JP2017534218A - 無線周波数電力増幅のための電源変調 - Google Patents

Abstract

本明細書に記載の主題は、電力増幅のための電源変調に関する。一実施形態では、エンベロープの電圧レベルが調整可能な閾値電圧と比較される。閾値電圧を超えるエンベロープの高レベル部分は、維持され、例えば線形増幅プロセスによって増幅される。一方、エンベロープの低レベル部分は、一定の低電圧レベルに置き換えられる。増幅において、成形された低レベル部分は、ＲＦＰＡに直接出力され得る所定の低電源電圧に置き換えられる。エンベロープの低レベル部分での複雑な増幅プロセスを排除することによって、電源変調の効率および帯域幅を改善することができ、タイミングミスマッチまたは遅延を招くことなく回路を簡素化することができる。

Description

無線通信の発展に伴い、モバイル環境において様々なデータサービスに対する要求がますます高まっている。第４世代（「４Ｇ」）およびそれを超える無線通信規格は、より高い伝送速度およびより広い帯域幅を可能にする。その間、信号のピーク対平均電力比（「ＰＡＰＲ」）は比較的高い。一般に、高いＰＡＰＲは、無線周波数（「ＲＦ」）電力増幅器（「ＲＦＰＡ」）の効率に悪影響を及ぼし、システム性能を低下させる。

高効率のＲＦＰＡを提供するために、エンベロープトラッキング（「ＥＴ」）およびエンベロープ除去および復元（「ＥＥＲ」）が提案されている。電源変調はＲＦＰＡにとって重要な要素である。ＲＦエンベロープをトラッキングし、電源変調器に入力することができる。ＲＦエンベロープにしたがって、変調器は、ＲＦ信号を適応的に増幅するように、ＲＦＰＡに動的な電源出力（ｓｕｐｐｌｙ ｏｕｔｐｕｔ）を供給する。効率的かつ効果的な信号増幅を行うため、特に高ＰＡＲＡの信号に対してそうするため、変調器の回路の複雑性を増加させることなく、高効率および帯域幅を提供することができる電源変調ソリューションが必要である。

従来のＲＦＰＡは、高いＰＡＲＡを有する信号に対して高い平均出力電力領域での効率を増加させないので、４Ｇ及びその先の通信規格には適していない。瞬時出力電力レベルに基づく高度なＲＦＰＡ技術が提案されている。しかし、既知の電源変調器は、例えば、線形増幅段およびスイッチ段の並列動作のために、タイミング調整（ｔｉｍｉｎｇ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が困難である。結果として、より広い帯域幅動作において、効率および線形性が低減される。さらに、既知の変調器は、通常、スイッチ段のシンク部分（ｓｉｎｋｉｎｇ ｐａｒｔ）に依存しており、これにより付加的な電力散逸が生じる。

本明細書に記載の主題の実施形態は、ＲＦＰＡ用の電源変調（ｓｕｐｐｌｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ソリューションを提供する。ＲＦ信号のエンベロープが与えられると、エンベロープの電圧レベルは調整可能な閾値電圧と比較される。エンベロープ電圧が閾値電圧以上である場合、アナログエンベロープが維持される。エンベロープの、変更されていないアナログ高レベル部分は、例えば線形増幅またはその他の任意の適切なプロセスによって増幅することができる。

一方、エンベロープの電圧が閾値電圧より低い場合、一実施形態では、エンベロープ電圧は、接地レベルとなり得る所定の低電圧で置き換えられてもよい。すなわち、一定の低電圧を、閾値電圧未満のすべてのエンベロープ値に対して使用することができる。結果として、エンベロープの低レベル部分は、トラフパルス供給として成形される。エンベロープ増幅段では、エンベロープの、成形された低レベル部分は、複雑な増幅プロセスを受けずに、ＲＦＰＡに直接出力されてもよい所定の低電源電圧まで増加される。

このようにして、エンベロープの低レベル部分の複雑な増幅プロセスを排除することによって、電源変調器（ｓｕｐｐｌｙ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）におけるエンベロープ増幅の効率を改善することができる。さらに、従来のソリューションのスイッチ部分はもはや必要ではない。結果として、電源変調器の回路複雑性を大幅に低減することができる。さらに、増幅器および増幅器を制御するためのスイッチは、直列に配置され、変調器の出力を直接提供する。したがって、線形増幅段およびスイッチ段が並列に動作する従来の電源変調器とは対照的に、本明細書に記載される主題の実施形態は、タイミングのミスマッチ（ｔｉｍｉｎｇ ｍｉｓｍａｔｃｈ）がない。これにより、複数の異なる段間の遅延が低減され、電源変調の直線性と効率が向上する。さらに、本明細書に記載される主題の実施形態によれば、はるかに広い帯域幅のエンベロープ信号を処理することが可能である。

本欄では、発明の詳細な説明で詳しく説明するコンセプトの一部を選んで、簡単に説明する。本欄は、特許を請求する主題の重要な特徴や本質的な特徴を特定するものではなく、特許を請求する主題の範囲を限定するものでもない。

本明細書に記載される主題の一実施形態を実施することができるデバイスを示すブロック図である。

本明細書に記載の主題の一実施形態による電源変調器を示すブロック図である。

本明細書に記載の主題の一実施形態によるエンベロープ成形（ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｓｈａｐｉｎｇ）を示す模式図である。

