サンプルストリームの電力を加算すること、すなわち
Figure 2016521102
 と、そして、（ｉｉｉ）エンベロープ信号を得るために全電力の平方根を取ること（場合によっては結果を平均すること）、すなわち
Figure 2016521102
 とによって、エンベロープ信号を決定し得る。概して、変調器１１２は、出力サンプルのエンベロープの何らかの関数に基づいてエンベロープ信号を与え得る。エンベロープ信号は電力トラッキング信号とも呼ばれ得る。
[0021]ＲＦ送信機１２０は、変調器１１２からの出力サンプルを処理（たとえば、アナログ変換、増幅、フィルタ処理、周波数アップコンバート）し、入力ＲＦ信号（ＲＦｉｎ）を与え得る。電力増幅器（ＰＡ）１３０は、入力ＲＦ信号を増幅して、所望の送信電力レベルを取得し、出力ＲＦ信号（ＲＦｏｕｔ）を与え得、出力ＲＦ信号はアンテナ（図１に図示せず）を介して送信され得る。ＲＦ送信機１２０は、エンベロープ信号を生成するために変調器１１２を使用する代わりに、エンベロープ信号を生成するための回路を含み得る。
[0022]電源生成器１５０は、変調器１１２からエンベロープ信号（Ｖｅｎｖ）を受け、電力増幅器１３０のための電源電圧を生成し得、それは、ＰＡ電源電圧と呼ばれ、Ｖｐａとして示され得る。電源生成器１５０はエンベロープトラッカー（envelope tracker）と呼ばれることもある。図１に示された設計では、電源生成器１５０は、スイッチャ１６０と、エンベロープ増幅器（Ｅｎｖ Ａｍｐ）１７０と、ブーストコンバータ１８０と、ブーストコントローラ１９０と、インダクタ１６２とを含む。スイッチャ１６０は、スイッチングモード電源（ＳＭＰＳ：switching-mode power supply）、バックコンバータ（buck converter）などと呼ばれることもある。スイッチャ１６０は、バッテリー電圧（Ｖｂａｔ）を受け、ノードＡにおいて直流（ＤＣ）および低周波成分を備える第１の供給電流（Ｉｓｗ）を与える。インダクタ１６２は、スイッチャ１６０からの電流を蓄積し、蓄積された電流を交互サイクルでノードＡに与える。ブーストコンバータ１８０は、Ｖｂａｔ電圧としきい値電圧（Ｖｔｈ）とを受け、イネーブル（Ｅｎｂ）信号によって有効にされたとき、Ｖｂａｔ電圧よりも高いブースト電源電圧（Ｖｂｏｏｓｔ）を生成する。Ｖｂｏｏｓｔ電圧は、可変であり得、Ｖｔｈ電圧に依存し得る（たとえば、Ｖｂｏｏｓｔ≒Ｖｔｈである）。ブーストコントローラ１９０は、Ｖｅｎｖ信号とＩｏｕｔ電流（またはＩｏｕｔ電流の比率に応じて調整された（scaled）バージョン）とに基づいてＶｔｈ電圧とＥｎｂ信号とを生成する。電源生成器１５０中の回路について以下でさらに詳細に説明する。
[0023]エンベロープ増幅器１７０は、その信号入力においてＶｅｎｖ信号を受け、その２つの供給入力においてＶｂａｔ電圧とＶｂｏｏｓｔ電圧とを受け、ノードＡにおいて高周波成分を備える出力電流（Ｉｏｕｔ）と出力電圧（Ｖｏｕｔ）とを与える。電力増幅器１３０に与えられたＰＡ供給電流（Ｉｐａ）は、スイッチャ１６０からのＩｓｗ電流と、エンベロープ増幅器１７０からのＩｏｕｔ電流とを含む。エンベロープ増幅器１７０はまた、電力増幅器１３０のためのＰＡ電源電圧としてＶｏｕｔ電圧を与える。概して、電圧は固定値（たとえば、Ｖｂａｔ）または可変値（たとえば、Ｖｏｕｔ）を有し得る。電圧は、経時的に変動し得、信号と見なされ得る。
[0024]コントローラ１４０は、ワイヤレスデバイス１００内の様々なユニットの動作を制御し得る。メモリ１４２は、コントローラ１４０および／またはワイヤレスデバイス１００内の他のユニットのためのプログラムコードとデータとを記憶し得る。データプロセッサ１１０、変調器１１２、コントローラ１４０、およびメモリ１４２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上に実装され得る。
[0025]図１に、ワイヤレスデバイス１００の例示的な設計を示す。ワイヤレスデバイス１００は、他の様式でも実装され得、図１に示されている回路とは異なる回路を含み得る。ＲＦ送信機１２０、電力増幅器１３０、および電源生成器１５０の全部または一部分が、１つまたは複数のアナログ集積回路（ＩＣ）、ＲＦ ＩＣ（ＲＦＩＣ）、混合信号ＩＣなどの上に実装され得る。
[0026]図２Ａに、電力増幅器１３０のための固定バッテリー電圧の使用を示す。（ＲＦｉｎ信号に後続する）ＲＦｏｕｔ信号は、時間変動するエンベロープを有し、プロット２５０によって示されている。バッテリー電圧は、プロット２６０によって示されており、電力増幅器１３０からのＲＦｏｕｔ信号をクリッピングすることを回避するために、時間変動するエンベロープの最も大きい振幅よりも高い。バッテリー電圧とＲＦｏｕｔ信号のエンベロープとの間の差は、出力負荷に送達される代わりに電力増幅器１３０によって放散される浪費される電力を表す。
[0027]図２Ｂに、電源生成器１５０を用いた電力増幅器１３０のための可変電源電圧の生成を示す。電源生成器１５０は、ＲＦｏｕｔ信号のエンベロープを示すエンベロープ信号を受け、エンベロープ信号に基づいて電力増幅器１３０のための（プロット２８０によって示される）ＰＡ電源電圧を生成する。ＰＡ電源電圧は、経時的にＲＦｏｕｔ信号のエンベロープを厳密に追跡する。したがって、ＰＡ電源電圧とＲＦｏｕｔ信号のエンベロープとの間の差が小さくなり、その結果、浪費される電力が少なくなる。電力増幅器１３０は、ＰＡ効率を改善するためにすべてのＲＦ信号振幅について飽和状態で動作させられ得る。
[0028]電源生成器１５０は、電力増幅器１３０に与えられるＲＦｉｎ信号のエンベロープを追跡するようにＰＡ電源電圧を効率的に生成することができ、それによって、電力増幅器１３０に与えられるＰＡ電源電圧が適切な大きさ／電圧を有し、電力増幅器１３０のＰＡＥが改善されることができる。さらに、電源生成器１５０は、低いバッテリー電圧でＰＡ電源電圧を生成することができる。ワイヤレスデバイス１００は、電力消費を削減し、バッテリー寿命を延長し、および／または他の利点を得るために、低いバッテリー電圧で動作し得る。しかしながら、電力増幅器１３０は、バッテリー電圧よりも高いＰＡ電源電圧を用いて動作する必要があり得る。たとえば、バッテリー電圧は２．５ボルト（Ｖ）であり得、必要とされるＰＡ電源電圧は３．２Ｖであり得る。より高いＰＡ電源電圧を得るためにバッテリー電圧をブーストするためにブーストコンバータが使用され得る。しかしながら、ＰＡ電源電圧を直接与えるためにブーストコンバータを使用することにより、コストと電力消費とが増加し得、その両方とも望ましくないことがある。
