JP2020516194A - 電力増幅器をバイアススイッチングする装置と方法 - Google Patents

電力増幅器をバイアススイッチングする装置と方法 Download PDF

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Abstract

電力増幅器のバイアススイッチングの装置及び方法がここに与えられる。所定の構成において、電力増幅器システムは、無線周波数（ＲＦ）信号に増幅を与える電力増幅器と、当該電力増幅器の供給電圧の電圧レベルを制御する電力管理回路と、当該電力増幅器にバイアスを与えるバイアス制御回路とを含む。電力管理回路は、平均電力追跡（ＡＰＴ）モード及び包絡線追跡（ＥＴ）モードのような多数の供給制御モードにおいて動作可能である。バイアス制御回路は、電力管理回路の供給制御モードに基づいて電力増幅器のバイアスをスイッチングするべく構成される。

Description

本発明の実施形態は電子システムに関し、詳しくは無線周波数（ＲＦ）電子機器用の電力増幅器に関する。
電力増幅器は、無線周波数（ＲＦ）通信システムにおいて、アンテナを介した送信のためにＲＦ信号を増幅するべく使用される。電池寿命を延ばし及び／又は適切な送信電力レベルを与えるようにＲＦ信号送信の電力を管理することが重要となり得る。
一つ以上の電力増幅器を有するＲＦ通信システムの例は、携帯電話機、タブレット、基地局、ネットワークアクセスポイント、ラップトップ及びウェアラブル電子機器を含むがこれらに限られない。電力増幅器は、ＲＦ信号に増幅を与える。ＲＦ信号は、例えば、所定の通信規格に対して約４５０ＭＨｚから約９０ＧＨｚの範囲のような、約３０ｋＨｚから３００ＧＨｚの範囲にある周波数を有し得る。
米国特許出願公開第２０１７／００９３３３９（Ａ１）号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０３２６１８２（Ａ１）号明細書
所定の実施形態において、本開示は、無線周波数信号を増幅するべく構成された電力増幅器と、当該電力増幅器の供給電圧の電圧レベルを制御するべく構成された電力管理回路と、バイアス制御回路とを含む携帯デバイスに関する。電力管理回路は、複数の供給制御モードから選ばれた選択供給制御モードにおいて動作可能であり、バイアス制御回路は、当該電力管理回路の選択供給制御モードに基づいて電力増幅器のバイアスをスイッチングするべく構成される。
一定数の実施形態において、複数の供給制御モードは、平均電力追跡モード及び包絡線追跡モードを含む。
いくつかの実施形態において、バイアス制御回路は、選択供給制御モードに基づいて電力増幅器のバイアスインピーダンスを制御するべく動作可能である。
様々な実施形態において、バイアス制御回路は、電力管理回路の選択供給制御モードを示す制御信号を受信するべく構成される。いくつかの実施形態によれば、バイアス制御回路は、シリアルインタフェイスを経由して制御信号を受信するべく構成される。一定数の実施形態によれば、シリアルインタフェイスは、モバイルインダストリプロセッサインタフェイス無線周波数フロントエンドバスである。
いくつかの実施形態において、電力増幅器は複数のバイアスネットワークを含み、バイアス制御回路は、当該複数のバイアスネットワークを、選択供給制御モードに基づいて制御するべく動作可能である。一定数の実施形態によれば、バイアス制御回路は、選択供給制御モードに基づいて複数のバイアスネットワークの異なる組み合わせを選択的にアクティブにする。様々な実施形態によれば、複数のバイアスネットワークは、第１供給制御モードにおいてアクティブにされて第２供給制御モードにおいてアクティブ解除される第１バイアスネットワークを含む。いくつかの実施形態によれば、第１バイアスネットワークは、振幅歪み補償回路又は位相歪み補償回路の少なくとも一方を含む。
様々な実施形態において、電力増幅器は、第１段と、第１段に後続する第２段とを含む。一定数の実施形態によれば、電力増幅器は、第１段をバイアスするべく構成された第１複数のバイアスネットワークと、第２段をバイアスするべく構成された第２複数のバイアスネットワークとを含み、バイアス制御回路は、選択供給制御モードに基づいて第１複数のバイアスネットワーク及び第２複数のバイアスネットワークを制御するように動作可能である。いくつかの実施形態によれば、バイアス制御回路は、第１複数のバイアスネットワークと第２複数のバイアスネットワークとの異なる組み合わせを、選択供給制御モードに基づいて選択的にアクティブにする。
所定の実施形態において、本開示はパッケージ状モジュールに関する。パッケージ状モジュールは、パッケージ基板と、外部電力管理回路から供給電圧を受信するべく構成された供給ピンと、当該パッケージ基板に取り付けられた第１ダイであって、無線周波数信号を増幅するべく構成された電力増幅器を含む第１ダイと、当該パッケージ基板に取り付けられた第２ダイであって、電力増幅器のバイアスを、供給電圧を制御する選択モードを示す制御信号に基づいてスイッチングするべく構成されたバイアス制御回路を含む第２ダイとを含む。
様々な実施形態において、選択供給制御モードは、平均電力追跡モード又は包絡線追跡モードの一方を示す。
いくつかの実施形態において、バイアス制御回路は、選択供給制御モードに基づいて電力増幅器のバイアスインピーダンスを制御するべく動作可能である。
一定数の実施形態において、第１ダイと第２ダイとは、異なる処理技術で実装される。いくつかの実施形態によれば、第１ダイはガリウムヒ素ダイであり、第２ダイは、相補型金属酸化物半導体ダイ又はシリコンオンインシュレータダイである。
様々な実施形態において、第２ダイは、制御信号を受信するべく構成されたシリアルインタフェイスを含む。いくつかの実施形態によれば、シリアルインタフェイスは、モバイルインダストリプロセッサインタフェイス無線周波数フロントエンドバスである。
いくつかの実施形態において、電力増幅器は、複数のバイアスネットワークを含み、バイアス制御回路は、当該複数のバイアスネットワークを、選択供給制御モードに基づいて制御するべく動作可能である。一定数の実施形態によれば、バイアス制御回路は、選択供給制御モードに基づいて複数のバイアスネットワークの異なる組み合わせを選択的にアクティブにする。様々な実施形態によれば、複数のバイアスネットワークは、第１供給制御モードにおいてアクティブにされて第２供給制御モードにおいてアクティブ解除される第１バイアスネットワークを含む。いくつかの実施形態によれば、第１バイアスネットワークは、振幅歪み補償回路又は位相歪み補償回路の少なくとも一方を含む。
一定数の実施形態において、電力増幅器は、第１段と、第１段に後続する第２段とを含む。いくつかの実施形態によれば、電力増幅器は、第１段をバイアスするべく構成された第１複数のバイアスネットワークと、第２段をバイアスするべく構成された第２複数のバイアスネットワークとを含み、バイアス制御回路は、選択供給制御モードに基づいて第１複数のバイアスネットワーク及び第２複数のバイアスネットワークを制御するように動作可能である。様々な実施形態によれば、バイアス制御回路は、第１複数のバイアスネットワークと第２複数のバイアスネットワークとの異なる組み合わせを、選択供給制御モードに基づいて選択的にアクティブにする。
所定の実施形態において、本開示は、電力増幅器バイアスの方法に関する。方法は、電力増幅器を使用して無線周波数信号を増幅することと、電力管理回路を使用して当該電力増幅器の供給電圧の電圧レベルを制御することと、当該電力管理回路を、複数の供給制御モードから選ばれた選択供給制御モードにおいて動作させることと、バイアス制御回路を使用して当該選択供給制御モードに基づいて電力増幅器のバイアスをスイッチングすることとを含む。
様々な実施形態において、方法はさらに、バイアス制御回路を使用して選択供給制御モードに基づいて電力増幅器のバイアスインピーダンスを制御することを含む。
いくつかの実施形態において、方法はさらに、選択供給制御モードを示す制御信号を、シリアルインタフェイスを経由して受信することを含む。
いくつかの実施形態において、方法はさらに、電力増幅器のバイアスをスイッチングすることを含む。これは、選択供給制御モードに基づいて電力増幅器の複数のバイアスネットワークの一つ以上を選択的にアクティブにすることを含む。一定数の実施形態によれば、方法はさらに、複数のバイアスネットワークの異なる組み合わせを、選択供給制御モードに基づいてアクティブにすることを含む。