本明細書に記載の主題の一実施形態によるエンベロープ増幅（ｅｎｖｅｌｏｐｅ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を示す模式図である。

本明細書に記載の主題の一実施形態によるＲＦ信号のエンベロープを変調する装置を示すブロック図である。

本明細書に記載の主題の一実施形態による電源変調器の回路を示すブロック図である。

本明細書に記載の主題の一実施形態によるＲＦ信号のエンベロープを変調する方法を示すフローチャートである。

本明細書に記載される主題を、いくつかの例示的な実施形態を参照して説明する。言うまでもなく、これらの実施形態は、当業者が本明細書に記載された主題をよりよく理解し、実施することを可能にすることを目的として説明するものであって、本主題の範囲に対する制限を示唆するものではない。

本明細書で使用される場合、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」およびその変形は、「含むがこれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ， ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」を意味するオープンターム（ｏｐｅｎｅｄ ｔｅｒｍｓ）として読まれるべきである。「または」という用語は、文脈上そうでないと明白に示されていない限り、「および／または」と解釈されるべきである。「に基づいて」という用語は、「少なくとも部分的に基づいて」と解釈されるべきである。「一実施形態」および「実施形態」という用語は、「少なくとも１つの実施形態」と解釈されるべきである。用語「他の一実施形態」は、「他の少なくとも１つの実施形態」と解釈されるべきである。他の定義が明示的および暗黙的に以下に含まれていることもある。

図１は、本明細書に記載の主題の一実施形態によるデバイス１００を示すブロック図である。一実施形態において、デバイス１００はユーザ機器（ＵＥ）であってもよい。ユーザ装置の例には、移動端末（ＭＴ）、加入者局（ＳＳ）、携帯加入者局（ＰＳＳ）、移動局（ＭＳ）、アクセス端末（ＡＴ）、ページャー、モバイルコンピュータ、モバイルＴＶ、ゲーム装置、ラップトップ、タブレットコンピュータ、カメラ、ビデオカメラ、ＧＰＳデバイス、および他の種類の音声およびテキスト通信システムを含むが、これに限定されない。固定型デバイスは、同様に、本明細書に記載の主題の実施形態を容易に使用することができる。

図示したように、デバイス１００は、送信機１１４および受信機１１６と通信するように動作可能な１つまたは複数のアンテナ１１２を備える。これらのデバイスを用いて、デバイス１００は、１つまたは複数のＢＳおよび／または他のＵＥなどの任意の他のエンティティとのセルラー通信を実行することができる。具体的には、本明細書に記載される主題の実施形態によれば、デバイス１００は、ＲＦ信号を増幅するＲＦＰＡ（図示せず）を備える。さらに、デバイス１００は、ＲＦ信号のエンベロープをトラッキングするＥＴ処理をサポートする。トラッキングされたエンベロープは、電源変調器（図示せず）に供給され、電源変調器がそのエンベロープに従ってＲＦＰＡに動的出力を提供するようにしてもよい。

デバイス１００は、少なくとも１つのコントローラ１２０をさらに備える。言うまでもなく、コントローラ１２０は、デバイス１００の機能を実装するために必要な回路またはロジックを含む。例えば、コントローラ１２０は、デジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、および／またはその他の任意の適切な回路を含んでいてもよい。デバイス１００の制御および信号処理機能は、これらのデバイスのそれぞれの能力に従って割り当てられる。

任意的に、デバイス１００は、ユーザインターフェースをさらに備えていてもよく、そのユーザインターフェースは、例えば、リンガ１２２、スピーカ１２４、マイクロフォン１２６、ディスプレイ１２８、および入力インタフェース１３０を含むことができる、上記のデバイスはすべてコントローラ１２０に結合される。デバイス１００は、静止画像および／または動画像を取り込むカメラモジュール１３６をさらに備えていてもよい。

デバイス１００は、デバイス１００を動作させるのに必要な様々な回路に電力を供給し、あるいは検出可能な出力として機械的振動を提供する、振動電池セット（ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｂａｔｔｅｒｙ ｓｅｔ）などのバッテリ１３４をさらに備えていてもよい。一実施形態では、デバイス１００は、ユーザ識別モジュール（ＵＩＭ）１３８をさらに備えることができる。ＵＩＭ１３８は、通常、プロセッサが内蔵されたメモリデバイスである。ＵＩＭ１３８は、例えば、加入者識別モジュール（ＳＩＭ）、汎用集積回路カード（ＵＩＣＣ）、汎用ユーザ識別モジュール（ＵＳＩＭ）、または取り外し可能ユーザ識別モジュール（Ｒ−ＵＩＭ）などを含んでいてもよい。ＵＩＭ１３８は、本明細書に記載の主題の実施形態によるカード接続検出装置を備えてもよい。

デバイス１００はさらにメモリを含む。例えば、デバイス１００は、例えばデータを一時的に記憶するためのキャッシュ領域に揮発性ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含む揮発性メモリ１４０を含むことができる。デバイス１００は、埋め込まれた及び／又は移動可能なその他の不揮発性メモリ１４２をさらに備えることができる。不揮発性メモリ１４２は、追加的にまたは代替的に、例えば、ＥＥＰＲＯＭおよびフラッシュメモリなどを含むことができる。メモリ１４０は、デバイス１００の機能を実現するために、デバイス１００によって使用される複数の情報セグメントおよびデータの中の任意のアイテムを格納することができる。例えば、メモリは、実行されると、コントローラ１２０に以下に説明する方法を実施させる機械実行可能命令を含むことができる。