[0029]電源生成器１５０は、電力増幅器１３０のＰＡＥを改善するために可変Ｖｂｏｏｓｔ電圧を用いてＰＡ電源電圧を効率的に生成し、ＰＡ電源電圧を直接与えるためにブーストコンバータを使用することの不利益を回避することができる。これは、（ｉ）電力増幅器１３０への供給電流のＤＣおよび低周波成分を備える第１の供給電流（Ｉｉｎｄ）を生成する効率的なスイッチャ１６０と、（ｉｉ）電力増幅器１３０への供給電流の高周波成分を備える第２の供給電流（Ｉｅｎｖ）を生成する線形エンベロープ増幅器１７０との組合せを使用することによって達成され得る。スイッチャ１６０は、バッテリー電圧を用いて動作し得、電力増幅器１３０のための電力の大部分を与え得る。エンベロープ増幅器１７０は、可変Ｖｂｏｏｓｔ電圧（必要な場合）またはバッテリー電圧（可能な場合）を用いて動作し得、電力増幅器１３０に残りの供給電流を与え得る。ブーストコンバータ１８０は、Ｖｔｈ電圧に基づいてエンベロープ増幅器１７０のための所望の大きさ／電圧の可変Ｖｂｏｏｓｔ電圧を生成し得る。電源生成器１５０は、適切な大きさ／電圧のＰＡ電源電圧が電力増幅器１３０に与えられるように、電力増幅器１３０に与えられたＲＦｉｎ信号のエンベロープを追跡するためのＰＡ電源電圧を生成することができる。
[0030]図３に、図１中の電源生成器１５０内のブーストコントローラ１９０の１つの例示的な設計である、ブーストコントローラ１９０ｘのブロック図を示す。エンベロープ増幅器１７０は、その出力において電力増幅器１３０にＶｏｕｔ電圧とＩｏｕｔ電流とを与え得る。エンベロープ増幅器１７０は、Ｉｏｕｔ電流を検知し、検知出力電流（Ｉ’ｏｕｔ）を与えることができる検知回路を含み得る。Ｉ’ｏｕｔ電流は、Ｉｏｕｔ電流に等しくなり得る（たとえば、Ｉ’ｏｕｔ≒Ｉｏｕｔである）か、またはＩｏｕｔ電流の比率に応じて調整されたバージョンであり得る（たとえば、Ｉ’ｏｕｔ≒Ｋ*ｏｕｔであり、ただし、Ｋ≠１である）。
[0031]ブーストコントローラ１９０ｘは、エンベロープ増幅器１７０に与えられたＶｅｎｖ電圧と、エンベロープ増幅器１７０からのＩ’ｏｕｔ電流とを受け得る。ブーストコントローラ１９０内で、出力電流ヘッドルーム間コンバータ３１０は、Ｉ’ｏｕｔ電流を受け、ヘッドルーム電圧（Ｖｈｒ）を与え得る。加算器３２０は、Ｖｅｎｖ電圧とＶｈｒ電圧とを受け、加算し得、加算電圧（Ｖｓｕｍ）を与え得る。ピーク検出器３３０は、加算器３２０からのＶｓｕｍ電圧のピークを検出し得、検出されたピーク電圧（Ｖｄｅｔ）を与え得る。制御回路３４０は、Ｖｄｅｔ電圧を受け得、Ｖｄｅｔ電圧に基づいてＶｔｈ電圧を与え得る。Ｖｔｈ電圧は、Ｖｄｅｔ電圧に等しくなり得る（たとえば、Ｖｔｈ≒Ｖｄｅｔである）か、あるいはＶｄｅｔ電圧の比率に応じて調整されたおよび／またはシフトバージョンであり得る（たとえば、Ｖｔｈ≒Ｑ*Ｖｄｅｔ＋Ｖｏｓであり、ただし、Ｑは任意のスケーリングファクタであり得、Ｖｏｓは任意のオフセット電圧であり得る）。
[0032]制御回路３４０はまた、Ｖｄｅｔ電圧に基づいてＥｎｂ制御信号を生成し得る。例示的な設計では、制御回路３４０は、（ｉ）Ｖｔｈ電圧がＶｂａｔ電圧よりも大きい（すなわちＶｔｈ＞Ｖｂａｔである）ときにブーストコンバータ１８０を有効にするか、または（ｉｉ）Ｖｔｈ電圧がＶｂａｔ電圧よりも小さい（すなわちＶｔｈ＜Ｖｂａｔである）ときにブーストコンバータ１８０を無効にするためのＥｎｂ制御信号を生成し得る。制御回路３４０はまた、ブーストコンバータ１８０を有効にすることと無効にすることとの間を継続的にトグルすることを回避するために、ヒステリシスを用いたＥｎｂ制御信号を生成し得る。たとえば、制御回路３４０は、（ｉ）Ｖｔｈ電圧が、ある最小持続時間の間Ｖｂａｔ電圧よりも小さく、および／または（ｉｉ）Ｖｔｈ電圧が、少なくともある最小量だけＶｂａｔ電圧よりも小さいとき、ブーストコンバータ１８０を無効にするためのＥｎｂ制御信号を生成し得る。
[0033]エンベロープ増幅器１７０は、Ｖｅｎｖ信号を増幅すべきであり、圧縮すべきでない。これは、（ｉ）必要なときはいつでも電源電圧としてＶｂｏｏｓｔ電圧でＶｅｎｖ信号を増幅することと、（ｉｉ）エンベロープ増幅器１７０の出力におけるＶｏｕｔ電圧のピークにいくらかのヘッドルームを加えたものよりも高くなるようにＶｂｏｏｓｔ電圧を生成することと、によって保証され得る。Ｖｔｈ電圧は、Ｖｅｎｖ電圧のピークにＶｈｒ電圧を加えたものに基づいて生成され得る。Ｖｂｏｏｓｔ電圧は、Ｖｔｈ電圧に基づいて生成され得（たとえば、Ｖｂｏｏｓｔ≒Ｖｔｈであり）、それにより、エンベロープ増幅器１７０が圧縮を回避することができることを保証し得る。
[0034]図３に、（ｉ）可変Ｖｈｒ電圧がＩ’ｏｕｔ電流に基づいて生成され、（ｉｉ）Ｖｔｈ電圧が可変Ｖｈｒ電圧に基づいて生成される例示的な設計を示す。この設計では、Ｖｈｒ電圧は、より大きいＩｏｕｔ電流の場合により高くなり得、より小さいＩｏｕｔ電流の場合により低くなり得る。この設計により、（ｉ）より大きいＩｏｕｔ電流の場合にエンベロープ増幅器１７０のためのより大きいヘッドルームが生じ、これにより線形性が向上し得るか、または（ｉｉ）より小さいＩｏｕｔ電流の場合にエンベロープ増幅器１７０のためのより小さいヘッドルームが生じ、これにより電力消費を削減し得る。別の例示的な設計では、Ｖｔｈ電圧は、固定されたＶｈｒ電圧に基づいて生成され得る。固定されたＶｈｒ電圧は、関係する様々なＶｏｕｔ電圧に対して良好な性能を与えるように選択され得る。
[0035]図３に、Ｖｓｕｍ電圧を得るために加算器３２０によってＶｅｎｖ電圧がＶｈｒ電圧と加算される例示的な設計を示す。別の例示的な設計では、Ｖｓｕｍ電圧を得るために加算器３２０によってＶｏｕｔ電圧がＶｈｒ電圧と加算され得る。Ｖｏｕｔ電圧は、Ｖｂａｔ電圧またはＶｂｏｏｓｔ電圧に依存し得、Ｖｂａｔ電圧またはＶｂｏｏｓｔ電圧が十分に高くないとき、ひずみ得る。したがって、（Ｖｏｕｔ電圧の代わりに）Ｖｅｎｖ電圧をＶｈｒ電圧と加算することにより、より正確なＶｓｕｍ電圧となり得る。
[0036]別の例示的な設計では、（電圧の代わりに）電流が加算器３２０によって加算され得る。この設計では、コンバータ３１０は（ヘッドルーム電圧の代わりに）ヘッドルーム電流を与え得、Ｖｅｎｖ電圧は、エンベロープ電流に変換され、加算器３２０によってヘッドルーム電流と加算され得、加算電流は加算電圧に変換され得る。