一実施形態の携帯デバイスの模式的な図である。 図２Ａは、電力増幅器供給電圧対時間の第１例を示すグラフである。図２Ｂは、電力増幅器供給電圧対時間の第２例を示すグラフである。図２Ｃは、電力増幅器供給電圧対時間の第３例を示すグラフである。 電力増幅器システムの一実施形態の模式的な図である。 ＲＦ通信システムの一実施形態の模式的な図である。 電力増幅器システムの他実施形態の模式的な図である。 電力増幅器システムの他実施形態の模式的な図である。 電力増幅器システムの他実施形態の模式的な図である。 電力増幅器システムの他実施形態の模式的な図である。 図７Ａは、パッケージ状モジュールの一実施形態の模式的な図である。図７Ｂは、図７Ａの７Ｂ-７Ｂ線に沿ったパッケージ状モジュールの断面の模式的な図である。
所定の実施形態の以下の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な記載を表す。しかしながら、ここに記載のイノベーションは、例えば特許請求の範囲によって画定され及びカバーされる多数の異なる態様で具体化することができる。本記載において、同じ参照番号が同一の又は機能的に類似の要素を示し得る図面が参照される。理解されることだが、図面に示される要素は必ずしも縮尺どおりではない。さらに理解されることだが、所定の実施形態は、図面に示されるよりも多くの要素を含んでよく、及び／又は図面に示される要素の部分集合を含んでよい。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴のいずれかの適切な組み合わせを組み入れてよい。
セルラー通信システムのようなモバイルアプリケーションにおいて、電池寿命を延ばすことは重要である。有意な電池充電量を消費する一つの動作が電力増幅である。
効率を増大させ、ひいては電池寿命を延ばすべく、ＲＦ通信システムは、電力増幅器の供給電圧の電圧レベルを制御する電力管理回路を含み得る。例えば、電力管理回路は、様々な電力管理技法を用いることができる。これにより、電力増幅器の供給電圧の電圧レベルを経時的に変化させ、電力増幅器の電力付加効率（ＰＡＥ）を改善することにより電力散逸を低減することができる。
電力増幅器の効率を改善する一つの技法は、平均電力追跡（ＡＰＴ）である。ここでは、ＤＣ・ＤＣ変換器又は他の適切な電圧調整器が、電力増幅器の平均出力電力に基づいて電力増幅器のための供給電圧を生成するように使用される。
電力増幅器の効率を改善する他の技法は、包絡線追跡（ＥＴ）である。ここでは、電力増幅器の供給電圧が、ＲＦ信号の包絡線との関係で制御される。すなわち、ＲＦ信号の包絡線の電圧レベルが増えると、電力増幅器の供給電圧の電圧レベルも増える。同様に、ＲＦ信号の包絡線の電圧レベルが減ると、電力増幅器の供給電圧の電圧レベルも減り、電力消費が低減される。
ＡＰＴ性能に最適化された電力増幅器は、準最適なＥＴ性能を示し得る。同様に、ＥＴ性能に最適化された電力増幅器は、準最適なＡＰＴ性能を示し得る。このような電力増幅器のトレードオフは、電力増幅器がＥＴモード及びＡＰＴモード双方に対してバックオフなしにフル送信電力をサポートする仕様とされるアプリケーションにおいて特に悪化し得る。
電力増幅器のバイアススイッチングの装置及び方法がここに与えられる。所定の構成において、電力増幅器システムは、ＲＦ信号に増幅を与える電力増幅器と、当該電力増幅器の供給電圧の電圧レベルを制御する電力管理回路と、当該電力増幅器にバイアスを与えるバイアス制御回路とを含む。電力管理回路は、例えばＡＰＴモード及びＥＴモードを含む多数の供給制御モードにおいて動作可能である。バイアス制御回路は、電力管理回路の供給制御モードに基づいて電力増幅器のバイアスをスイッチングするべく構成される。
所定の実装例において、電力増幅器は、バイアス制御回路により制御される多数のバイアスネットワークを含む。付加的に、バイアス制御回路は、バイアスネットワークの一つ以上を、電力管理回路がどの供給制御モードで動作しているのかに基づいてアクティブにする。一例において、特定のバイアスネットワークがＡＰＴモードにおいてアクティブにされ、他のバイアスネットワークはＥＴモードにおいてアクティブにされる。
アクティブにされるバイアスネットワークを変更又はスイッチングすることにより、電力増幅器のバイアスの信号レベルを制御することができる。所定の実装例において、アクティブにされるバイアスネットワークをスイッチングすることにより、電力増幅器のバイアスインピーダンスも制御される。例えば、異なるバイアスインピーダンスを、バイアスネットワークの異なる組み合わせをアクティブにすることによって与えることができる。付加的に、バイアスネットワークは、特定の供給制御モードを最適化するように別個に設計することができる。これは、例えば、当該モードに関連付けられる振幅歪み（ＡＭ／ＡＭ）及び／又は位相歪み（ＡＭ／ＰＭ）を補償する回路を含むことによる。
したがって、電力増幅器は、ＡＰＴモード及びＥＴモードのような多数の供給制御モードをサポートして当該モードにわたり最適又は近最適な性能で動作するように設計することができる。
所定の実装例において、バイアス制御回路は、モバイルインダストリプロセッサインタフェイス無線周波数フロントエンド（ＭＩＰＩ ＲＦＦＥ）バスのようなシリアルインタフェイスを含む半導体ダイ上に実装される。付加的に、電力増幅器のバイアスのスイッチングは、シリアルインタフェイスを介してバイアス制御回路に送信される制御コマンド又はワード（例えばＭＩＰＩワード）によって制御される。
ここでのスイッチング可能バイアススキームにより、各供給制御モードに対して独立又は別個のバイアスレベル及び／又はバイアスインピーダンスを許容することによって性能を最適化する柔軟性が与えられる。一例において、スイッチング可能バイアスは、ＡＰＴモード及びＥＴモード双方に対してフル送信電力を効率的にサポートするべく、電力増幅器を有効にすることができる。ここでのバイアススキームは、単段電力増幅器にも、２つ以上の段を含む多段電力増幅器にも適用することができる。
図１は、携帯デバイス８００の一実施形態の模式的な図である。携帯デバイス８００は、ベース帯域システム８０１、送受信器８０２、フロントエンドシステム８０３、アンテナ８０４、電力管理システム８０５、メモリ８０６、ユーザインタフェイス８０７、及び電池８０８を含む。
携帯デバイス８００が、本開示の一以上の特徴を含み得るＲＦシステムの一例を示すにもかかわらず、ここでの教示は、多種多様な態様で実装される電子システムにも適用可能である。
携帯デバイス８００は、２Ｇ、３Ｇ、４Ｇ（ＬＴＥ、ＬＴＥアドバンスト及びＬＴＥアドバンストプロを含む）、５Ｇ、ＷＬＡＮ（例えばＷｉ−Ｆｉ）、ＷＰＡＮ（例えばブルートゥース（登録商標）及びＺｉｇＢｅｅ（登録商標））、ＷＭＡＮ（例えばＷｉＭａｘ）、及び／又はＧＰＳ技術を含むがこれらに限られない多種多様な通信技術を使用して通信するべく使用することができる。
送受信器８０２は、送信のためのＲＦ信号を生成し、アンテナ８０４から受信した入来ＲＦ信号を処理する。理解されることだが、ＲＦ信号の送信及び受信に関連付けられた様々な機能は、送受信器８０２として図１にまとめて表されている一以上のコンポーネントによって達成することができる。一例において、所定タイプのＲＦ信号を扱うべく別個のコンポーネント（例えば別個の回路又はダイ）を設けることができる。
図１に示されるように、送受信器８０２は、フロントエンドシステム８０３に及び電力管理回路８０５に、シリアルインタフェイス８０９を使用して接続される。図示のＲＦコンポーネントのすべて又は一部は、初期化中に及び／又は完全な動作状態の間に携帯デバイス８００を構成するべく、シリアルインタフェイス８０９を介して制御することができる。他実施形態において、ベース帯域プロセッサ８０１は、付加的又は代替的にシリアルインタフェイス８０９に接続され、フロントエンドシステム８０３及び／又は電力管理システム８０５のコンポーネントのような一以上のＲＦコンポーネントを構成するように動作する。
フロントエンドシステム８０３は、アンテナ８０４に送信され及び／又はアンテナ８０４から受信される信号のコンディショニングを支援する。図示の実施形態において、フロントエンドシステム８０３は、電力増幅器バイアスを制御する一以上のバイアス制御回路８１０、一以上の電力増幅器（ＰＡｓ）８１１、一以上の低雑音増幅器（ＬＮＡｓ）８１２、一以上のフィルタ８１３、一以上のスイッチ８１４、及び一以上のデュプレクサ８１５を含む。しかしながら、他の実装例も可能である。