言うまでもなく、図１に示した構造的ブロック図は、説明のためにのみ示されており、本明細書に記載された主題の範囲に関する制限を示唆するものではない。場合によっては、必要に応じてデバイスを追加または削減してもよい。

図２は、本明細書に記載される主題の一実施形態による、ＲＦＰＡのための電源変調（ｓｕｐｐｌｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を示す高レベルブロック図である。図示したように、一般に、電源変調器２００は、エンベロープ成形段２１０とエンベロープ増幅段２２０とを含む。各段は、１つまたは複数のハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアコンポーネントによって実装することができる。

ＥＴ処理により、ＲＦ信号のエンベロープを得ることができる。任意の適切なＥＴ技術は、既に知られているものまたは将来開発されるものいずれであっても、本明細書に記載される主題の実施形態と関連して使用され得る。トラッキングされたＲＦ信号のエンベロープは、エンベロープ成形段（ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｓｈａｐｉｎｇ ｓｔａｇｅ）２１０に入力されてもよく、そこでエンベロープが成形（ｓｈａｐｅ）される。その後、成形されたエンベロープは、エンベロープ増幅のためにエンベロープ増幅段２２０に供給される。増幅されたエンベロープはＲＦＰＡに入力され、ＲＦ信号を増幅する。エンベロープトラッキングおよび変調により、ＲＦＰＡの出力電力を最適化することができる。

本明細書に記載される主題の実施形態によれば、エンベロープ成形段２１０において、エンベロープは、その電圧に基づいて成形される。一実施形態では、エンベロープ成形段２１０は、比較器（図示せず）を含むことができる。動作において、ＲＦエンベロープの電圧が所定の電圧レベル以上である場合、エンベロープのそのような高レベル部分はアナログ電圧として維持される。すなわち、成形段２１０では、エンベロープの高レベル部分が変更されないまま維持される。

一方、エンベロープの電圧が閾値電圧より低い場合には、エンベロープを所定の低電圧に置き換えることによって成形を行うことができる。このような低電圧は、一定の、十分に低い電圧レベルであってもよい。例えば、低電圧は所定の低閾値電圧より低い。エンベロープのアナログ低レベル部分を低電圧に置き換えることにより、エンベロープの成形された低レベル部分はトラフ形状パルスとなる。

具体的には、一実施形態では、エンベロープの最初の低レベル部分を置換するために使用される低電圧はゼロ電圧であってもよい。この実施形態では、エンベロープの電圧が閾値電圧よりも低いと判定された場合、エンベロープ成形段２１０は直接にグランドレベルにカットオフすることができる。このようにして、エンベロープ成形を効率的に行うことができる。

図３は、本明細書に記載の主題の実施形態によるエンベロープ成形（ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｓｈａｐｉｎｇ）を示す模式図である。図示したように、所定の閾値電圧Ｖｔｈを用いて、エンベロープ３００を高レベル部分３１０と低レベル部分３２０とに分割する。閾値電圧Ｖｔｈは、デバイスの１つまたは複数の特性に従って、関連する要因に従って選択および／または更新されてもよい。例えば、一実施形態では、ＲＦ信号のＰＲＰＡを動的に決定し、決定されたＰＲＰＡに基づいて閾値電圧Ｖｔｈを更新することが可能である。例えば、ＰＲＰＡが比較的高い場合には、閾値電圧Ｖｔｈを高くすることができる。したがって、エンベロープの大部分を一定の低電圧で置き換えることができ、それによってエンベロープ変調およびＲＦＰＡの効率を改善する。

高レベル部分３１０は、アナログ形式で維持される。逆に、最初の低レベル部分３２０は、低閾値電圧（ＶＬｔｈ）より低い一定の低電圧で置き換えられる。図から分かるように、ＶＬｔｈは閾値電圧Ｖｔｈよりも低い。一実施形態では、上述したように、低電圧をグランドレベルとして設定してもよい。このようにして、成形されたエンベロープは、２つの部分３１０および３３０から構成される。成形された高レベル部分３１０はエンベロープの最初の高レベル部分であり、一方、成形された低レベル部分３３０はトラフ形状パルスである。

言うまでもなく、図３１に示すエンベロープ３００は、高レベル部分と低レベル部分の両方を含むが、これは単なる例示を目的としたものであり、本明細書に説明する主題の範囲を何ら限定するものではない。エンベロープは、高レベル部分または低レベル部分のみを含む可能性もある。

依然として図２を参照して、エンベロープ増幅段２２０において、成形されたエンベロープはその電圧に基づいて増幅され、それによりエンベロープ変調が達成される。一般に、本明細書に記載される主題の実施形態によれば、エンベロープのアナログ高レベル部分およびパルス低レベル部分は、別々に増幅される。すなわち、高レベル部分および低レベル部分に異なる増幅アプローチが適用される。

より具体的には、エンベロープ電圧が閾値電圧（Ｖｔｈ）以上である、成形されたエンベロープの高レベル部分については、エンベロープ増幅プロセスが適用されてもよい。このために、エンベロープ増幅器を使用して、エンベロープの変化しない部分３１０を増幅することができる。