[0037]図３に、図１中のブーストコントローラ１９０の例示的な設計を示す。ブーストコントローラ１９０は他の様式でも実装され得る。別の例示的な設計では、ブーストコントローラ１９０は、固定されたＶｈｒ電圧に基づいてＶｔｈ電圧を生成し得、コンバータ３１０は、省略されるかまたは固定電圧生成器と交換され得る。また別の例示的な設計では、ピーク検出器３３０は（加算器３２０の後の代わりに）エンベロープ増幅器１７０と加算器３２０との間に配置され得る。この設計では、Ｖｔｈ電圧を得るために、Ｖｈｒ電圧は検出されたピーク電圧と加算され得る。また別の例示的な設計では、ピーク検出器３３０は省略され得、（Ｖｄｅｔ電圧の代わりに）Ｖｓｕｍ電圧が制御回路３４０に与えられ得る。
[0038]図１中のブーストコントローラ１９０および図３中のブーストコントローラ１９０ｘ内の回路は様々な様式で実装され得る。ブーストコントローラ中の回路の例示的な設計について以下で説明する。この設計では、加算電流を得るために（電圧の代わりに）電流が加算される。
[0039]図４に、図１中のブーストコントローラ１９０と図３中のブーストコントローラ１９０ｘとの例示的な設計である、ブーストコントローラ１９０ｙの概略図を示す。図４は、図１および図３中のエンベロープ増幅器１７０の例示的な設計である、エンベロープ増幅器１７０ｙの出力部分をも示す。図４に示された設計では、エンベロープ増幅器１７０ｙは、Ｐチャネル金属酸化物半導体（ＰＭＯＳ）トランジスタ４０２と、Ｎチャネル金属酸化物半導体（ＮＭＯＳ）トランジスタ４０４とを含む。ＰＭＯＳトランジスタ４０２は、そのソースが電源電圧（Ｖｓｕｐｐｌｙ）に結合され、そのゲートが第１の駆動信号（Ｖｄｒｐ）を受ける。Ｖｓｕｐｐｌｙ電圧はＶｂａｔ電圧またはＶｂｏｏｓｔ電圧であり得る。ＮＭＯＳトランジスタ４０４は、そのソースが回路接地に結合され、そのゲートが第２の駆動信号（Ｖｄｒｎ）を受ける。トランジスタ４０２および４０４のドレインは、互いに結合され、Ｖｏｕｔ電圧を与える。他の例示的な設計では、ＰＭＯＳトランジスタ４０２はＮＭＯＳトランジスタまたはカスコード構造と置き換えられ得る。
[0040]図４に示された例示的な設計では、ブーストコントローラ１９０ｙは、変換器３１０ｙと、加算器３２０ｙと、ピーク検出器３３０ｙと、制御回路３４０ｙとを含み、それらは、図３中の変換器３１０と、加算器３２０と、ピーク検出器３３０と、制御回路３４０との１つの例示的な設計である。コンバータ３１０ｙは、そのソースがＶｓｕｐｐｌｙ電圧に結合され、そのゲートがＶｄｒｐ信号を受け、そのドレインがノードＤにヘッドルーム電流（Ｉｈｒ）を与えるＰＭＯＳトランジスタ４１２を含む。
[0041]加算器３２０ｙは、電圧電流（Ｖ−Ｉ）コンバータ４２２と、電流電圧（Ｉ−Ｖ）コンバータ４２４とを含む。Ｖ−Ｉコンバータ４２２内で、演算増幅器（オペアンプ）４５０は、その非反転入力がＶｅｎｖ信号を受け、その反転入力がノードＢに結合され、その出力がＮＭＯＳトランジスタ４５２および４６２のゲートに結合される。ＮＭＯＳトランジスタ４５２は、そのドレインがＶｂａｔ電圧に結合され、そのソースがノードＢに結合される。ＮＭＯＳトランジスタ４６２は、そのドレインがＶｂａｔ電圧に結合され、そのソースがノードＢにエンベロープ電流（Ｉｅｎｖ）を与える。抵抗器４５４はノードＢと回路接地との間に結合される。Ｉ−Ｖコンバータ４２４内で、オペアンプ４７０は、その非反転入力が回路接地に結合され、その反転入力がノードＤに結合され、その出力がＶｓｕｍ電圧を与える。オペアンプ４７０はまた、その非反転入力が、回路接地の代わりに基準電圧に結合され得る。抵抗器４７２は、オペアンプ４７０の反転入力と出力との間に結合される。
[0042]ピーク検出器３３０ｙは、その非反転入力が加算器３２０ｙの出力に結合され、その反転入力がノードＥに結合され、その出力がＮＭＯＳトランジスタ４３２のゲートに結合されたオペアンプ４３０を含む。ＮＭＯＳトランジスタ４３２は、そのドレインがＶｂａｔ電圧に結合され、そのソースが、ノードＥにおけるＶｄｅｔ電圧を与え、それがピーク検出器３３０ｙの出力である。キャパシタ４３４および抵抗器４３６はノードＥと回路接地との間に結合される。
[0043]制御回路３４０ｙは、ピーク検出器３３０ｙの出力に結合された非反転入力と、Ｖｂａｔ電圧を受ける反転入力と、Ｅｎｂ信号を与える出力とを有する比較器（Ｃｏｍｐ）４４０とを含む。制御回路３４０ｙはまた、Ｖｔｈ電圧としてＶｄｅｔ電圧を与える。
[0044]エンベロープ増幅器１７０ｙは、エンベロープ増幅器１７０ｙの出力におけるＶｏｕｔ電圧がエンベロープ増幅器１７０ｙの入力におけるＶｅｎｖ信号を追跡するように、Ｖｅｎｖ信号に基づいてＶｄｒｎおよびＶｄｒｐ信号を生成する。エンベロープ増幅器１７０ｙは、それが可能であるときに所望のＩｏｕｔ電流を与える。エンベロープ増幅器１７０ｙは、ＡＢ級増幅器であり得、それは良好な線形性と低電力消費との間の良好なトレードオフを与え得る。ＡＢ級増幅器の場合、ＰＭＯＳトランジスタ４０２またはＮＭＯＳトランジスタ４０４のいずれかが所与の瞬間において負荷電流を導通し得る。負荷電流を導通するＭＯＳトランジスタは、Ｉｏｕｔ電流ならびに負荷電流を導通しないＭＯＳトランジスタのためのバイアス電流を与えることになる。したがって、ＰＭＯＳトランジスタ４０２が導通し、Ｉｏｕｔ電流を与えるとき、ＰＭＯＳトランジスタ４０２のドレイン電流（Ｉｐｆｅｔ）は、エンベロープ増幅器１７０ｙによって与えられるＩｏｕｔ電流にほぼ等しくなり、すなわちＩｐｆｅｔ≒Ｉｏｕｔになる。
[0045]ブーストコントローラ１９０ｙは次のように動作する。コンバータ３１０ｙは、（ｉ）ＰＭＯＳトランジスタ４０２のドレイン電流の比率に応じて調整されたバージョンであり、（ｉｉ）エンベロープ増幅器１７０ｙによって与えられるＩｏｕｔ電流に比例する、ヘッドルーム電流（Ｉｈｒ）を与える。エンベロープ増幅器１７０ｙ内のＰＭＯＳトランジスタ４０２はＷ／Ｌの次元を有し、ただし、ＷはＰＭＯＳトランジスタ４０２の幅であり、Ｌは長さである。コンバータ３１０ｙ内のＰＭＯＳトランジスタ４１２はＫ*Ｗ／Ｌの次元を有し得、ただし、Ｋは任意の値であり得る。Ｋは、１に等しいか、または１よりも大きいか、または１よりも小さくなり得る。たとえば、Ｋは、Ｉｈｒ電流がＩｏｕｔ電流のごく一部であるように、０．０１または０．００１に等しくなり得る。Ｋは固定値またはプログラムできる値であり得る。コンバータ３１０ｙからのＩｈｒ電流は次のように表され得る。
Figure 2016521102
[0046]式（２）に示された設計では、Ｉｈｒ電流はＩｏｕｔ電流に比例する。したがって、より大きいＩｏｕｔ電流はより大きいヘッドルームを生じ、その逆も同様である。