例えば、フロントエンドシステム８０３は、送信のための信号増幅、受信信号の増幅、信号のフィルタリング、異なる帯域間のスイッチング、異なる電力モード間のスイッチング、送信モード及び受信モード間のスイッチング、信号のデュプレクシング、信号のマルチプレクシング（例えばダイプレクシング又はトライプレクシング）、又はこれらの何らかの組み合わせを含むがこれらに限られない一定数の機能を与えることができる。
所定の実装例において、携帯デバイス８００はキャリアアグリゲーションをサポートするので、ピークデータレートを増加させる柔軟性が得られる。キャリアアグリゲーションは、周波数分割デュプレクシング（ＦＤＤ）及び時分割デュプレクシング（ＴＤＤ）の双方に使用することができ、複数のキャリア又はチャネルを集約するべく使用され得る。キャリアアグリゲーションは、同じ動作周波数帯域内の隣接キャリアが集約される隣接集約を含む。キャリアアグリゲーションはまた、不連続であってもよく、共通の帯域内の又は異なる帯域における周波数が分離されたキャリアを含んでよい。
アンテナ８０４は、多種多様なタイプの通信のために使用されるアンテナを含み得る。例えば、アンテナアレイ８０４は、多種多様な周波数及び通信規格に関連付けられた信号を送信及び／又は受信するアンテナを含み得る。
所定の実装例において、アンテナ８０４は、ＭＩＭＯ通信及び／又はスイッチトダイバーシティ通信をサポートする。例えば、ＭＩＭＯ通信は、単数の無線周波数チャネルを経由して多数のデータストリームを通信するべく多数のアンテナを使用する。ＭＩＭＯ通信は、高い信号対雑音比、符号化の改善、及び／又は無線環境の空間的なマルチプレクシング差異に起因する信号干渉の低減により利益を受ける。スイッチトダイバーシティとは、特定のアンテナが特定の時刻に動作するべく選択される通信を称する。例えば、観測されたビットエラーレート及び／又は信号強度インジケータのような様々な因子に基づいて一群のアンテナから特定のアンテナを選択するべく、スイッチを使用することができる。
携帯デバイス８００は、所定の実装例において、ビームフォーミングとともに動作する。例えば、フロントエンドシステム８０３は、送受信器８０２により可変位相が制御される位相シフタを含み得る。付加的に、位相シフタは、アンテナ８０４を使用した信号の送信及び／又は受信のためのビームフォーメーション及び指向性を与えるべく制御される。例えば、信号送信の文脈において、アンテナ８０４に与えられる送信信号の位相は、アンテナ８０４から放射された信号が、建設的及び破壊的干渉を使用して組み合わされ、所与の方向に伝播する信号強度のビーム状の品質を示す集約送信信号を生成するように制御される。信号受信の文脈において、位相は、信号が特定の方向からアンテナ８０４に到着しているときに多くの信号エネルギーが受信されるように制御される。所定の実装例において、アンテナ８０４は、ビームフォーミングを向上させるべく複数のアンテナ素子の一以上のアレイを含む。
ベース帯域システム８０１は、音声及びデータのような様々なユーザ入力及び出力（Ｉ／Ｏ）の処理を容易にするべくユーザインタフェイス８０７に結合される。ベース帯域モデム８０１は、送受信器８０２が送信のためにＲＦ信号を生成する送信信号のデジタル表現を送受信器８０２に与える。ベース帯域システム８０１はまた、送受信器８０２により与えられる受信信号のデジタル表現を処理する。図１に示されるように、ベース帯域システム８０１は、携帯デバイス８００の動作を容易にするべくメモリ８０６に結合される。
メモリ８０６は、携帯デバイス８００の動作を容易にするべく、及び／又はユーザ情報の格納を与えるべく、データ及び／又は命令を格納することのような、多種多様な目的のために使用することができる。
電力管理システム８０５は、携帯デバイス８００の、一定数の電力管理機能を与える。所定の実装例において、電力管理システム８０５は、電力増幅器８１１の供給電圧を制御する電力増幅器（ＰＡ）供給制御回路を含む。例えば、電力管理システム８０５は、電力付加効率（ＰＡＥ）のような効率を改善するべく、当該電力増幅器の一つ以上に与えられる供給電圧を変化させるように構成することができる。
電力管理システム８０５は、ＡＰＴモード又はＥＴモードのような選択可能供給制御モードにおいて動作することができる。図示の実施形態において、電力管理システム８０５の選択供給制御モードは、送受信器８０２によって制御される。所定の実装例において、送受信器８０２は、シリアルインタフェイス８０９を使用して選択供給制御モードを制御する。
図１に示されるように、電力管理システム８０５は、電池８０８から電池電圧を受信する。電池８０８は、携帯デバイス８００において使用される任意の適切な電池であってよく、例えばリチウムイオン電池を含む。電力管理システム８０５が、フロントエンドシステム８０３とは別個に示されるにもかかわらず、所定の実装例において、電力管理システム８０５のすべて又は一部（例えばＰＡ供給制御回路）は、フロントエンドシステム８０３に統合される。
図２Ａは、電力増幅器供給電圧対時間の第１例のグラフ１７である。グラフ１７は、ＲＦ信号１１の電圧、ＲＦ信号の包絡線１２、及び電力増幅器供給電圧１３対時間を示す。グラフ１７は、電力増幅器供給電圧１３が実質的に固定される実装例の波形の一例に対応する。
電力増幅器の電力増幅器供給電圧１３が、ＲＦ信号１１の電圧よりも大きい電圧を有することが重要となり得る。例えば、ＲＦ信号の振幅よりも小さな振幅を有する電力増幅器供給電圧を使用して電力増幅器に電力を与えることは、ＲＦ信号をクリップし、ひいては信号歪み及び／又は他の問題をもたらし得る。すなわち、電力増幅器供給電圧１３を、包絡線１２よりも大きくしておくことが重要となり得る。しかしながら、電力増幅器供給電圧１３とＲＦ信号１１の包絡線１２との電圧差は、低減することが望ましい。電力増幅器供給電圧１３と包絡線１２との間のエリアが、電池寿命を低減させるとともに無線デバイスに生じる熱を増加させ得る喪失エネルギーを表し得るからである。
図２Ｂは、電力増幅器供給電圧対時間の第２例のグラフ１８である。グラフ１８は、ＲＦ信号１１の電圧、ＲＦ信号の包絡線１２、及び電力増幅器供給電圧１４対時間を示す。グラフ１８は、電力増幅器供給電圧１４が包絡線追跡により生成される実装例の波形の一例に対応する。
包絡線追跡は、電力増幅器により増幅されたＲＦ信号の包絡線との関係で電力増幅器供給電圧の電圧レベルを効率的に制御することにより、電力増幅器システムの電力付加効率（ＰＡＥ）を増大させるべく使用することができる技法である。すなわち、ＲＦ信号の包絡線が上昇すると、電力増幅器に供給される電圧も上昇し得る。同様に、ＲＦ信号の包絡線が下降すると、電力増幅器に供給される電圧も下降して電力消費が減少する。
図２Ａの電力増幅器供給電圧１３とは対照的に、図２Ｂの電力増幅器供給電圧１４は、ＲＦ信号１１の包絡線１２との関係で変化する。図２Ｂにおける電力増幅器供給電圧１４と包絡線１２との間のエリアは、図２Ａにおける電力増幅供給電圧１３と包絡線１２との間のエリアよりも小さいので、図２Ｂのグラフ１８は、エネルギー効率が大きな電力増幅器システムに関連付けることができる。
図２Ｃは、電力増幅器供給電圧対時間の第３例のグラフ１９である。グラフ１９は、ＲＦ信号１１の電圧、ＲＦ信号の包絡線１２、及び電力増幅器供給電圧１５対時間を示す。グラフ１９は、電力増幅器供給電圧１５が平均電力追跡（ＡＰＴ）により生成される実装例の波形の一例に対応する。
ＡＰＴは、電力増幅器の効率を改善する一つの技法である。ここで、電力増幅器の供給電圧の電圧レベルは、電力増幅器の平均出力電力に基づいて制御される。ＡＰＴを使用して動作するとき、電力増幅器供給電圧の電圧レベルは、特定の時間スロットに対して実質的に固定され得るが、後続の時間スロットに対しては、平均出力電力（例えば送信電力制御レベル）に基づいて調整され得る。ＡＰＴは、固定電力増幅器供給電圧と比べて効率的な利得を達成することができるが、包絡線追跡よりは効率的でない利得となる。しかしながら、包絡線追跡は、ＡＰＴと比べて高い複雑性、コスト及び／又はオーバーヘッドを有し得る。
図３は、電力増幅器システム２０の一実施形態の模式的な図である。図示の電力増幅器システム２０は、スイッチ２１、アンテナ２２、方向性結合器２４、電力管理回路３０、バイアス制御回路３１、電力増幅器３２、送受信器３３、及びベース帯域プロセッサ３４を含む。