例として、一実施形態では、線形増幅器を使用して、エンベロープの変化しない高レベル部分に対して線形増幅プロセスを適用することができる。一実施形態では、線形増幅は、電源電圧レベルを参照して行われてもよい。説明のため、エンベロープの高レベル部分の線形増幅に使用される電源電圧（ｓｕｐｐｌｙ ｖｏｌｔａｇｅ）は、「高電源電圧」と呼ばれ、「ＶＨ」と記される。高電源電圧ＶＨは十分に高い。具体的には、高電源電圧ＶＨは、少なくとも閾値電圧（Ｖｔｈ）よりも大きい。

言うまでもなく、線形増幅器／増幅の使用は、例示のみを目的としており、本明細書に記載された主題の範囲に対するいかなる制限も示唆するものではない。現在知られているかまたは将来開発される任意の適切な増幅プロセスおよびそれらに関連する増幅器は、エンベロープ増幅段２２０において使用して、エンベロープの高レベル部分を増幅することができる。

低エンベロープ部分は、トラフ形状であるが、異なる方法で増幅される。一実施形態では、一定の低電圧は、直接的に増加させられるか、または低い電源電圧と置換することができる。説明のために、そのような電源電圧は「低電源電圧」と呼ばれ、「ＶＬ」と示される。言うまでもなく、低電源電圧は、成形されたエンベロープの低レベル部分の低電圧よりも大きい。例えば、一実施形態では、低電源電圧は、低閾値電圧ＶＬｔｈよりも大きい。もちろん、言うまでもなく、低電源電圧は依然として比較的低い電圧である。例えば、低電源電圧は閾値電圧より低い。

具体的には、一実施形態では、低電源電圧ＶＬは、デバイス１００の１つ以上の特性を考慮して設定することができる。例として、一実施形態では、低電源電圧ＶＬは、デバイス１００におけるＲＦＰＡの電圧の急激な立ち上がりまたはカットイン電圧（ｋｅｅｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｒ ｃｕｔ−ｉｎ ｖｏｌｔａｇｅ）よりも大きい。知られているように、電圧の急激な立ち上がり（ｋｅｅｎ ｖｏｌｔａｇｅ）は、ＲＦＰＡを通る電流が急速に増加し始める順方向電圧を指す。ＲＦＰＡへのエンベロープ入力がニー電圧（ｋｎｅｅ ｖｏｌｔａｇｅ）未満であると、線形化することが困難な大きなひずみおよび記憶効果が生じる。ニー電圧より高い低電源電圧ＶＬを使用することにより、ＲＦＰＡ動作がニー電圧領域から遠く離れていることを保証することが可能である。

図４は、本明細書に記載の主題の一実施形態によるエンベロープ増幅（ｅｎｖｅｌｏｐｅ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を示す模式図である。上述したように、高レベル部分３１０は、高電源電圧ＶＨを基準にして、例えば線形増幅処理によって増幅される。図から分かるように、高電源電圧ＶＨは電圧閾値Ｖｔｈより大きい。増幅プロセスの結果、増幅された高レベル部分４１０が得られる。

低レベル部分は、例えば、一実施形態では、ＲＦＰＡのニー電圧（ｋｎｅｅ ｖｏｌｔａｇｅ）よりも高い低電源電圧ＶＬで一定の低電圧を置き換えることによって増幅される。結果として、増幅されたエンベロープ４００において、成形段２１０（図３に示す）によって得られたパルス３３０は、複雑な増幅プロセスを受けることなく、低電源電圧ＶＬのパルス４２０として増幅される。

言うまでもなく、本明細書に記載された主題の実施形態によれば、線形増幅器などのエンベロープ増幅器は常に動作するのではない。その代わりに、閾値電圧未満のすべてのエンベロープ値に対して低い固定電源電圧を使用することで、増幅器は、エンベロープの高レベル部分を処理するだけで済む。したがって、エンベロープ増幅器は、低レベルエンベロープ増幅プロセスを排除することによって、インターバルで動作して、変調効率を高めることができる。具体的には、一実施形態では、低電源電圧ＶＬは、例えばパワースイッチによって、ＲＦＰＡに直接供給されてもよい。これにより、変調効率をさらに向上させることができる。

図５は、本明細書に記載の主題の実施形態による電源変調器５００を示すブロック図である。変調器５００は、図２に示す装置２００の実施形態と考えることができる。図示のように、電源変調器５００は、図２を参照して説明したエンベロープ成形段２１０を含む。説明は繰り返さない。

図示の実施形態では、電源変調器５００中のエンベロープ増幅段２２０は、エンベロープ増幅器５１０とパワースイッチ５２０とを含む。増幅器５１０は、閾値電圧（Ｖｔｈ）よりも高い電圧でエンベロープの高レベル部分のみを増幅するように構成される。具体的には、スイッチ５３０は、エンベロープ成形段２１０とエンベロープ増幅器５１０との間に結合される。スイッチ５３０は、エンベロープ成形段２１０からの制御信号５４０によって駆動されてもよい。