[0047]加算器３２０ｙ内のＶ−Ｉコンバータ４２２は、Ｖｅｎｖ信号を受け、Ｉｅｎｖ電流を与える。オペアンプ４５０とＮＭＯＳトランジスタ４５２とは、ノードＢにおける電圧をＶｅｎｖ電圧にほぼ等しく維持するフィードバックループで結合される。ＮＭＯＳトランジスタ４５２のソースによって与えられる電流（Ｉａ）は、
Figure 2016521102
 として与えられ得、ただし、Ｒｓは抵抗器４５４の抵抗値である。ＮＭＯＳトランジスタ４５２および４６２は、同じゲート電圧を受け、同じ次元を有し、ほぼ等しいソース電流を与え得る。したがって、ＮＭＯＳトランジスタ４６２のソース電流は次のように表され得る。
Figure 2016521102
[0048]コンバータ３１０ｙからのＩｈｒ電流とＶ−Ｉコンバータ４２２からのＩｅｎｖ電流とは、ノードＤにおいて加算される。加算電流（Ｉｓｕｍ）は次のように表され得る。
Figure 2016521102
[0049]加算器３２０ｙ内のＩ−Ｖコンバータ４２４は、ノードＤからＩｓｕｍ電流を受け、ピーク検出器３３０ｙに加算電圧（Ｖｓｕｍ）を与える。Ｉｓｕｍ電流は抵抗器４７２を通って流され、Ｖｓｕｍ電圧は、Ｉｓｕｍ電流による抵抗器４７２の両端間の電圧降下によって決定される。Ｖｓｕｍ電圧は次のように表され得る。
Figure 2016521102
 上式で、Ｒｆは抵抗器４７２の抵抗値である。
[0050]ピーク検出器３３０ｙはＶｓｕｍ電圧のピークを検出する。ピーク検出器３３０ｙ内で、オペアンプ４３０とＮＭＯＳトランジスタ４３２とはフィードバックループで結合される。Ｖｓｕｍ電圧がＶｄｅｔ電圧を超えたとき、オペアンプ４３０は高い電圧を出力し、ＮＭＯＳトランジスタ４３２はオンにされる。この場合、キャパシタ４３４は、ＮＭＯＳトランジスタ４３２を介してより高い電圧まで充電される。逆に、Ｖｓｕｍ電圧がＶｄｅｔ電圧を下回ったとき、オペアンプ４３０は低い電圧を出力し、ＮＭＯＳトランジスタ４３２はオフにされる。この場合、キャパシタ４３４は抵抗器４３６を介して緩やかに放電され、キャパシタ４３４の両端間の電圧はゆっくり降下する。Ｖｄｅｔ電圧は、したがって、（ｉ）上昇するＶｓｕｍ電圧に従って急速に増加し、（ｉｉ）下降するＶｓｕｍ電圧に対して緩やかに減少する。
[0051]制御回路３４０ｙは、Ｖｄｅｔ電圧を受け、Ｖｔｈ電圧とＥｎｂ信号とを与える。制御回路３４０ｙ内で、比較器４４０は、Ｖｄｅｔ電圧をＶｔｈ電圧と比較し、Ｖｄｅｔ電圧がＶｂａｔ電圧を超えたときにＥｎｂ信号上で論理高（「１」）を出力し、Ｖｄｅｔ電圧がＶｂａｔ電圧を下回ったときにＥｎｂ信号上で論理低（「０」）を出力する。制御回路３４０ｙはまた、上記で説明したように、時間および／または電圧レベルのヒステリシスを伴ったＥｎｂ信号を生成し得る。
[0052]図４に、ブーストコントローラ１９０ｙ内の回路の例示的な設計を示す。ブーストコントローラ中の回路は他の様式でも実装され得る。概して、ブーストコントローラ１９０は、エンベロープ増幅器１７０によってＶｏｕｔ信号を圧縮することを回避し、バッテリー電力を温存するために、ブーストコンバータ１８０の動作を制御し得る。ブーストコントローラ１９０は、たとえば、図３および図４に示すように、Ｉｏｕｔ電流とＶｅｎｖ信号とに基づいてＶｔｈ電圧とＥｎｂ信号とを生成し得る。ブーストコントローラ１９０は、Ｖｂａｔ電圧が十分に高くないときにブーストコンバータ１８０を有効にするためのＥｎｂ信号を生成し得る。さらに、ブーストコントローラ１９０は、Ｖｂｏｏｓｔ電圧が（ｉ）Ｖｏｕｔ信号の圧縮を回避するために十分に高いが、（ｉｉ）電力消費を削減するために高過ぎないように、Ｖｔｈ電圧を与え得る。Ｖｔｈ電圧は、Ｖｏｕｔ信号のピークにエンベロープ増幅器１７０のための十分なヘッドルームを加えたものよりも高くなり得る。ヘッドルームはエンベロープ増幅器１７０からの出力電流の関数であり得る。
[0053]エンベロープ増幅器１７０の出力電流に基づいてヘッドルームを調整することは、様々な動作シナリオにおける良好な性能を保証し得る。たとえば、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ：Long Term Evolution）システムでは、ワイヤレスデバイス１００は、１．４４〜２０ＭＨｚの範囲内にあるシステム帯域幅内の１８０ＫＨｚ中の１２個のサブキャリアをカバーし得る、１つのリソースブロック（ＲＢ）上でアップリンク信号を送信し得る。アップリンク信号のための１−ＲＢ波形は、極めて遅いピークを有し得る。この場合、インダクタ１６２は電流を使い果たし得、エンベロープ増幅器１７０が、負荷電流のすべてを瞬間的に与えなければならないことがある。より多くの電圧ヘッドルームは、エンベロープ増幅器１７０が（ｉ）１−ＲＢ波形の遅いピークの場合でも負荷電流のすべてを与えることができ、（ｉｉ）より速い波形の場合に良好な効率を維持することができることを保証し得る。
[0054]図５に、それぞれ、図１中のスイッチャ１６０とエンベロープ増幅器１７０との例示的な設計である、スイッチャ１６０ｚとエンベロープ増幅器１７０ｚとの概略図を示す。エンベロープ増幅器１７０ｚ内で、オペアンプ５１０はその非反転入力がＶｅｎｖ信号を受け、その反転入力が（ノードＦである）エンベロープ増幅器１７０ｚの出力に結合され、その出力がＡＢ級ドライバ５１２の入力に結合される。ドライバ５１２は、（ｉ）その第１の出力が、ＰＭＯＳトランジスタ５１４のゲートに結合され、Ｖｄｒｐ信号を与え、（ｉｉ）その第２の出力が、ＮＭＯＳトランジスタ５１６のゲートに結合され、Ｖｄｒｎ信号を与える。ＮＭＯＳトランジスタ５１６は、そのドレインがノードＦに結合され、そのソースが回路接地に結合される。ＰＭＯＳトランジスタ５１４は、そのドレインがノードＦに結合され、そのソースがＰＭＯＳトランジスタ５１８および５２０のドレインに結合される。ＰＭＯＳトランジスタ５１８は、そのゲートがＣ１制御信号を受け、そのソースがＶｂａｔ電圧を受ける。ＰＭＯＳトランジスタ５２０は、そのゲートがＣ２制御信号を受け、そのソースがＶｂｏｏｓｔ電圧を受ける。
[0055]図５に示された例示的な設計では、電流センサー１６４は、ノードＦとノードＡとの間に結合され、エンベロープ増幅器１７０ｚによって与えられたＩｏｕｔ電流を検知する。センサー１６４は、Ｉｏｕｔ電流の大部分をノードＡに流し、スイッチャ１６０ｚに小さい検知電流（Ｉｓｅｎ）を与える。Ｉｓｅｎ電流はエンベロープ増幅器１７０ｚからのＩｏｕｔ電流のごく一部である。別の例示的な設計では、電流センサー１６４は、たとえば、図４中のＰＭＯＳトランジスタ４１２と同様に、ＰＭＯＳトランジスタ５１４と並列に結合され、Ｖｄｒｐ信号を受ける、ＰＭＯＳトランジスタを用いて実装され得る。