図３が電力増幅器システムの一実施形態を示すにもかかわらず、ここでの教示は、多種多様な態様で実装される電力増幅器システムにも適用可能である。例えば、電力増幅器システムは、これよりも多い又は少ないコンポーネント、異なる配列のコンポーネント、及び／又は異なる態様で実装されたコンポーネントを含み得る。
図示の実施形態において、送受信器３３は、電力増幅器制御回路３６、Ｉ／Ｑ変調器３７、混合器３８、及びアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）３９を含む。明確性を目的として図３に示されないにもかかわらず、送受信器３３はまた、一以上の受信経路を経由して一以上のアンテナ（例えばアンテナ２２及び／又は他のアンテナ）から受信した信号を処理することもできる。さらに、送受信器３３は、送信経路、観測経路、及び／又は電力増幅器制御回路の異なる実装例を含むがこれらに限られない他の態様で実装してよい。
ベース帯域信号プロセッサ３４は、所望の振幅、周波数及び位相の正弦波又は正弦信号を表すのに使用可能な同相（Ｉ）信号及び直角位相（Ｑ）信号を生成するべく使用することができる。例えば、Ｉ信号は、正弦波の同相成分を表すべく使用され、Ｑ信号は、正弦波の直交位相成分を表すべく使用される。これらは、正弦波の等価表現とすることができる。所定の実装例において、Ｉ信号及びＱ信号は、デジタルフォーマットでＩ／Ｑ変調器３７に与えられる。ベース帯域プロセッサ３４は、ベース帯域信号を処理するべく構成された任意の適切なプロセッサとしてよい。例えば、ベース帯域プロセッサ３４は、デジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ、プログラム可能コア、又はこれらの任意の組み合わせを含んでよい。さらに、いくつかの実装において、電力増幅器システム２０には、２つ以上のベース帯域プロセッサ３４を含めることができる。
Ｉ／Ｑ変調器３７は、ベース帯域プロセッサ３４からのＩ信号及びＱ信号を受信し、当該Ｉ信号及びＱ信号を処理してＲＦ信号を生成するべく構成することができる。例えば、Ｉ／Ｑ変調器３７は、Ｉ信号及びＱ信号をアナログフォーマットに変換するべく構成されたデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）と、Ｉ信号及びＱ信号をＲＦにアップコンバートする混合器と、アップコンバートされたＩ信号及びＱ信号を結合して電力増幅器３２による増幅にとって適切なＲＦ信号にする信号結合器とを含んでよい。所定の実装例において、Ｉ／Ｑ変調器３７は、処理される信号の周波数内容をフィルタリングするべく構成された一つ以上のフィルタを含み得る。
電力増幅器３２は、Ｉ／Ｑ変調器３７からＲＦ信号を受信することができ、有効な場合にはスイッチ２１を介してアンテナ２２に増幅ＲＦ信号を与えることができる。方向性結合器２４は、電力増幅器３２の出力とスイッチ２１の入力との間に位置決めすることができるので、スイッチ２１の挿入損失を含むことのない電力増幅器３２の出力電力測定が許容される。しかしながら、電力測定の他の構成も可能である。
図示の構成において、方向性結合器２４からの検知された出力信号が、混合器３８に与えられる。混合器３８は、検知された出力信号に、制御周波数の基準信号を乗算する。混合器３８は、検知された出力信号の周波数成分をダウンシフトすることにより、ダウンシフトされた信号を生成するべく動作する。ダウンシフト信号はＡＤＣ３９に与えられる。ＡＤＣ３９は、ダウンシフト信号を、ベース帯域プロセッサ３４による処理に適したデジタルフォーマットに変換することができる。電力増幅器３２の出力とベース帯域プロセッサ３４との間にフィードバック経路を含むことにより、ベース帯域プロセッサ３４は、Ｉ信号及びＱ信号を動的に調整して電力増幅器システム２０の動作を最適化するべく構成することができる。例えば、電力増幅器システム２０をこの態様で構成することにより、電力増幅器３２のＰＡＥ及び／又は線形性の制御を支援することができる。
図示の実施形態において、電力管理回路３０は、送受信器３３から電力制御信号を受信し、電力増幅器３２の供給電圧を制御する。所定の実装例において、送受信器３３は、シリアルインタフェイスを介して電力管理回路３０に電気的に接続され、電力管理回路３０は、シリアルインタフェイスを経由して電力制御信号を受信する。
図３に示されるように、電力管理回路３０は、電力増幅器３２の入力段に電力を与える第１供給電圧ＶＣＣ１、及び電力増幅器３２の出力段に電力を与える第２供給電圧ＶＣＣ２を生成する。電力管理回路３０は、電力増幅器システムのＰＡＥを向上させるべく、第１供給電圧ＶＣＣ１及び／又は第２供給電圧ＶＣＣ２の電圧レベルを制御することができる。２つの制御供給電圧を有する一実施形態が示されるにもかかわらず、電力管理回路は、これよりも多い又は少ない供給電圧の電圧レベルを制御することができる。所定の実装例において、電力増幅器は、一以上の制御供給電圧及び一以上の実質的固定供給電圧によって動作する。
図示の実施形態において、電力制御信号は、電力管理回路３０に、ＡＰＴモード又はＥＴモードのような特定の供給制御モードにおいて動作させる命令を与える。すなわち、送受信器３３の電力増幅器制御回路３６は、本実施形態において、選択供給制御モードを制御する。
図３に示されるように、バイアス制御回路３１は、送受信器３３からバイアス制御信号を受信し、電力増幅器３２のためのバイアス制御信号を生成する。付加的に、バイアス制御回路３１は、バイアス制御信号に基づいてバイアス制御信号を生成する。
バイアス制御信号は、電力管理回路３０が動作している供給制御モードを特定する。バイアス制御回路３１は、示された供給制御モードに基づいてバイアス制御信号を生成する。所定の実装例において、送受信器３３は、シリアルインタフェイスを介してバイアス制御回路３１に電気的に接続される。バイアス制御回路３１は、選択供給制御モードを示す制御ワードを、シリアルインタフェイスを経由して受信する。
図４は、ＭＩＰＩ ＲＦＦＥバス５１を含むＲＦ通信システム６０の一実施形態の模式的な図である。ＲＦ通信システム６０はさらに、送受信器４１、電力増幅器モジュール４２、送信フィルタモジュール４３、受信フィルタモジュール４４、低雑音増幅器（ＬＮＡ）モジュール４５、アンテナスイッチモジュール４６、結合器モジュール４７、センサモジュール４８、電力管理モジュール４９、及びアンテナ５０を含む。
図４に示されるように、ＲＦ通信システム６０の様々なコンポーネントが、ＭＩＰＩ ＲＦＦＥバス５１を介して相互接続される。付加的に、送受信器４１は、ＭＩＰＩ ＲＦＦＥバス５１のマスターデバイスを含む。ＲＦコンポーネントはそれぞれが、ＭＩＰＩ ＲＦＦＥバス５１のスレーブデバイスを含む。送受信器４１のマスターデバイスは、初期化中に及び／又は動作状態の間にＲＦ通信システム６０を構成するべく、ＭＩＰＩ ＲＦＦＥバス５１を経由して制御コマンドを送信する。
電力増幅器モジュール４２は、電力増幅器と、当該電力増幅器のバイアスを制御するバイアス制御回路とを含み得る。付加的に、バイアス制御回路は、ＭＩＰＩ ＲＦＦＥバス５１のスレーブデバイスを含み得る。電力増幅器モジュール４２は、本開示の一以上の特徴に従って実装することができる。図４に示されるように、電力増幅器モジュール４２は、電力管理モジュール４９から一以上の電力増幅器供給電圧を受信する。
図４が、シリアルインタフェイスを経由して制御される電力増幅器モジュールを含み得るＲＦ通信システムの一例を示すにもかかわらず、ここでの教示は、多種多様な態様で実装されるＲＦ通信システムにも適用可能である。
図５Ａは、電力増幅器システム１００の他実施形態の模式的な図である。電力増幅器システム１００は、電力増幅器７０、電力管理回路７１、バイアス制御回路７２、第１供給インダクタ７３、及び第２供給インダクタ７４を含む。
図５Ａが、スイッチング可能バイアスを含む電力増幅器システムの一実施形態を示すにもかかわらず、ここでの教示は、多種多様な態様で実装される電力増幅器システムにも適用可能である。
電力増幅器７０は、入力段バイアスネットワーク７５、出力段バイアスネットワーク７６、入力段バイポーラトランジスタ８１、出力段バイポーラトランジスタ８２、入力整合回路８３、及び段間整合回路８４を含む。
