JP2022534647A - マルチステージパルス成形ネットワーク - Google Patents

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Abstract

離散供給変調システムにおいて、回路は、電力管理回路(PMC)から可変バイアス供給信号を受信するように構成される入力を有し、1つ以上の第2のPSNステージに結合される出力を有し、1つ以上の第2のPSNステージの各々は、1つ以上の無線周波数増幅器のそれぞれの供給(すなわちバイアス)端子に結合されるように構成される出力を有する第1のPSNステージを有するマルチステージパルス成形ネットワーク(PSN)を含む。そのような配列は、第5世代(5G)通信、および802.11a/b/g/n/ac/ax/ad/ay等の他のコネクティビティプロトコルに従って動作するモバイル携帯電話機内の伝送システムとの併用のために好適であり、マルチ入力/マルチ出力(MIMO)と、アップリンクキャリアアグリゲーション(ULCA)と、ビーム形成とを含む複数の同時伝送システムとの併用のために好適である。

Description

本明細書に開示される主題は、概して、無線周波数(RF)回路に関し、より具体的には、供給変調伝送機を動作させることにおける使用のためのデバイス、システム、および技法に関する。
当技術分野において公知であるように、無線周波数(RF)伝送機は、RF信号を生み出すデバイスである。RF伝送機は、例えば、電磁波(電波)を使用してある距離にわたって情報を伝送する無線通信システムの一部として含まれ得る。
また、公知であるように、(例えば、携帯電話等のモバイルデバイスにおける使用のために好適なもの等の)RF通信伝送機において、エネルギー効率と線形性との間でのトレードオフが、概して、行われなければならない。したがって、ユーザが高い効率と高い線形性との両方を伴うRF信号を搬送するデータを伝送することを可能にするシステムおよび技法を提供することが、望ましくあり得る。
本明細書に説明される概念、システム、デバイス、および技法によると、供給変調システムにおいて、回路は、電力管理回路(PMC)に結合されるように構成される入力を有し、出力を有する第1のPSNステージ(例えば、いわゆる、ステージA)と、1つ以上の第2のPSNステージ(例えば、1つ以上の、いわゆる、ステージB)とを有するマルチステージの第1のパルス成形ネットワーク(PSN)を備え、1つ以上の第2のPSNステージの各々は、第1のPSNステージの出力に結合されるように構成される入力を有し、無線周波数(RF)増幅器の供給端子に結合されるように構成される出力を有する。
この特定の配列を用いると、線形性および効率を維持しながら、供給変調伝送機(すなわち、アナログ供給変調伝送機およびデジタル供給変調伝送機の両方)のための受信帯域雑音および帯域外放出を制御することが可能である回路が、提供される。さらに、本明細書において下記の説明から明白となるように、本明細書に説明される概念および技法により提供される回路はまた、コスト効率が良いモバイルデバイス形状因子にあるPMCから離間される(例えば、それから物理的に遠い)多くのRF増幅器(例えば、RF電力増幅器)を収容し得る。
実施形態では、第1のPSNステージは、受動LCフィルタを備える。実施形態では、第1のPSNステージは、寄生要素を利用して実装される。例えば、第1のPSNステージは、PMC、および/または第1のPSNステージと第2のPSNステージとの間に電気接続を提供する電気信号経路回路(例えば、いわゆるAステージと1つ以上のいわゆるBステージとの間に電気接続を提供する信号経路)の寄生インダクタンスおよび/または容量性特性および/または抵抗特性を利用して、実装され得る。
本明細書に説明される概念、システム、デバイス、および技法のさらなる側面によると、供給変調システムにおいて、第1および第2の端子を有する再構成可能なフィルタ回路は、2つ以上の信号経路を含み、少なくとも2つ以上の信号経路の各々は、少なくとも1つのリアクタンス要素を備え、2つ以上の信号経路のうちの少なくとも1つは、基準電位と再構成可能なフィルタ回路の第1および第2の端子のうちの少なくとも一方との間の少なくとも1つのリアクタンス要素のうちの少なくとも1つを選択的に結合するように構成されるスイッチ要素を含む。