[0056]スイッチャ１６０ｚ内で、電流検知増幅器５３０は、その入力が電流センサー１６４に結合され、その出力がスイッチャドライバ５３２の入力に結合される。ドライバ５３２は、その第１の出力（Ｓ１）がＰＭＯＳトランジスタ５３４のゲートに結合され、その第２の出力（Ｓ２）がＮＭＯＳトランジスタ５３６のゲートに結合される。ＮＭＯＳトランジスタ５３６は、そのドレインが（ノードＧである）スイッチャ１６０ｚの出力に結合され、そのソースが回路接地に結合される。ＰＭＯＳトランジスタ５３４は、そのドレインがノードＧに結合され、そのソースがＶｂａｔ電圧を受ける。インダクタ１６２はノードＡとノードＧとの間に結合される。
[0057]スイッチャ１６０ｚは次のように動作する。スイッチャ１６０ｚは、電流センサー１６４がエンベロープ増幅器１７０ｚからの高い出力電流を検知し、低い検知電圧をドライバ５３２に与えるとき、オン状態にある。ドライバ５３２は、次いで、ＰＭＯＳトランジスタ５３４のゲートに低い電圧を与え、ＮＭＯＳトランジスタ５３６のゲートに低い電圧を与える。ＰＭＯＳトランジスタ５３４は、オンにされ、Ｖｂａｔ電圧からのエネルギーを蓄積するインダクタ１６２にＶｂａｔ電圧を結合する。インダクタ１６２を通る電流はオン状態中に上昇し、上昇のレートは、（ｉ）Ｖｂａｔ電圧とノードＡにおけるＶｐａ電圧との間の差と、（ｉｉ）インダクタ１６２のインダクタンスとに依存する。逆に、スイッチャ１６０ｚは、電流センサー１６４がエンベロープ増幅器１７０ｚからの低い出力電流を検知し、高い検知電圧をドライバ５３２に与えるとき、オフ状態にある。ドライバ５３２は、次いで、ＰＭＯＳトランジスタ５３４のゲートに高い電圧を与え、ＮＭＯＳトランジスタ５３６のゲートに高い電圧を与える。ＮＭＯＳトランジスタ５３６はオンにされ、インダクタ１６２はノードＡと回路接地との間に結合される。インダクタ１６２を通る電流はオフ状態中に降下し、降下のレートは、ノードＡにおけるＶｐａ電圧とインダクタ１６２のインダクタンスとに依存する。したがって、Ｖｂａｔ電圧は、オン状態中にインダクタ１６２を介して電力増幅器１３０に電流を与え、インダクタ１６２は、オフ状態中にその蓄積されたエネルギーを電力増幅器１３０に与える。上記で説明した１−ＲＢ波形の場合、インダクタ１６２における電流はピーク中にゼロまで降下し得、エンベロープ増幅器１７０ｚは負荷電流のすべてを与え得る。この場合、十分に大きいヘッドルームが、エンベロープ増幅器１７０ｚが所望の負荷電流を与えることができることを保証し得る。
[0058]エンベロープ増幅器１７０ｚは、効率を改善するために、必要なときのみＶｂｏｏｓｔ電圧に基づいて動作し、残りの時間Ｖｂａｔ電圧に基づいて動作し得る。たとえば、エンベロープ増幅器１７０ｚは、Ｖｂａｔ電圧に基づいて電力のほぼ８５％を与え、Ｖｂｏｏｓｔ電圧に基づいて電力のほぼ１５％のみを与え得る。ＲＦｏｕｔ信号の大きいエンベロープにより、電力増幅器１３０のために高いＶｐａ電圧が必要とされるとき、Ｅｎｂ信号は論理高（たとえば、Ｖｂａｔ）にあり、Ｃ１制御信号は論理高（たとえば、Ｖｂａｔ）にあり、Ｃ２制御信号は論理低（たとえば、０Ｖ）にある。この場合、ブーストコンバータ１８０は有効にされ、Ｖｂｏｏｓｔ電圧を生成し、ＰＭＯＳトランジスタ５２０はオンにされ、ＰＭＯＳトランジスタ５１４のソースにＶｂｏｏｓｔ電圧を与え、ＰＭＯＳトランジスタ５１８はオフにされる。逆に、電力増幅器１３０のために高いＶｐａ電圧が必要とされないとき、Ｅｎｂ信号は論理低にあり、Ｃ１制御信号は論理低にあり、Ｃ２制御信号は論理高にある。この場合、ブーストコンバータ１８０は無効にされ、ＰＭＯＳトランジスタ５２０はオフにされ、ＰＭＯＳトランジスタ５１８はオンにされ、ＰＭＯＳトランジスタ５１４のソースにＶｂａｔ電圧を与える。Ｃ１およびＣ２制御信号は、Ｅｎｂ制御信号に基づいて生成され、たとえば、Ｃ１＝Ｅｎｂであり、Ｃ２＝反転されたＥｎｂであり得る。
[0059]エンベロープ増幅器１７０ｚは次のように動作する。エンベロープ信号が増加したとき、オペアンプ５１０の出力は増加し、Ｖｄｒｐ信号は減少し、ＮＭＯＳトランジスタ５１６がほぼオフにされるまでＶｄｒｎ信号は減少し、エンベロープ増幅器１７０ｚの出力は増加する。エンベロープ信号が減少したとき、逆が真である。エンベロープ増幅器１７０ｚの出力からオペアンプ５１０の反転入力までの負のフィードバックにより、エンベロープ増幅器１７０ｚは単位利得を有する。したがって、エンベロープ増幅器１７０ｚの出力はエンベロープ信号に従い、Ｖｐａ電圧はエンベロープ信号にほぼ等しくなり得る。ＭＯＳトランジスタ５１４および５１６のためのバイアス電流が小さい場合でも、大きい出力電流が供給され得るように、ドライバ５１２は、効率を改善するためにＡＢ級増幅器を用いて実装され得る。
[0060]図５に、図１中のスイッチャ１６０およびエンベロープ増幅器１７０の例示的な設計を示す。スイッチャ１６０およびエンベロープ増幅器１７０は他の様式でも実装され得る。たとえば、スイッチャ１６０は、Ｉｓｅｎ電流とオフセット電流とを受け、加算し、加算電流を電流検知増幅器５３０に与える、加算器を含み得る。スイッチャ１６０がより長い時間期間の間オンにされ、電力増幅器１３０のためのより大きいＩｉｎｄ電流を与えることができるように、加算電流はＩｓｅｎ電流よりもオフセット電流だけ低くなり得る。エンベロープ増幅器１７０は、２００１年１０月９日に発行された「Apparatus and Method for Efficiently Amplifying Wideband Envelope Signals」と題する米国特許第６，３００，８２６号に記載されているように実装され得る。
[0061]スイッチャ１６０ｚは、高効率を有し、電力増幅器１３０のための供給電流の大部分を送達する。エンベロープ増幅器１７０ｚは、線形段階として動作し、比較的高い帯域幅（たとえば、ＭＨｚ範囲内）を有する。スイッチャ１６０ｚは、エンベロープ増幅器１７０ｚからの出力電流を低減するように動作し、それにより総合効率が改善される。
[0062]図６に、図１中のブーストコンバータ１８０の例示的な設計である、ブーストコンバータ１８０ｚの概略図を示す。ブーストコンバータ１８０ｚ内で、インダクタ６１２は一方の端部がＶｂａｔ電圧を受け、他方の端部がノードＨに結合される。ＮＭＯＳトランジスタ６１４は、そのソースが回路接地に結合され、そのゲートがＣｂ制御信号を受信し、そのドレインがノードＨに結合される。ダイオード６１６は、そのアノードがノードＨに結合され、そのカソードがブーストコンバータ１８０ｚの出力に結合される。キャパシタ６１８は、一方の端部が回路接地に結合され、他方の端部がブーストコンバータ１８０ｚの出力に結合される。ブーストコントローラ６２０は、Ｖｔｈ電圧と、Ｖｂｏｏｓｔ電圧と、ＮＭＯＳトランジスタ６１４のドレインにおける検知電流とを受ける。ブーストコントローラ６２０は、Ｖｔｈ電圧とＶｂｏｏｓｔ電圧と検知電流とに基づいてＣｂ制御信号を生成する。Ｃｂ制御信号は、ＮＭＯＳトランジスタ６１４をオンまたはオフにする。