図示の電力増幅器７０が２つの段を含むにもかかわらず、例えば、一つの段を含む電力増幅器、又は３つ以上の段を含む電力増幅器を含む他の構成も可能である。図示の電力増幅器７０が、バイポーラトランジスタを使用して実装されるにもかかわらず、ここでの教示は、電界効果トランジスタ構成にも適用可能である。
図５Ａに示されるように、電力増幅器７０はＲＦ入力信号ＲＦ＿ＩＮを受信し、そのＲＦ入力信号ＲＦ＿ＩＮは、入力段バイポーラトランジスタ８１を使用して増幅される。入力段バイポーラトランジスタ８１のコレクタが、増幅ＲＦ信号を生成し、その増幅ＲＦ信号は、出力段バイポーラトランジスタ８２のベースに与えられる。出力段バイポーラトランジスタ８２はさらに、増幅ＲＦ信号を増幅してＲＦ出力信号ＲＦ＿ＯＵＴを生成する。図５Ａに示されるように、入力段バイポーラトランジスタ８１及び出力段バイポーラトランジスタ８２のエミッタは、例えばグランド電位となり得る第１電圧Ｖ１に電気的に接続される。
当業者にわかることだが、入力整合回路８３及び段間整合回路８４は、インピーダンス整合を与えることによりＲＦ性能を向上させる。図５Ａに示されないにもかかわらず、電力増幅器７０は、出力整合回路及び／又は一以上の高調波終端回路を含み得る。
図５Ａの電力増幅器７０には、第１供給電圧ＶＣＣ１及び第２供給電圧ＶＣＣ２を使用して電力が与えられる。第１供給インダクタ７３は、第１供給電圧ＶＣＣ１と入力段バイポーラトランジスタ８１のコレクタとの間に電気的に接続され、第２供給インダクタ７４は、第２供給電圧ＶＣＣ２と出力段バイポーラトランジスタ８２のコレクタとの間に電気的に接続される。第１供給インダクタ７３及び第２供給インダクタ７４は、電力増幅器７０により生成されたＲＦ信号が供給電圧ＶＣＣ１、ＶＣＣ２に到達するのを妨げるのに十分なインピーダンスを与えながら電力増幅器７０への電力供給を支援することができる。
電力管理回路７１は、ＡＰＴモード及びＥＴモードを含む供給制御モードにおいて動作可能である。付加的に、電力管理回路７１は、電力管理回路７１に選択供給制御モードにおいて動作させる命令を与える電力制御信号を受信する。一実施形態において、電力制御信号は、ＭＩＰＩ ＲＦＦＥバスのようなシリアルインタフェイスを経由して受信される。
図５Ａに示されるように、電力管理回路７１は、電力増幅器７０の入力段バイポーラトランジスタ８１に電力を与えるべく第１供給電圧ＶＣＣ１を生成し、電力増幅器７０の出力段バイポーラトランジスタ８２に電力を与えるべく第２供給電圧ＶＣＣ２を生成する。
電力管理回路７１は、選択供給制御モードに基づいて第１供給電圧ＶＣＣ１及び／又は第２供給電圧ＶＣＣ２の電圧レベルを制御する。一例において、選択供給制御モードがＥＴモードのとき、電力管理回路７１は、電力増幅器７０により増幅される信号ＲＦ＿ＩＮの信号包絡線を追跡するべく第１供給電圧ＶＣＣ１及び／又は第２供給電圧ＶＣＣ２の電圧レベルを制御する。他例において、選択供給制御モードがＥＴモードのとき、電力管理回路７１は、電力増幅器７０の平均出力電力に基づいて第１供給電圧ＶＣＣ１及び／又は第２供給電圧ＶＣＣ２の電圧レベルを制御する。
入力段バイアスネットワーク７５は、入力段バイポーラトランジスタ８１のバイアスを制御する。図５Ａに示されるように、バイアス制御回路７２は、入力段バイアスネットワーク７５を制御し、ひいてはトランジスタのバイアスを制御する。図示の実施形態において、バイアス制御回路７２は、入力段バイアスネットワーク７５により生成されるバイアス信号の信号レベル、及び入力段バイアスネットワーク７５のインピーダンスを制御する。
図５Ａへの参照を続けると、出力段バイアスネットワーク７６は、出力段バイポーラトランジスタ８２のバイアスを制御する。付加的に、バイアス制御回路７２は、出力段バイアスネットワーク７６を制御し、ひいてはトランジスタのバイアスを制御する。図示の実施形態において、バイアス制御回路７２は、出力段バイアスネットワーク７６により生成されるバイアス信号の信号レベル、及び出力段バイアスネットワーク７６のインピーダンスを制御する。
図５Ａに示されるように、バイアス制御回路７２は、電力管理回路７１の選択供給制御モードを示す情報を含むバイアス制御信号を受信する。付加的に、バイアス制御回路７２はバイアス制御信号を生成し、入力段バイアスネットワーク７５及び出力段バイアスネットワーク７６は、受信したバイアス制御信号に基づいて制御される。一実施形態において、電力制御信号は、ＭＩＰＩ ＲＦＦＥバスのようなシリアルインタフェイスを経由して受信される。
電力増幅器７０は、入力段バイポーラトランジスタ８１にバイアスを与えるための、及び出力段バイポーラトランジスタ８２にバイアスを与えるための多数のバイアスネットワークを含む。図示の実施形態において、入力段バイアスネットワーク７５は、個々にアクティブにすることができる２つ以上のバイアスネットワークを含み、出力段バイアスネットワーク７６も、個々にアクティブにすることができる２つ以上のバイアスネットワークを含む。付加的に、バイアス制御回路７２は、バイアスネットワークのアクティベーションを、電力管理回路７１の選択供給制御モードに基づいて制御する。一例において、第１グループのバイアスネットワークがＡＰＴモードにおいてアクティブとなり、他グループのバイアスネットワークがＥＴモードにおいてアクティブになる。
アクティブにされるバイアスネットワークを変更又はスイッチングすることにより、入力段バイポーラトランジスタ８１及び出力段バイポーラトランジスタ８２のバイアス信号レベルを制御することができる。付加的に、アクティブにされるバイアスネットワークをスイッチングすることにより、入力段バイポーラトランジスタ８１及び出力段バイポーラトランジスタ８２のバイアスインピーダンスも制御することができる。例えば、入力段バイアスネットワーク７５及び出力段バイアスネットワーク７６に関連付けられるバイアスネットワークの異なる組み合わせをアクティブにすることにより、異なるバイアスインピーダンスを与えることができる。
したがって、電力増幅器７０のバイアスネットワークは、ＡＰＴモード及びＥＴモードのような多数の供給制御モードをサポートするように設計することができる。付加的に、電力増幅器は、多数の供給制御モードにわたり最適又は近最適な性能で動作し得る。すなわち、各供給制御モードに対して独立又は別個のバイアスレベル及びバイアスインピーダンスを許容することにより、柔軟性が与えられる。一例において、電力増幅器７０は、ＡＰＴモード及びＥＴモード双方に対してフル送信電力をサポートする。
図５Ｂは、電力増幅器システム１３０の他実施形態の模式的な図である。電力増幅器システム１３０は、電力増幅器１１０、電力管理回路１１１、バイアス制御回路１１２、第１供給インダクタ７３、及び第２供給インダクタ７４を含む。
図５Ｂに示されるように、電力管理回路１１１及びバイアス制御回路１１２は、シリアルインタフェイス又はバスを経由して制御ワードを受信する。制御ワードは、ＥＴモード又はＡＰＴモードのような選択供給制御モードを示すことができる。ＭＩＰＩ ＲＦＦＥバスを示す一例が示されるにもかかわらず、例えば集積回路間（Ｉ２Ｃ）バスのような他のタイプのバス又はインタフェイスを使用することもできる。
図５Ｂの電力増幅器１１０は、図５Ａの電力増幅器７０と同様であるが、図５Ｂの電力増幅器１１０が、振幅歪み（ＡＭ／ＡＭ）及び位相歪み（ＡＭ／ＰＭ）の補償を含むバイアスネットワークの実装例を示す点が異なる。
例えば、電力増幅器１１０は、バイアス制御回路１１２により制御されて入力段バイポーラトランジスタ８１のバイアスを与えるべく使用される入力段バイアスネットワーク１１５を含む。図５Ｂに示されるように、入力段バイアスネットワーク１１５は、振幅歪み補償回路１２１及び位相歪み補償回路１２３を含む。選択供給制御モードが変更されると、バイアス制御回路１１２は、入力段バイアスネットワーク１１０のうちアクティブにされているものにスイッチングする。付加的に、振幅歪み補償回路１２１及び位相歪み補償回路１２３は、所望の拡張、又は特定のモードに所望された圧縮を与え、ひいては補償を与えることができる。
同様に、電力増幅器１１０は、バイアス制御回路１１２により制御されて出力段バイポーラトランジスタ８２にバイアスを与えるべく使用される出力段バイアスネットワーク１１６を含む。図５Ｂに示されるように、出力段バイアスネットワーク１１６は、振幅歪み補償回路１２２及び位相歪み補償回路１２４を含む。選択供給制御モードが変更されると、バイアス制御回路１１２は、出力段バイアスネットワーク１１６のうちアクティブにされているものにスイッチングする。付加的に、振幅歪み補償回路１２２及び位相歪み補償回路１２４は、所望の拡張、又は特定のモードに所望された圧縮を与え、ひいては補償を与えることができる。