動作中、エンベロープの電圧がＶｔｈ以上である場合、上述したように、エンベロープは変更されずに維持され、エンベロープ成形段２１０から出力される。この時点で、エンベロープ成形段２１０は、エンベロープの高レベル部分がエンベロープ増幅器５１０に入力されるように、スイッチ５３０を閉じる制御信号５４０を出力する。さらに、エンベロープ成形段２１０は、パワースイッチ５２０に別の制御信号５６０を出力し、電源スイッチ５２０は、スイッチ５５０を介して高電源電圧ＶＨをエンベロープ増幅器５３０に結合する。言うまでもなく、制御信号５４０および５６０は別個の信号として示されているが、それらは同じ制御信号として実施されてもよく、エンベロープ成形段２１０の単一の端子から出力されてもよい。

エンベロープ増幅器５１０は、高電源電圧ＶＨを基準にして、エンベロープの変化していない高レベル部分に線形増幅などの増幅プロセスを適用する。次に、エンベロープ増幅器５１０は、増幅されたエンベロープ５７０を出力する。制御信号５４０は、エンベロープ増幅器５１０の出力信号５７０がＲＦＰＡに結合されるように、スイッチ５８０を駆動する。このようにして、増幅された高レベルエンベロープ５７０は、変調されたエンベロープとしてＲＦＰＡに出力される。

エンベロープの電圧がＶｔｈ以上である場合、エンベロープ成形段２１０は、エンベロープ電圧をゼロ電圧などの一定の低電圧に置き換える。この点で、エンベロープ成形段２１０は、エンベロープ増幅器５１０がエンベロープ成形段２１０から切り離され、バイパスされるように、制御信号５４０を出力してスイッチ５３０を開くことができる。エンベロープ成形段２１０は、制御信号５６０を介してパワースイッチ５２０をさらに制御して、低電源電圧ＶＬがスイッチ５８０およびパワースイッチ５２０を介してスイッチ５８０に結合されるようにする。スイッチ５８０は、制御信号５４０によっても駆動され、低電源電圧ＶＬをＲＦＰＡに直接出力する。このようにして、エンベロープの低レベル部分が非常に効率的に変調される。

図６は、本明細書に記載される主題の実施形態による、変調器５００などの電源変調器を実装するために使用できる電源変調器６００の回路を示すブロック図である。 言うまでもなく、図６に示す回路は、例示のみを目的としており、本明細書に記載された主題の範囲に対するいかなる制限も示唆するものではない。

図示のように、電源変調器６００は、入力ノード６１０と出力ノード６１５とを含む。比較器６２０は、入力ノード６１０に結合され、電圧出力６２５を有する。比較器６２０はエンベロープ成形段２１０として機能し得る。一実施形態では、比較器６２０は、入力ノード６１０から受信されたＲＦ信号のエンベロープの電圧を、閾値電圧（Ｖｔｈ）と比較するように動作可能である。エンベロープの電圧が閾値電圧以上である場合、比較器６２０は、電圧出力６２５を介してエンベロープの変化していないアナログの高レベル部分を出力する。エンベロープの電圧が閾値電圧より低い場合、比較器６２０は電圧出力６２５を介して一定の低電圧を出力する。一例として、一実施形態では、一定の低電圧はゼロ電圧であってもよい。その結果、電圧出力６２５を介して供給される信号において、高レベル部分はアナログ電圧であり、低レベル部分はトラフ形状のパルス（ｔｒｏｕｇｈ ｓｈａｐｅ ｐｕｌｓｅ）である。

エンベロープ増幅段２２０は、比較器６２５と出力ノード６１５との間に結合された増幅器６３０を含む。増幅器６３０は、比較器６２０によって実行される比較の結果に基づいて、イネーブルまたはディスエーブルされ得る。イネーブルされると、増幅器６３０は、上述したように、比較器６２０の電圧出力６２５から受信されたエンベロープの変化していない高レベル部分を増幅するように動作可能である。増幅されたエンベロープは、出力６５５を介して提供される。

さらに、電源比較器（ｓｕｐｐｌｙ ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）６００は、第１のスイッチ６３５および第２のスイッチ６４０を有する。第１のスイッチ６３５は、コンパレータ６２０と増幅器６３０との間に結合される。第１のスイッチ６３５は、比較器６２０による比較に基づいて増幅器６３０をイネーブルまたはディスエーブルするように動作可能である。第２のスイッチ６４０は、比較器６２０、増幅器６３０、および出力ノード６１５に結合される。第２のスイッチ６４０は、コンパレータ６２０による比較に基づいて、出力ノード６１５を、増幅器６３０の出力６５５または低電源ＶＬに接続するように動作可能である。上述したように、一実施形態では、低電源ＶＬは、電源変調器６００の出力ノード６１５に結合されたＲＦＰＡのニー電圧よりも大きい。

一実施形態では、第１の及び第２のスイッチ６３５及び６４０の駆動は、比較器６２０によって提供される制御信号によって実施されてもよい。具体的には、この実施形態では、比較器６２０は、１つ以上の制御出力６４５を有してもよい。言うまでもなく、図６には２つの出力６４５を示したが、これは単に例示のためである。制御信号は、単一の制御出力から出力することができる。

動作中、エンベロープの電圧が閾値電圧以上である場合、比較器６２０は、制御出力６４５を介して第１の制御信号を供給する。第１の制御信号に応答して、第１のスイッチ６３５が駆動され、増幅器６３０の基準電圧入力６５０が高電源電圧ＶＨに接続され、第２のスイッチ６４０が駆動されて、出力ノード６１５を増幅器６３０の出力６５５に接続する。その結果、エンベロープの高レベル部分が増幅器６３０によって増幅され、増幅されたエンベロープがＲＦＰＡに出力される。