[0063]ブーストコンバータ１８０ｚは次のように動作する。オン状態では、ＮＭＯＳトランジスタ６１４は閉じられ、インダクタ６１２はＶｂａｔ電圧と回路接地との間に結合され、インダクタ６１２を介する電流は増加する。オフ状態では、ＮＭＯＳトランジスタ６１４は開かれ、インダクタ６１２からの電流は、ダイオード６１６を介して、キャパシタ６１８と、ブーストコンバータ１８０（図６に図示せず）の出力における負荷とに流れる。Ｖｂｏｏｓｔ電圧は次のように表され得る。
Figure 2016521102
Figure 2016521102
 上式で、Ｄｕｔｙ＿Ｃｙｃｌｅは、ＮＭＯＳトランジスタ６１４がオンにされるデューティサイクルである。
[0064]ブーストコントローラ６２０は、所望のＶｂｏｏｓｔ電圧を得、ブーストコンバータ１８０の適切な動作を保証するために、適切なデューティサイクルをもつＣｂ制御信号を生成する。ブーストコントローラ６２０は、Ｖｂｏｏｓｔ電圧をＶｔｈ電圧と比較し、Ｖｂｏｏｓｔ電圧がＶｔｈ電圧に一致するようにＣｂ制御信号を生成し得る。ブーストコントローラ６２０は比較器および／または他の回路を含み得る。検知電流は制御ループの安定性を保証し得る。
[0065]例示的な設計では、たとえば、図１に示されているように、装置（たとえば、集積回路、ワイヤレスデバイス、回路モジュールなど）は増幅器とブーストコンバータとを含み得る。増幅器（たとえば、エンベロープ増幅器１７０）は、エンベロープ信号と可変ブースト電源電圧とを受け、出力電圧と出力電流とを与え得る。ブーストコンバータ（たとえば、ブーストコンバータ１８０）は、電源電圧（たとえば、バッテリー電圧）と、エンベロープ信号に基づいて決定された少なくとも１つの信号とを受け得、電源電圧と少なくとも１つの信号とに基づいて可変ブースト電源電圧を生成し得る。
[0066]本装置は、エンベロープ信号および／または出力電圧に基づいてブーストコンバータのための少なくとも１つの信号を生成し得るブーストコントローラ（たとえば、ブーストコントローラ１９０）をさらに含み得る。ブーストコントローラは、エンベロープ信号および／または出力電圧に基づいてイネーブル信号を生成し得る。代替または追加として、ブーストコントローラは、エンベロープ信号および／または出力電圧に基づいてブーストコンバータのためのしきい値電圧を生成し得る。少なくとも１つの信号はイネーブル信号および／またはしきい値電圧を備え得る。ブーストコンバータは、イネーブル信号に基づいて有効または無効にされ得る。ブーストコンバータは、電源電圧としきい値電圧とに基づいて可変ブースト電源電圧を生成し得る。
[0067]例示的な設計では、ブーストコントローラは、ヘッドルーム電圧またはヘッドルーム電流であり得るヘッドルームにさらに基づいて、しきい値電圧を生成し得る。ブーストコントローラは、増幅器からの出力電流、または出力電流のプログラム可能な比率に応じて調整されたバージョン、または何らかの他の量に基づいてヘッドルームを決定し得る。ブーストコントローラは、ヘッドルームおよびエンベロープ信号および／または出力電圧に基づいて加算電圧を決定し、加算電圧のピークを検出し、加算電圧の検出されたピークに基づいてしきい値電圧を決定し得る。ブーストコントローラはまた、加算電圧の検出されたピークに基づいてイネーブル信号を生成し得る。たとえばブーストコントローラは、（ｉ）加算電圧の検出されたピークが電源電圧を超えるときにブーストコンバータを有効にするか、または（ｉｉ）加算電圧の検出されたピークが電源電圧を下回るときにブーストコンバータを無効にするためのイネーブル信号を生成し得る。ブーストコントローラはまた、加算電圧の検出されたピークが所定の時間量の間および／または所定の量だけ電源電圧を下回るときにブーストコンバータを無効にするためのイネーブル信号を生成し得る。
[0068]例示的な設計では、ブーストコントローラは、コンバータと、加算器と、ピーク検出器と、制御回路とを含み得る。コンバータ（たとえば、図３中のコンバータ３１０）は、出力電流に基づいてヘッドルームを決定し得る。加算器（たとえば、加算器３２０）は、ヘッドルームとエンベロープ信号または出力電圧を加算し、加算電圧を与え得る。ピーク検出器（たとえば、ピーク検出器３３０）は、加算電圧のピークを検出し、検出されたピーク電圧を与え得る。制御回路（たとえば、制御回路３４０）は、検出されたピーク電圧に基づいてしきい値電圧および／またはイネーブル信号を決定し得る。
[0069]図７に、可変ブースト電源電圧を生成するためのプロセス７００の例示的な設計を示す。エンベロープ信号に基づいて少なくとも１つの信号を決定する（ブロック７１２）。電源電圧と、エンベロープ信号に基づいて決定された少なくとも１つの信号とに基づいて可変ブースト電源電圧を生成する（ブロック７１４）。出力電圧と出力電流とを得るために可変ブースト電源電圧を用いてエンベロープ信号を増幅する（ブロック７１６）。
[0070]例示的な設計では、エンベロープ信号および／または出力電圧に基づいてイネーブル信号が生成され得る。代替または追加として、エンベロープ信号および／または出力電圧に基づいてしきい値電圧が生成され得る。しきい値電圧はまた、さらにヘッドルームに基づいて生成され得る。少なくとも１つの信号はイネーブル信号および／またはしきい値電圧を備え得る。可変ブースト電源電圧は、電源電圧およびしきい値電圧に基づいて生成され得る。可変ブースト電源電圧の生成は、イネーブル信号に基づいて有効または無効にされ得る。
[0071]図８に、ブーストコンバータを制御するための少なくとも１つの信号を生成するためのプロセス７１２ｘの例示的な設計を示す。プロセス７１２ｘは、図７中のステップ７１２のために使用され得る。増幅器の出力電流に基づいてヘッドルームを決定する（ブロック８１２）。ヘッドルームおよび増幅器に与えられたエンベロープ信号および／または増幅器からの出力電圧に基づいて加算電圧を決定する（ブロック８１４）。加算電圧のピークを検出する（ブロック８１６）。加算電圧の検出されたピークに基づいてしきい値電圧を決定する（ブロック８１８）。また、加算電圧の検出されたピークに基づいてイネーブル信号を生成する（ブロック８２０）。