したがって、電力増幅器１１０のバイアスネットワークは、特定の供給制御モードを最適化するべく別個に設計することができる。その最適化は、当該モードに関連付けられる振幅歪み及び／又は位相歪みの補償を与えることを含む。
図５Ｂの電力増幅器システム１３０の付加的な詳細は、図５Ａの電力増幅器システム１００のものと同様としてよい。
図５Ｃは、電力増幅器システム１５０の他実施形態の模式的な図である。電力増幅器システム１５０は、電力増幅器１４０、電力管理回路１１１、バイアス制御回路１１２、第１供給インダクタ７３、及び第２供給インダクタ７４を含む。
図５Ｃの電力増幅器システム１５０は、図５Ｂの電力増幅器システム１３０と同様であるが、電力増幅器システム１５０が、電界効果トランジスタを使用して実装された電力増幅器を含む点が異なる。例えば、電力増幅器１４０は、入力段ＦＥＴ１４１及び出力段ＦＥＴ１４２を含む。図５Ｃに示されるように、入力段ＦＥＴ１４１のゲートは、入力段バイアスネットワーク１１５によるバイアスを受け、入力段ＦＥＴ１４１のドレインは、電力管理回路１１１からの第１供給電圧ＶＣＣ１による電力を受ける。付加的に、出力段ＦＥＴ１４２のゲートは、出力段バイアスネットワーク１１６によるバイアスを受け、出力段ＦＥＴ１４２のドレインは、第２供給電圧ＶＣＣ２による電力を受ける。
ここでの教示は、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、又はこれらの組み合わせを含む多種多様なトランジスタタイプを使用する電力増幅器に適用可能である。共通エミッタ段及び共通ソース段を使用する例が示されてきたにもかかわらず、電力増幅器段は、カスコード増幅器段の使用を含むがこれに限られない他の態様で実装してよい。
図６は、電力増幅器システム２９０の他実施形態の模式的な図である。電力増幅器システム２９０は、電力増幅器２００、電力管理回路２０１、バイアス制御回路２０２、第１供給インダクタＬ１、第２供給インダクタＬ２、第３供給インダクタＬ３、第１デカップリングキャパシタＣ１、第２デカップリングキャパシタＣ２、及び出力整合ネットワーク（ＯＭＮ）２０３を含む。
図示の電力管理回路２０１は、平均電力追跡のためのＤＣ・ＤＣ変換器２０７と、包絡線追跡のためのＥＴ変調器２０８とを含む。電力管理回路２０１は、選択供給制御モードを含む電力制御信号を受信する。図示の実施形態において、選択供給制御モードは、ＤＣ・ＤＣ変換器２０７が出力電力増幅器供給電圧を制御するＡＰＴモードと、ＥＴ変調器２０８が出力電力増幅器供給電圧を制御するＥＴモードとを含む多数の供給制御モードの中から選ばれる。電力制御信号は、本実施形態において、シリアルインタフェイス（例えばＭＩＰＩインタフェイス）によって受信される。
バイアス制御回路２０２は、制御回路２５３、第１基準電流源２５５、第２基準電流源２５６、基準トランジスタ２５７、増幅器２５８、抵抗器２５９、入力バイアス選択トランジスタ２６５ａ〜２６５ｂ、及び出力バイアス選択トランジスタ２６６ａ〜２６６ｂを含む。
図６を参照し続けると、バイアス制御回路２０２の制御回路２５３は、選択供給制御モード（例えばＥＴモード、ＡＰＴモード、又は供給制御電圧が実質的に固定される固定モードのような他のモード）を示すバイアス制御信号を受信する。図示の実施形態において、バイアス制御信号は、シリアルインタフェイス（本例ではＭＩＰＩ）によって受信される。選択供給制御モードに基づいて、制御回路２５３は、電力増幅器の入力段のための有効信号ＥＮ１Ａ、ＥＮ１Ｂ、及び電力増幅器の出力段のための有効信号ＥＮ２Ａ、ＥＮ２Ｂを制御する。図６に示されるように、有効信号ＥＮ１Ａ、ＥＮ１Ｂは、入力バイアス選択トランジスタ２６５ａ〜２６５ｂを制御するべく動作し、有効信号ＥＮ２Ａ、ＥＮ２Ｂは、出力バイアス選択トランジスタ２６６ａ〜２６６ｂを制御するべく動作する。
所定の実装例において、シリアルインタフェイスを経由して受信されたバイアス制御信号はまた、他のバイアス情報も与える。一例において、制御回路２５３は、バイアス制御回路２０２により生成される基準電流の振幅を制御するべく基準電位ＶＲＥＦを生成するために使用されるＤＡＣ２５４を含み、バイアス制御信号は、ＤＡＣ２５４へのデジタル入力値を制御するデータを含む。
特定の有効信号がアクティブになると、基準電流が、バイアス制御回路２０２から電力増幅器２００の対応バイアスネットワークへと流れる。特定の電力増幅器段（本例では入力段及び出力段）に対し、バイアス制御回路２０２は、双方の基準電流をアクティブ解除して電力増幅器段をオフにし、基準電流の一方をアクティブにして一つのバイアスネットワークをアクティブにし、又は双方の基準電流をアクティブにして双方のバイアスネットワークをアクティブにすることができる。バイアスネットワークのアクティベーションを制御することにより、対応電力増幅器段のバイアス信号レベル及びバイアスインピーダンスを制御することができる。
図６に示されるように、基準電流は、本実施形態において、それぞれが電界効果トランジスタのアレイとして実装される基準電流源によって生成される。例えば、第１基準電流源２５５がトランジスタ２５５ａ〜２５５ｄの第１アレイを使用して実装され、第２基準電流源２５６はトランジスタ２５６ａ〜２５６の第２アレイを使用して実装される。
所定の実装例において、基準電流源により生成される基準電流の量が、（例えば、本実施形態においては、基準電位ＶＲＥＦを制御するべくＤＡＣ２５４を使用して）制御可能となる。一実施形態において、基準電流源は、基準電流源が電流を一つのバイアスネットワークに与えているときと比べ、電流を２つのバイアスネットワークに与えているときの方が、多くの基準電流を与えるように制御される。
電力増幅器２００は、様々な回路を含む。これは、入力段バイポーラトランジスタ２１１、出力段バイポーラトランジスタ２１２、入力段バイアスネットワーク２０５、出力段バイアスネットワーク２０６、第１ＤＣブロックキャパシタ２１３、第２ＤＣブロックキャパシタ２１４、第３ＤＣブロックキャパシタ２１５、デジェネレーション抵抗器２１６、第１シャントインダクタ２１７、第２シャントインダクタ２１８、フィードバックキャパシタ２１９、及びフィードバック抵抗器２２０を含む。
入力段バイアスネットワーク２０５は、第１バイアスネットワーク及び第２バイアスネットワークを含む。第１バイアスネットワークは、第１バイポーラトランジスタ２２１、第１抵抗器２３１、及びダイオード２４１ａ〜２４１ｂの第１ストリングを含む。第２バイアスネットワークは、第２バイポーラトランジスタ２２２、第２抵抗器２３２、及びダイオード２４２ａ〜２４２ｂの第２ストリングを含む。すなわち、入力段バイアスネットワーク２０５は、本実施形態において２つのバイアスネットワークを含む。第１バイアスネットワーク及び第２バイアスネットワークは、所望のバイアスを達成するべく異なるように（例えば異なるコンポーネントサイズを使用して）実装することができる。
図６への参照を続けると、出力段バイアスネットワーク２０６は、第１バイアスネットワーク及び第２バイアスネットワークを含む。第１バイアスネットワークは、第１バイポーラトランジスタ２５１、第１抵抗器２６１、ダイオード２７１ａ〜２７１ｂの第１ストリング、及びフィードフォワードキャパシタ２８１を含む。付加的に、第２バイアスネットワークは、第２バイポーラトランジスタ２５２、第２抵抗器２６２、及びダイオード２７２ａ〜２７２ｂの第２ストリングを含む。すなわち、出力段バイアスネットワーク２０６は、本実施形態において２つのバイアスネットワークを含む。
バイアス制御回路２０２が基準電流を特定のバイアスネットワークに与えるとき、バイアスネットワークはアクティブにされる。例えば、基準電流ＩＲＥＦ１Ａを有効にすることにより、入力段バイアスネットワーク２０５の第１バイアスネットワークがアクティブになり、電流ＩＲＥＦ１Ｂを有効にすることにより、入力段バイアスネットワーク２０５の第２バイアスネットワークがアクティブになる。同様に、基準電流ＩＲＥＦ２Ａを有効にすることにより、出力段バイアスネットワーク２０６の第１バイアスネットワークがアクティブになり、電流ＩＲＥＦ２Ｂを有効にすることにより、出力段バイアスネットワーク２０６の第２バイアスネットワークがアクティブになる。しかしながら、バイアス制御回路２０２が、特定のバイアスネットワークへの基準電流を有効にしないとき、バイアスネットワークはアクティブ解除される。