エンベロープの電圧が閾値電圧より低い場合、比較器６２０は、制御出力６４５を介して、第１の制御信号とは異なる第２の制御信号を供給する。第２の制御信号に応答して、第１のスイッチ６３５が駆動され、増幅器６３０の基準電圧入力６５０を接地に接続し、これにより増幅器６３０をバイパスする。第２の制御信号に応答して、第２のスイッチ６４０が駆動されて、出力ノード６１５を低電源電圧ＶＬに接続する。その結果、エンベロープの低レベル部分に対する複雑な増幅処理を行うことなく、電源変調器６００から電圧ＶＬを直接出力することができ、変調効率及び帯域幅を向上させることができる。

一実施形態では、図６に示すように、第１の及び第２のスイッチ６３５及び６４０は、それぞれのスイッチ駆動段によって駆動されてもよい。具体的には、電源変調器６００は、第１のスイッチ６３５用の第１のスイッチ駆動段６６０と、第２のスイッチ６４０用の第２のスイッチ駆動段６７０とを備える。一実施形態では、比較器６２０によって提供される第１のおよび／または第２の制御信号はデジタル信号である。この実施形態では、スイッチ駆動段６６０は、比較器６２０の制御出力６４５を介して提供されるデジタル制御信号を増幅するデジタル信号増幅器６６２を含んでもよい。増幅された制御信号は、第１のスイッチ６３５を駆動してエンベロープ増幅器６３０の基準電圧入力６５０を高電源電圧ＶＨまたは接地に結合する３状態制御ロジック６６４に供給することができる。第２のスイッチ駆動段６７０の構造及び機能は、第１の駆動段６６０の構造及び機能と同一であり得る。すなわち、第２のスイッチ駆動段６７０は、デジタル信号増幅器６７２および３状態制御ロジック６７４を備えることができる。

現在知られているか、または将来開発される任意の適切な回路デバイスを使用して、電源変調器６００内のモジュールを実装することができる。例えば、一実施例では、２段オペアンプは、線形ゲインブロックおよびパルス成形ジェネレータパルス増幅器として機能することができる。バイアスダイオードは、スイッチモード線形段のための基準バイアス電圧を提供することができる。線形増幅段のスイッチング動作は、そのバイアス基準電圧をスイッチングすることによって実現される。Ｎ型パワーＭＯＳＦＥＴデバイスは、線形電力増幅を実行する。簡略化された実装として、ショットキー・パワーダイオードを使用してＶｔｈおよびＶＬを選択してもよい。

図７は、本明細書に記載される主題の一実施形態による電源変調のための方法７００を示すフローチャートである。方法７００は、ステップ７１０で始まり、ＲＦ信号のエンベロープが受信される。ＲＦ信号のエンベロープは、例えば、ＥＴ処理によって得ることができる。

次に、ステップ７２０で、エンベロープの電圧が閾値電圧以上であるかどうか判定される。エンベロープの電圧が閾値電圧以上であれば、方法７００はステップ７３０に進み、エンベロープが維持され増幅される。エンベロープの電圧が閾値電圧より低い場合、方法７００はステップ７４０に進み、そこでエンベロープの電圧が、より低い閾値電圧より低い所定の低電圧で置き換えられる。

ステップ７５０において、成形されたエンベロープは、エンベロープの電圧に基づいて増幅され、増幅されたエンベロープは、ＲＦ信号を増幅するＲＦ電力増幅器（ＰＡ）に供給される。特に、一実施形態では、エンベロープの電圧が閾値電圧以上である場合、エンベロープの変化しない電圧に対してエンベロープ増幅プロセスを適用することによって、成形されたエンベロープが増幅される。一実施形態では、線形エンベロープ増幅は、上側閾値電圧よりも高い高電源電圧を参照して、エンベロープの変化しない電圧に適用することができる。

一方、エンベロープの電圧が閾値電圧より低い場合、ステップ７５０において、予め定められた低電圧を低い閾値電圧よりも高い低電源電圧まで増加させることによって、成形されたエンベロープを増幅することができる。一実施形態では、所定の低電圧はゼロ電圧であり、低電源電圧はＲＦＰＡのニー電圧よりも大きい。具体的には、一実施形態では、エンベロープ増幅器をバイパスして、低電源電圧をＲＦＰＡに直接供給することができる。

一実施形態では、任意的ステップ７６０において、閾値電圧（Ｖｔｈ）は、ＲＦ信号の検出されたＰＡＰＲに従って更新されてもよい。このようにして、ＲＦ信号特性に従って電源変調器およびＲＦＰＡの効率および帯域幅を動的かつ適応的に最適化することが可能である。

説明を目的として、いくつかの例示的な実施形態について説明した。言うまでもなく、本明細書に記載される主題の実施形態によれば、エンベロープ増幅器は、低効率で従来のアナログエンベロープを増幅しない。代わりに、電源をオン／オフすることによる擬似トラフ形状エンベロープ処理と疑似トラフエンベロープ増幅とにより、電力が節約される。さらに、閾値未満のすべてのエンベロープ値に対して一定の低電源電圧を使用することにより、エンベロープ増幅器はエンベロープの高レベル部分を処理するだけでよい。結果として、増幅器は、低レベルエンベロープ増幅プロセスを排除することによって、インターバルで動作して、効率を高めることができる。さらに、高い増幅効率を維持しながらＰＡＲＡを低く保つことができる。