この特定の配列を用いると、RF増幅器の供給電圧端子(すなわち、バイアス端子)に複数のフィルタ特性を提供するように構成される再構成可能なフィルタ回路が、提供される。開放または閉鎖位置にある2つ以上の信号経路の各々の中にスイッチを設置することによって、所定のRF周波数帯域にわたる複数の異なるフィルタリング特性のうちの1つが、提供され得る。スイッチは、所望のフィルタ特性を提供するように独立して動作され得る。例えば、N個の再構成可能な構成可能な信号経路(Nは、1を上回るか、または1に等しい再構成可能なフィルタ回路内のいくつかの切り替え可能な信号経路に対応する整数である)を用いると、再構成可能なフィルタ回路は、2個の異なるフィルタ特性を提供することが可能である。したがって、この配列は、所定のRF周波数帯域にわたる複数の所望のフィルタリング特性のうちの1つの選択を可能にする。
実施形態では、再構成可能なフィルタ回路によって提供されるフィルタ特性が、RF増幅器のRF出力ポートに結合される負荷のインピーダンスを、再構成可能なフィルタ回路が結合されるものに変更することに応答して、選択され得る。したがって、再構成可能なフィルタ回路は、所定のRF周波数帯域にわたる複数の所望のフィルタリング特性のうちの1つの動的選択を可能にする。実施形態では、少なくとも2つ以上の信号経路のうちの少なくとも1つは、リアクタンス要素のうちの1つに結合される第1の端子と、基準電位に結合される第2の端子とを有するスイッチ要素を備える。
リアクタンス要素と、基準電位または再構成可能なフィルタ端子のうちの1つのいずれかとの間に結合されるスイッチ要素を提供することによって、リアクタンス要素の特性のインピーダンスが、フィルタ回路の中および外に切り替えられる(したがって、フィルタ回路を再構成可能にする)ことができる。一実施形態では、スイッチを第1のスイッチ位置(例えば、スイッチがリアクタンス要素と基準電位との間に低インピーダンス信号経路を提供するような閉鎖位置)に設置することによって、第1のフィルタ特性を有する再構成可能なフィルタ回路が提供され、スイッチを第2の異なるスイッチ位置(例えば、スイッチがリアクタンス要素と基準電位との間に高インピーダンス信号経路を提供するような開放位置)に設置することによって、第2の異なるフィルタ特性を有する再構成可能なフィルタ回路が提供される。
実施形態では、少なくとも2つ以上の信号経路のうちの少なくとも1つは、再構成可能なフィルタ回路の第1および第2の端子のうちの一方に結合される第1の端子と、リアクタンス要素のうちの1つの第1の端子に結合される第2の端子とを有するスイッチ要素を備える。
再構成可能なフィルタ回路端子のうちの1つとリアクタンス要素との間に結合されるスイッチ要素を提供することによって、リアクタンス要素の特性のインピーダンスは、フィルタ回路の中および外に切り替えられる(したがって、フィルタ回路を再構成可能にする)ことができる。一実施形態では、スイッチを第1のスイッチ位置(例えば、スイッチがリアクタンス要素と再構成可能なフィルタ回路端子のうちの1つとの間に低インピーダンス信号経路を提供するような閉鎖位置)に設置することによって、第1のフィルタ特性を有する再構成可能なフィルタ回路が提供され、スイッチを第2の異なるスイッチ位置(例えば、スイッチがリアクタンス要素と再構成可能なフィルタ回路端子のうちの1つとの間に高インピーダンス信号経路を提供するような開放位置)に設置することによって、第2の異なるフィルタ特性を有する再構成可能なフィルタ回路が提供される。
実施形態では、リアクタンス要素のうちの1つの第2の端子が、基準電位(例えば、接地)に結合される。実施形態では、リアクタンス要素は、1つ以上の容量性要素および/または誘導性要素および/または抵抗要素を備え得る。実施形態では、スイッチ要素は、トランジスタ(例えば、電界効果トランジスタ)、ダイオード、または効果的に再構成可能なフィルタ回路に1つ以上のリアクタンス要素を電気的に接続する、またはそれから1つ以上のリアクタンス要素を電気的に接続解除する(もしくは別様に電気的に絶縁させる)ことが可能である任意の他の回路要素のうちの1つ以上を備え得る。実施形態では、リアクタンス要素は、所定の周波数範囲にわたる容量性インピーダンス特性を有する1つ以上の要素、および/または所定の周波数範囲にわたる誘導性インピーダンス特性を有する1つ以上の要素を備え得る。実施形態では、リアクタンス要素は、1つ以上のコンデンサおよび/またはインダクタを備え得る。実施形態では、再構成可能なフィルタ回路は、1つ以上の容量性要素および/または誘導性要素と直列または並列に結合される1つ以上の抵抗要素を備え得る。
供給変調システムは、任意のタイプ(アナログまたはデジタル)の供給変調に適用可能である。実施形態では、供給変調システムは、離散供給変調システムとして提供される。
前述の特徴は、以下の図面の説明からより完全に理解され得る。
図1は、単一の出力を有する電力管理回路(PMC)と、マルチステージ(すなわち、分裂型)パルス成形ネットワーク(PSN)とを含む無線周波数(RF)伝送機のある例証的実施形態のブロック図である。