アクティブにされるバイアスネットワークを変更又はスイッチングすることにより、入力段バイポーラトランジスタ２１１及び出力段バイポーラトランジスタ２１２のバイアス信号レベルを制御することができる。付加的に、アクティブにされるバイアスネットワークをスイッチングすることにより、入力段バイポーラトランジスタ２１１及び出力段バイポーラトランジスタ２１２のバイアスインピーダンスも制御することができる。例えば、入力段バイアスネットワーク２０５及び出力段バイアスネットワーク２０６に関連付けられるバイアスネットワークの異なる組み合わせをアクティブにすることにより、異なるバイアスインピーダンスを与えることができる。
特定の供給制御モードのためにアクティブにされたバイアスネットワークの選択組み合わせは、様々な態様で選択することができる。一例において、入力バイアスネットワーク２０５から一のバイアスネットワークと、出力バイアスネットワーク２０６からの一のバイアスネットワークとがＥＴモードにおいてアクティブにされ、入力バイアスネットワーク２０５からの他のバイアスネットワークと、出力バイアスネットワーク２０６からの他のバイアスネットワークとがＡＰＴモードにおいてアクティブにされる。しかしながら、例えば、特定の供給制御モードに対して多数のバイアスネットワークがアクティブにされる実装例を含む他の実装例も可能である。さらに、ここでの教示はまた、アクティブにされたバイアスネットワークが、選択供給制御に基づくのみならず、電力増幅器がフル送信電力で動作するか否かのような送信電力レベルにも基づいて選択される構成にも適用可能である。
電力増幅器２００のバイアスネットワークは、ＡＰＴモード及びＥＴモードのような多数の供給制御モードをサポートするように設計することができる。付加的に、電力増幅器２００は、多数の供給制御モードにわたり最適又は近最適な性能で動作し得る。すなわち、各供給制御モードに対して独立又は別個のバイアスレベル及びバイアスインピーダンスを許容することにより、柔軟性が与えられる。
電力増幅器のバイアスネットワークはまた、振幅歪み及び／又は位相歪みに補償を与える回路とともに実装してよい。例えば、図示の実施形態において、フィードフォワードキャパシタ２８１が、他のモード（例えばＡＰＴモード）と比べて一のモード（例えばＥＴモード）において利得拡張を与えるように設けられる。
一実施形態において、電力増幅器２００は、第１モジュールの第１半導体ダイ上に実装され、バイアス制御回路２０２は、第１モジュールの第２半導体ダイ上に実装され、電力管理回路２０１は、第２モジュールの、一以上の半導体ダイ上に実装される。
図６が電力増幅器システムの一実施形態を示すにもかかわらず、ここでの教示は、多種多様な態様で実装される電力増幅器システムにも適用可能である。したがって、電力増幅器、バイアス制御回路及び電力管理回路の特定の実装例が示されるにもかかわらず、他の実装例も可能である。
図７Ａは、パッケージ状モジュール３００の一実施形態の模式的な図である。図７Ｂは、図７Ａの７Ｂ-７Ｂ線に沿ったパッケージ状モジュール３００の断面の模式的な図である。
パッケージ状モジュール３００は、電力増幅器ダイ３０１、バイアス制御ダイ３０２、表面実装コンポーネント３０３、ワイヤボンド３０８、パッケージ基板３２０、及び封入構造物３４０を含む。パッケージ基板３２０は、そこに配置された導体から形成されるパッド３０６を含む。付加的に、ダイ３０１、３０２はパッド３０４を含み、ワイヤボンド３０８は、ダイ３０１、３０２のパッド３０４を、パッケージ基板３２０のパッド３０６に接続するべく使用されている。
電力増幅器ダイ３０１及びバイアス制御ダイ３０２は、本開示の一以上の特徴に従って実装される。所定の実装例において、パッケージ状モジュール３００は、外部電力管理回路から供給電圧を受信する供給ピン又はパッドを含む。付加的に、バイアスダイ３０２は、外部電力管理回路の供給制御モードに基づいて電力増幅器ダイ３０１のバイアスをスイッチングするバイアス制御回路を含む。バイアスダイ３０２は、ＭＩＰＩ ＲＦＦＥバスのようなシリアルインタフェイスを含んでよい。これは、外部電力管理回路の供給制御モードを示す制御信号を受信するべく使用される。
所定の実装例において、ダイ３０１、３０２は、異なる処理技術を使用して製造される。一例において、電力増幅器ダイ３０１は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）プロセスを使用して製造され、バイアス制御ダイ３０２は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）プロセスを使用して製造される。
パッケージ基板３２０は、ダイ３０１、３０２、並びに、例えば表面実装キャパシタ及び／又はインダクタを含み得る表面実装コンポーネント３０３のような、複数のコンポーネントを受容するように構成することができる。
図７Ｂに示されるように、パッケージ状モジュール３００は、複数のコンタクトパッド３３２を含むように示される。複数のコンタクトパッド３３２は、パッケージ状モジュール３００の、ダイ３０１、３０２を取り付けるべく使用される側に対向する側に配置される。パッケージ状モジュール３００をこの態様で構成することにより、パッケージ状モジュール３００を、無線デバイスの電話機基板のような回路基板に接続することが支援される。コンタクトパッド３３２の例は、ＲＦ信号、バイアス信号、電力低電圧、及び／又は電力高電圧を、ダイ３０１、３０２及び／又は表面実装コンポーネント３０３に与えるように構成することができる。図７Ｂに示されるように、コンタクトパッド３３２とダイ３０１との電気的接続は、パッケージ基板３２０を通る接続３３３によって容易にされ得る。接続３３３は、多層積層材パッケージ基板のビア及び導体に関連付けられる接続のような、パッケージ基板３２０を通るように形成された電気経路を表し得る。
いくつかの実施形態において、パッケージ状モジュール３００は、例えば、保護を与え、及び／又はパッケージ状モジュール３００の取り扱いを容易にする一以上のパッケージ構造も含み得る。かかるパッケージ構造は、パッケージ基板３２０並びにその上に配置されたコンポーネント及びダイを覆うように形成されたオーバーモールド又は封入構造物３４０を含み得る。
理解されることだが、パッケージ状モジュール３００が、ワイヤボンドに基づく電気接続の文脈で記載されるにもかかわらず、本開示の一以上の特徴はまた、例えばフリップチップ構成を含む他のパッケージ構成に実装することもできる。
アプリケーション
上述された実施形態のいくつかは、無線デバイス又は携帯電話機に関連する例を与えてきた。しかしながら、それらの実施形態の原理及び利点は、電力増幅器システムを必要とする任意の他のシステム又は装置に使用することができる。
かかる電力増幅器システムは、様々な電子デバイスに実装することができる。電子デバイスの例は、消費者用電子製品、当該消費者用電子製品の部品、電子試験機器等を含み得るが、これらに限られない。電子デバイスの例はまた、メモリチップ、メモリモジュール、光ネットワーク又は他の通信ネットワークの回路、及びディスクドライバ回路も含み得るが、これらに限られない。消費者用電子製品は、携帯電話機、電話機、テレビジョン、コンピュータモニタ、コンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）、電子レンジ、冷蔵庫、自動車、ステレオシステム、カセットレコーダ又はプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、ＣＤプレーヤ、ＶＣＲ、ＭＰ３プレーヤ、ラジオ、ビデオカメラ、カメラ、デジタルカメラ、携帯型メモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯／乾燥機、複写機、ファクシミリ機、スキャナ、多機能周辺デバイス、腕時計、置き時計等を含み得るが、これらに限られない。さらに、電子デバイスは未完成の製品も含んでよい。
むすび