さらに、本明細書に記載される主題の実施形態によれば、従来のスイッチャ部分はもはや必要ではないことがわかる。その代わりに、電源スイッチを使用して、エンベロープ増幅器および電源変調器出力に、それぞれ高電源電圧ＶＨおよび低電源電圧ＶＬを直接供給することができる。実際には、パワースイッチは、小信号スイッチ段から生成された制御信号に従って、エンベロープ増幅器にＶＨを供給し、変調器出力にＶＬを供給する簡単なスイッチとして実施することができる。結合のためスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）を無くせるので、モバイルデバイス用の電源モジュレータの回路複雑性が大幅に低減される。

さらに、言うまでもなく、エンベロープ増幅器およびスイッチを直列に構成して、出力を変調器出力に直接供給することができる。線形とスイッチが並列で常に動作し、したがって出力を加算ノードにマージして最終出力を得なければならない従来のソリューションと比較して、本明細書に記載される主題の実施形態は、難しいタイミング整合（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を取る必要がない。これにより、電源変調器はより広い帯域幅のエンベロープ信号を処理することができる。段（ｓｔａｇｅ）間の遅延の影響は最小限に抑えられ、タイミングミスマッチがなくなることで直線性と効率も改善される。さらに、エンベロープの低レベル部分を成形することによって、後段の電力処理ブロックの電力損失（ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）を低減することができる。

本明細書に機能的に記載されているものは、少なくとも部分的に、１つ又は複数のハードウェアロジックコンポーネントによって実行することができる。例えば、限定ではないが、使用可能な例示的なタイプのハードウェアロジックコンポーネントには、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、特定用途標準製品（ＡＳＳＰ）、システムオン・チップ・システム（ＳＯＣ）、複合プログラマブル・ロジック・デバイス（ＣＰＬＤ）などが挙げられる。

本明細書に記載される主題の様々な実施形態は、ハードウェアまたは専用回路、ソフトウェア、ロジック、またはそれらの任意の組み合わせで実施されてもよい。いくつかの態様は、ハードウェアで実施されてもよく、他の態様は、コントローラ、マイクロプロセッサまたは他のコンピューティングデバイスによって実行されるファームウェアまたはソフトウェアで実施されてもよい。本明細書で説明される主題の実施形態の様々な態様を、ブロック図、フローチャート、または他の図式表現として例示し、説明しているが、本明細書で説明するブロック、装置、システム、技術または方法は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、専用回路またはロジック、汎用ハードウェアまたはコントローラまたは他のコンピューティングデバイス、またはそれらのいくつかの組み合わせを含むが、これらに限定されない。

一例として、本主題の実施形態は、プログラムモジュールに含まれ、ターゲットの実プロセッサまたは仮想プロセッサで実行される機械実行可能命令の一般的な文脈で説明することができる。一般的に、プログラムモジュールには、あるタスクを実行し、またはある抽象的データタイプを実装するルーチン、プログラム、ライブラリ、オブジェクト、クラス、コンポーネント、データ構造などが含まれる。プログラムモジュールの機能は、様々な実施形態で必要に応じて複数のプログラムモジュールに結合または分離してもよい。プログラムモジュールのコンピュータ実行可能命令は、ローカルまたは分散デバイスにおいて実行できる。分散デバイスでは、プログラムモジュールは、ローカル及びリモートの記憶媒体の両方に配置できる。

本明細書に記載の主題の方法を実行するためのプログラムコードは、１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述することができる。これらのプログラムコードは、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサまたはコントローラに提供されて、プロセッサまたはコントローラによって実行されると、フローチャートおよび／またはブロック図に指定された機能／動作を実施するようにできる。プログラムコードは、独立したソフトウェアパッケージとして、完全にマシン上で、部分的にはマシン上で、部分的にマシン上で、かつ部分的にリモートマシン上で、または完全にリモートマシンまたはサーバ上で実行することができる。

本開示の文脈において、機械可読媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスによって使用される、又はその組み合わせで使用されるプログラムを含むか、または格納することができる任意の有形媒体であってもよい。機械読み取り可能媒体は、機械読み取り可能信号媒体であっても、機械読み取り可能記憶媒体であってもよい。機械読み取り可能記憶媒体は、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外線、又は半導体システム、装置、又はデバイス、又はそれらの任意の好適な組み合わせを含むが、これらに限定されない。機械可読記憶媒体のより具体的な例には、１つ以上のワイヤを有する電気接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯型コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶デバイス、磁気記憶デバイス、またはこれらの任意の適切な組み合わせを含むことができる。

さらに、動作は特定の順序で示されているが、これは、望ましい動作を達成するために、示された順序または順番どおりにこのような動作が実行されること、または図示されたすべての動作が実行されることを必要とするものとして理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスク処理と並列処理が有利な場合がある。同様に、いくつかの具体的な実装の詳細が上記の説明に含まれているが、これらは本明細書に記載された主題の範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、特定の実施形態に特有であり得る特徴の説明として解釈されるべきである。別個の複数の実施形態の文脈において説明する特徴を、単一の実施形態において組み合わせて実施してもよい。逆に、単一の実施形態の文脈で説明されている複数の様々な特徴を、複数の実施形態で別々にまたは任意の適切なサブコンビネーションで実施してもよい。