[0072]本明細書で説明した回路（たとえば、エンベロープ増幅器、ブーストコンバータ、ブーストコントローラなど）は、ＩＣ、アナログＩＣ、ＲＦＩＣ、混合信号ＩＣ、ＡＳＩＣ、プリント回路板（ＰＣＢ）、電子デバイスなどの上で実装され得る。回路はまた、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、ＮＭＯＳ、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）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）など、様々なＩＣプロセス技術を用いて作製され得る。
[0073]本明細書で説明した回路を実装する装置は、スタンドアロンデバイスであり得るか、またはより大きいデバイスの一部であり得る。デバイスは、（ｉ）スタンドアロンＩＣ、（ｉｉ）データおよび／または命令を記憶するためのメモリＩＣを含み得る１つまたは複数のＩＣのセット、（ｉｉｉ）ＲＦ受信機（ＲＦＲ）またはＲＦ送信機／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まれ得るモジュール、（ｖｉ）受信機、セルラーフォン、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）その他であり得る。
[0074]１つまたは複数の例示的な設計では、説明した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せで実装され得る。ソフトウェアで実装される場合、機能は、１つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶されるか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信され得る。コンピュータ可読媒体は、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可能にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体とコンピュータ通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態の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され得、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の他の媒体を備えることができる。また、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、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、ウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、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。本明細書で使用するディスク（disk）およびディスク（disc）は、コンパクトディスク（disc）（ＣＤ）、レーザーディスク（登録商標）（disc）、光ディスク（disc）、デジタル多用途ディスク（disc）（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク（disk）およびｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク（disc）を含み、ディスク（disk）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（disc）は、データをレーザーで光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。
[0075]本開示についての以上の説明は、いかなる当業者も本開示を作成または使用することができるように与えたものである。本開示への様々な修正は当業者には容易に明らかとなり、本明細書で定義した一般原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の変形形態に適用され得る。したがって、本開示は、本明細書で説明した例および設計に限定されるものではなく、本明細書で開示した原理および新規の特徴に合致する最も広い範囲を与えられるべきである。

Claims (25)

  1. 装置であって、前記装置は下記を備える、
    エンベロープ信号と可変ブースト電源電圧とを受け、出力電圧と出力電流とを与えるように構成された増幅器と、
    電源電圧と、前記エンベロープ信号に基づいて決定された少なくとも１つの信号とを受け、前記電源電圧と前記少なくとも１つの信号とに基づいて前記可変ブースト電源電圧を生成するように構成されたブーストコンバータ。
  2. 前記エンベロープ信号または前記出力電圧に基づいて前記ブーストコンバータのための前記少なくとも１つの信号を生成するように構成されたブーストコントローラ
    をさらに備える、請求項１に記載の装置。
  3. 前記ブーストコントローラが、前記エンベロープ信号または前記出力電圧に基づいてイネーブル信号を生成するように構成され、前記少なくとも１つの信号が前記イネーブル信号を備え、前記ブーストコンバータが、前記イネーブル信号に基づいて有効または無効にされる、請求項２に記載の装置。
  4. 前記ブーストコントローラが、前記エンベロープ信号または前記出力電圧に基づいて前記ブーストコンバータのためのしきい値電圧を生成するように構成され、前記少なくとも１つの信号が前記しきい値電圧を備え、前記ブーストコントローラが、前記電源電圧と前記しきい値電圧とに基づいて前記可変ブースト電源電圧を生成するように構成された、請求項２に記載の装置。
  5. 前記ブーストコントローラが、ヘッドルームにさらに基づいて前記しきい値電圧を生成するように構成された、請求項４に記載の装置。
  6. 前記ブーストコントローラが、前記増幅器からの前記出力電流に基づいて前記ヘッドルームを決定するように構成された、請求項５に記載の装置。
  7. 前記ブーストコントローラが、前記増幅器からの前記出力電流のプログラム可能な比率に応じて調整されたバージョンに基づいて前記ヘッドルームを決定するように構成された、請求項５に記載の装置。