本明細書及び特許請求の範囲全体にわたり、文脈上そうでないことが明らかでない限り、「含む」等の用語は、排他的又は網羅的な意味とは反対の包括的意味に、すなわち「〜を含むがこれらに限られない」との意味に解釈すべきである。ここで一般に使用される単語「結合」は、直接接続されるか又は一つ以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る２つ以上の要素を言及する。同様に、ここで一般に使用される単語「接続」は、直接接続されるか又は一以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る２以上の要素を言及する。加えて、単語「ここ」、「上」、「下」及び同様の趣旨の単語は、本アプリケーションにおいて使用される場合、本アプリケーション全体を言及し、本アプリケーションの任意の固有部分を言及するわけではない。文脈が許容する場合、単数又は複数を使用する上述の詳細な説明における用語はそれぞれ、複数又は単数をも含み得る。２つ以上の項目のリストを言及する単語「又は」及び「若しくは」は、当該単語の以下の解釈のすべてをカバーする。すなわち、当該リストの任意の項目、当該リストのすべての項目、及び当該リストの項目の任意の組み合わせである。
さらに、とりわけ「できる」、「し得る」、「してよい」、「かもしれない」、「例えば」、「のような」等のようなここに記載の条件付き言語は一般に、特にそうでないことが述べられ、又は使用の文脈上そうでないことが理解される場合を除き、所定の実施形態が所定の特徴、要素及び／又は状態を含む一方で他の実施形態がこれらを含まないことを伝えるように意図される。すなわち、かかる条件的言語は、特徴、要素及び／若しくは状態が一以上の実施形態にとって必要な任意の態様にあること、又は一以上の実施形態が必ず、筆者のインプット若しくは促しありで若しくはなしで、これらの特徴、要素及び／若しくは状態が任意の固有実施形態に含まれ若しくは当該実施形態で行われるか否かを決定するロジックを含むこと、を示唆することを一般には意図しない。
本発明の実施形態の上記詳細な説明は、排他的であることすなわち本発明を上記開示の正確な形態に制限することを意図しない。本発明の及びその例の特定の実施形態が例示を目的として上述されたが、当業者が認識するように、本発明の範囲において様々な均等の修正も可能である。例えば、プロセス又はブロックが所与の順序で提示されるが、代替実施形態は、異なる順序でステップを有するルーチンを行うこと又はブロックを有するシステムを用いることができ、いくつかのプロセス又はブロックは削除、移動、追加、細分化、結合、及び／又は修正することができる。これらのプロセス又はブロックはそれぞれが、様々な異なる態様で実装することができる。また、プロセス又はブロックが直列的に行われるように示されることがあるが、これらのプロセス又はブロックは、その代わりに、並列して行い又は異なる時に行うこともできる。
ここに与えられた本発明の教示は、必ずしも上述のシステムに限られることがなく、他のシステムにも適用することができる。上述の様々な実施形態要素及び行為は、さらなる実施形態を与えるべく組み合わせることができる。
本発明のいくつかの実施形態が記載されたが、これらの実施形態は、例のみとして提示されており、本開示の範囲を制限することを意図しない。実際のところ、ここに記載される新規な方法及びシステムは、様々な他の形態で具体化することができる。さらに、ここに記載される方法及びシステムの形態における様々な省略、置換及び変更が、本開示の要旨から逸脱することなくなし得る。添付の特許請求の範囲及びその均等物が、本開示の範囲及び要旨に収まるかかる形態又は修正をカバーすることが意図される。

Claims (20)

  1. 携帯デバイスであって、
    無線周波数信号を増幅するべく構成された電力増幅器と、
    前記電力増幅器の供給電圧の電圧レベルを制御するべく構成された電力管理回路であって、複数の供給制御モードから選ばれた選択供給制御モードにおいて動作可能な電力管理回路と、
    前記電力管理回路の選択供給制御モードに基づいて前記電力増幅器のバイアスをスイッチングするべく構成されたバイアス制御回路と
    を含む、携帯デバイス。
  2. 前記複数の供給制御モードは、平均電力追跡モード及び包絡線追跡モードを含む、請求項１の携帯デバイス。
  3. 前記バイアス制御回路は、前記選択供給制御モードに基づいて前記電力増幅器のバイアスインピーダンスを制御するべく動作可能である、請求項１の携帯デバイス。
  4. 前記バイアス制御回路は、前記電力管理回路の選択供給制御モードを示す制御信号を受信するべく構成される、請求項１の携帯デバイス。
  5. 前記バイアス制御回路は、シリアルインタフェイスを経由して前記制御信号を受信するべく構成される、請求項４の携帯デバイス。
  6. 前記電力増幅器は、複数のバイアスネットワークを含み、
    前記バイアス制御回路は、前記選択供給制御モードに基づいて前記複数のバイアスネットワークを制御するべく動作可能である、請求項１の携帯デバイス。
  7. 前記バイアス制御回路は、前記複数のバイアスネットワークの異なる組み合わせを、前記選択供給制御モードに基づいて選択的にアクティブにする、請求項６の携帯デバイス。
  8. 前記複数のバイアスネットワークは、第１供給制御モードにおいてアクティブにされて第２供給制御モードにおいてアクティブ解除される第１バイアスネットワークを含み、
    前記第１バイアスネットワークは歪み補償回路を含む、請求項６の携帯デバイス。
  9. パッケージ状モジュールであって、
    パッケージ基板と、
    外部電力管理回路から供給電圧を受信するべく構成された供給ピンと、
    前記パッケージ基板に取り付けられた第１ダイであって、無線周波数信号を増幅するべく構成された電力増幅器を含む第１ダイと、
    前記パッケージ基板に取り付けられた第２ダイであって、前記供給電圧を制御する選択モードを示す制御信号に基づいて前記電力増幅器のバイアスをスイッチングするべく構成されたバイアス制御回路を含む第２ダイと
    を含む、パッケージ状モジュール。
  10. 前記選択モードは、平均電力追跡モード又は包絡線追跡モードの一方を示す、請求項９のパッケージ状モジュール。
  11. 前記選択モードに基づいて前記電力増幅器のバイアスインピーダンスを制御するべく動作可能である、請求項９のパッケージ状モジュール。
  12. 前記第２ダイは、前記制御信号を受信するべく構成されたシリアルインタフェイスを含む、請求項９のパッケージ状モジュール。
  13. 前記電力増幅器は複数のバイアスネットワークを含み、
    前記バイアス制御回路は、前記選択モードに基づいて前記複数のバイアスネットワークを制御するべく動作可能である、請求項９のパッケージ状モジュール。
  14. 前記複数のバイアスネットワークは、前記供給電圧を制御する第１モードにおいてアクティブにされて前記供給電圧を制御する第２モードにおいてアクティブ解除される第１バイアスネットワークを含む、請求項１３のパッケージ状モジュール。
  15. 前記第１バイアスネットワークは歪み補償回路を含む、請求項１４のパッケージ状モジュール。
  16. 電力増幅器にバイアスを与える方法であって、
    電力増幅器を使用して無線周波数信号を増幅することと、
    電力管理回路を使用して前記電力増幅器の供給電圧の電圧レベルを制御することと、
    前記電力管理回路を、複数の供給制御モードから選ばれた選択供給制御モードにおいて動作させることと、
    バイアス制御回路を使用して前記選択供給制御モードに基づいて前記電力増幅器のバイアスをスイッチングすることと
    を含む、方法。
  17. 前記バイアス制御回路を使用して前記選択供給制御モードに基づいて前記電力増幅器のバイアスインピーダンスを制御することをさらに含む、請求項１６の方法。
  18. 前記選択供給制御モードを示す制御信号を、シリアルインタフェイスを経由して受信することをさらに含む、請求項１６の方法。
  19. 前記電力増幅器のバイアスをスイッチングすることは、前記電力増幅器の複数のバイアスネットワークの一つ以上を、前記選択供給制御モードに基づいて選択的にアクティブにすることを含む、請求項１６の方法。
  20. 前記複数のバイアスネットワークの異なる組み合わせを、前記選択供給制御モードに基づいてアクティブにすることをさらに含む、請求項１９の方法。
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