本主題を個別の構造的特徴及び／又は方法動作を用いて説明したが、言うまでもなく、添付した特許請求の範囲に規定する主題は、上記の特定の特徴や動作には必ずしも限定されない。上記の特定の特徴や動作は、請求項を実施する形式例を開示するものである。

Claims (15)

1. 無線周波数（ＲＦ）のエンベロープの電圧を閾値電圧と比較するステップと、
   エンベロープの電圧が閾値電圧以上であるとき、エンベロープを変更せずに維持してエンベロープを成形するステップと、
   エンベロープの電圧が閾値電圧未満であるとき、エンベロープの電圧を所定の低電圧と置き換えてエンベロープを成形するステップと、
   成形されたエンベロープを増幅するステップであって、増幅されたエンベロープが、ＲＦ信号を増幅するため、無線周波数電力増幅器（ＲＦＰＡ）に供給される、ステップとを含む、
   方法。
2. 成形されたエンベロープを増幅するステップは、 エンベロープの電圧が閾値以上であるとき、エンベロープの変更されない電圧にエンベロープ増幅プロセスを適用して、成形されたエンベロープを増幅するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. エンベロープ増幅プロセスを適用することは、
   閾値より高い高電源電圧を基準として、エンベロープの変更されない電圧に線形エンベロープ増幅プロセスを適用することを含む、
   請求項２に記載の方法。
4. 成形されたエンベロープを増幅するステップは、エンベロープの電圧が閾値より低いとき、所定の低電圧を、閾値電圧より低い低電源電圧まで増加させて、成形されたエンベロープを増幅するステップを含む、
   請求項１に記載の方法。
5. 所定の低電圧はゼロ電圧であり、低電源電圧はＲＦＰＡのニー電圧より高い、
   請求項４に記載の方法。
6. 成形されたエンベロープを増幅するステップは、 エンベロープの電圧が閾値電圧より低いとき、低電源電圧をＲＦＰＡに直接供給するステップを含む、
   請求項４または５に記載の方法。
7. ＲＦ信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を検出するステップと、
   検出されたＰＡＰＲに少なくとも部分的に基づいて、閾値電圧を更新するステップとをさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
8. 無線周波数（ＲＦ）信号のエンベロープの電圧が閾値電圧以上であるとき、エンベロープを変更せずに維持してエンベロープを成形し、
   エンベロープの電圧が閾値電圧未満であるとき、エンベロープの電圧を所定の低電圧と置き換えてエンベロープを成形するように構成された、エンベロープ成形段と、
   成形されたエンベロープを増幅するように構成されたエンベロープ増幅段であって、増幅されたエンベロープが、ＲＦ信号を増幅するため、無線周波数電力増幅器（ＲＦＰＡ）に供給される、エンベロープ増幅段とを含む、装置。
9. エンベロープ増幅段は、エンベロープの電圧が閾値電圧以上であるとき、エンベロープの変更されていない電圧にエンベロープ増幅プロセスを適用するように構成されたエンベロープ増幅器を含む、請求項８に記載の装置。
10. エンベロープ増幅器は、閾値より高い高電源電圧を基準として、エンベロープの変更されない電圧に線形増幅プロセスを適用するように構成された線形増幅器を含む、
    請求項９に記載の装置。
11. エンベロープ増幅段は、エンベロープの電圧が閾値より低いとき、所定の低電圧を、閾値電圧より低い低電源電圧まで増加させて、成形されたエンベロープを増幅するように構成される、
    請求項８に記載の装置。
12. 所定の低電圧はゼロ電圧であり、低電源電圧はＲＦＰＡのニー電圧より高い、
    請求項１１に記載の装置。
13. エンベロープ増幅段は、エンベロープの電圧が閾値電圧より低いとき、低電源電圧をＲＦＰＡに直接供給させるように構成されたパワースイッチを含む、
    請求項１１または１２に記載の装置。
14. エンベロープ成形段は、さらに、ＲＦ信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）に少なくとも部分的に基づいて、閾値電圧を更新するように構成されている、
    請求項８に記載の装置。
15. 入力ノードと、
    出力ノードと、
    入力ノードに結合し、電圧出力を有する比較器であって、
    無線周波数（ＲＦ）信号のエンベロープであって入力ノードから受け取るエンベロープの電圧を閾値電圧と比較し、
    エンベロープの電圧が閾値電圧以上であるとき、エンベロープの電圧を、電圧出力を介して供給し、
    エンベロープの電圧が閾値電圧より低いとき、一定の低電圧を、電圧出力を介して供給する比較器と、
    比較器と出力ノードとの間に結合された増幅器であって、イネーブルされたとき、比較器の電圧出力から受け取ったエンベロープの電圧を増幅するように動作可能である増幅器と、
    比較器と増幅器とに結合された第１のスイッチであって、比較器の比較に基づいて増幅器をイネーブルまたはディスエーブルするように動作可能である第１のスイッチと、
    比較器、増幅器、及び出力ノードに結合した第２のスイッチであって、比較器による比較に基づいて、出力ノードを増幅器の出力、または閾値電圧より低い低電源電圧に接続するように動作可能である第２のスイッチとを有する、
    電源変調器。

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