  8. 前記ブーストコントローラが、前記ヘッドルームおよび前記エンベロープ信号または前記出力電圧に基づいて加算電圧を決定し、前記加算電圧のピークを検出し、前記加算電圧の前記検出されたピークに基づいて前記しきい値電圧を決定するように構成された、請求項５に記載の装置。
  9. 前記ブーストコントローラが、前記加算電圧の前記検出されたピークに基づいてイネーブル信号を生成するように構成され、前記少なくとも１つの信号が前記イネーブル信号を備え、前記ブーストコンバータが、前記イネーブル信号に基づいて有効または無効にされる、請求項８に記載の装置。
  10. 前記ブーストコントローラは、前記加算電圧の前記検出されたピークが前記電源電圧を超えるときに前記ブーストコンバータを有効にし、前記加算電圧の前記検出されたピークが前記電源電圧を下回るときに前記ブーストコンバータを無効にするための前記イネーブル信号を生成するように構成された、請求項９に記載の装置。
  11. 前記ブーストコントローラは、前記加算電圧の前記検出されたピークが所定の時間量の間、または所定の量だけ、または両方、前記電源電圧を下回るときに前記ブーストコンバータを無効にするための前記イネーブル信号を生成するように構成された、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記ブーストコントローラが、
    前記出力電流に基づいてヘッドルームを決定するように構成されたコンバータと、
    前記ヘッドルームと前記エンベロープ信号または前記出力電圧を加算し、加算電圧を与えるように構成された加算器と、
    前記加算電圧のピークを検出し、検出されたピーク電圧を与えるように構成されたピーク検出器と、
    を備える、請求項２に記載の装置。
  13. 前記ブーストコントローラは、
    前記検出されたピーク電圧に基づいてしきい値電圧を決定するように構成された制御回路をさらに備え、ここにおいて、前記少なくとも１つの信号が前記しきい値電圧を備え、ここにおいて、前記ブーストコンバータが、前記電源電圧と前記しきい値電圧とに基づいて前記可変ブースト電源電圧を生成するように構成される、
    請求項１２に記載の装置。
  14. 前記制御回路が、前記検出されたピーク電圧に基づいてイネーブル信号を決定するように構成され、前記少なくとも１つの信号が前記イネーブル信号を備え、前記ブーストコンバータが、前記イネーブル信号に基づいて有効または無効にされる、請求項１３に記載の装置。
  15. 方法であって、前記方法は下記を備える、
    電源電圧と、エンベロープ信号に基づいて決定された少なくとも１つの信号とに基づいて可変ブースト電源電圧を生成することと、
    出力電圧と出力電流とを得るために前記可変ブースト電源電圧を用いて前記エンベロープ信号を増幅すること。
  16. 前記エンベロープ信号または前記出力電圧に基づいてイネーブル信号を生成することをさらに備え、ここにおいて、前記少なくとも１つの信号が前記イネーブル信号を備え、ここにおいて、前記可変ブースト電源電圧の生成が、前記イネーブル信号に基づいて有効または無効にされる、
    請求項１５に記載の方法。
  17. 前記エンベロープ信号または前記出力電圧に基づいてしきい値電圧を生成することをさらに備え、ここにおいて、前記少なくとも１つの信号が前記しきい値電圧を備え、ここにおいて、前記可変ブースト電源電圧が、前記電源電圧と前記しきい値電圧とに基づいて生成される、
    請求項１５に記載の方法。
  18. 前記しきい値電圧を前記生成することが、ヘッドルームにさらに基づいて前記しきい値電圧を生成することを備える、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記しきい値電圧を前記生成することが、
    前記出力電流に基づいてヘッドルームを決定することと、
    前記ヘッドルームおよび前記エンベロープ信号または前記出力電圧に基づいて加算電圧を決定することと、
    前記加算電圧のピークを検出することと、
    前記加算電圧の前記検出されたピークに基づいて前記しきい値電圧を決定することと
    を備える、請求項１７に記載の方法。
  20. 装置であって、前記装置は下記を備える、
    電源電圧と、エンベロープ信号に基づいて決定された少なくとも１つの信号とに基づいて可変ブースト電源電圧を生成するための手段と、
    出力電圧と出力電流とを得るために前記可変ブースト電源電圧を用いて前記エンベロープ信号を増幅するための手段。
  21. 前記エンベロープ信号または前記出力電圧に基づいてイネーブル信号を生成するための手段をさらに備え、ここにおいて、前記少なくとも１つの信号が前記イネーブル信号を備え、ここにおいて、前記可変ブースト電源電圧の生成が、前記イネーブル信号に基づいて有効または無効にされる、
    請求項２０に記載の装置。
  22. 前記エンベロープ信号または前記出力電圧に基づいてしきい値電圧を生成するための手段をさらに備え、ここにおいて、前記少なくとも１つの信号が前記しきい値電圧を備え、ここにおいて、前記可変ブースト電源電圧が前記電源電圧と前記しきい値電圧とに基づいて生成される、
    請求項２０に記載の装置。
  23. 前記しきい値電圧を生成するための前記手段が、ヘッドルームにさらに基づいて前記しきい値電圧を生成するための手段を備える、請求項２２に記載の装置。
  24. 前記しきい値電圧を生成するための前記手段が、
    前記出力電流に基づいてヘッドルームを決定するための手段と、
    前記ヘッドルームおよび前記エンベロープ信号または前記出力電圧に基づいて加算電圧を決定するための手段と、
    前記加算電圧のピークを検出するための手段と、
    前記加算電圧の前記検出されたピークに基づいて前記しきい値電圧を決定するための手段と、
    を備える、請求項２２に記載の装置。
  25. 非一時的コンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品であって、前記非一時的コンピュータ可読媒体は下記を備える、
    少なくとも１つのコンピュータに、電源電圧と、エンベロープ信号に基づいて決定された少なくとも１つの信号とに基づいて可変ブースト電源電圧の生成を指示させるためのコードと、
    前記少なくとも１つのコンピュータに、出力電圧と出力電流とを得るために前記可変ブースト電源電圧を用いて前記エンベロープ信号の増幅を指示させるためのコード。
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