図2は、結合されるマルチステージ(すなわち、分裂型)PSNを有する単一出力PMCを含むRF伝送機の別の例証的実施形態のブロック図である。
図3は、単一出力PMCと、複数のRF増幅器に結合されるマルチステージPSNのある代替実施形態とを有する例証的RF伝送機のブロック図である。
図4は、マルチ出力PMCと、複数のRF増幅器に結合されるマルチステージPSNのある代替実施形態とを有する例証的RF伝送機のブロック図である。
図5は、マルチステージPSNの例証的実施形態のブロック図である。
図6は、マルチステージPSNの代替実施形態のブロック図である。
図7は、マルチステージPSNの代替実施形態のブロック図である。
図8は、フィルタ端子と基準電位との間の抵抗要素と直列に結合されるシャントコンデンサを伴う脚部を有するマルチステージPSNとの併用のために好適な例証的フィルタ回路の概略図である。
図8Aは、フィルタ端子と基準電位との間の誘導性要素と直列に結合されるシャントコンデンサを伴う脚部を有するマルチステージPSNとの併用のために好適な例証的フィルタ回路の概略図である。
図8Bは、フィルタ端子間に結合される並列な誘導性経路と容量性経路とを有するマルチステージPSNとの併用のために好適な例証的フィルタ回路の概略図である。
図8Cは、フィルタ端子と基準電位との間のスイッチと直列に結合されるシャントコンデンサを有するマルチステージPSNとの併用のために好適な例証的フィルタ回路の概略図である。
図8Dは、フィルタ端子と基準電位との間のスイッチと直列に結合されるシャントコンデンサを有するマルチステージPSNとの併用のために好適な例証的フィルタ回路の概略図である。
図8Eは、例証的PSNのブロック図である。
図9は、分裂型PSNを有する例証的集積回路(IC)のブロック図である。
図9Aは、分裂型PSNを有する例証的ICのブロック図である。
図10は、マルチステージPSNに結合されるPMCを有する例証的ハイブリッド回路のブロック図である。
図10Aは、マルチステージPSNに結合されるPMCを有する代替の例証的ハイブリッド回路のブロック図である。
図11は、PMCモジュールと、RF増幅器モジュールとを有し、モジュールのうちの少なくとも一方は、マルチステージPSNの少なくとも一部を備える例証的な回路のブロック図である。
図11Aは、マルチステージPSNの一部を備えるRF増幅器モジュールの一部の概略図である。
ここで図1を参照すると、高い効率と高い線形性との両方を同時に達成することが可能である例証的な無線周波数(RF)伝送システム10は、バイアス電圧信号を無線周波数増幅器24のバイアス(すなわち、供給)端子23に供給する離散供給変調システム12を含む。
離散供給変調システム12は、制御論理回路網16(または、より単純には、制御論理16)を備えるコントローラ14を含む。制御論理16は、無線チャネルの中に伝送されるべき伝送データを受信するか、または別に入手し得る。伝送データは、任意のフォーマット(例えば、バイナリビットストリーム、IおよびQデータ等)にあり得る。制御論理16は、次いで、このデータおよび他の可能性として考えられる要因を使用し、デジタル/RF変調器18に信号を提供し得、デジタル/RF変調器18は、それに提供される信号を受信し、伝送されるべき対応するRF信号を発生させ得る。
いくつかの実施形態では、目標は、伝送データの正確な表現を含むRF伝送信号を発生させることであり得る。いくつかの異なる変調および符号化のスキーム(MCS)のうちのいずれかが、RF伝送信号内で伝送データを表すために使用され得る。MCSは、例えば、バイナリ位相偏移キーイング(BPSK)、4位相偏移キーイング(QPSK)、直交振幅変調(例えば、QAM、16QAM、64QAM、128QAM等)、直交周波数分割多重方式(OFDM)、および/または他のものを含み得る。これらのMCSのうちのいくつかは、比較的高いピーク対平均電力比を有する。
高いピーク対平均電力比を有するMCSは、典型的に、伝送データの正確な表現を提供するために、(例えば、図1の電力増幅器24等のRF電力増幅器を介した)非常に線形の電力増幅を要求する。本明細書に説明される種々の実施形態では、高いピーク対平均電力比を有しかつ/または厳しい誤差ベクトルマグニチュード(EVM)要件を有するMCSをサポートするための十分な線形性を伴う効率的な電力増幅を提供することが可能である伝送システムおよび技法が、説明される。
図1に示されるように、制御論理16は、伝送データ(例えば、RF伝送機10から伝送されるべきデータのストリーム(すなわち、伝送データ)であり得るI、Qデータ)を入手し、そのデータを使用して、入力情報をデジタル/RF変調器18に、および電力管理回路20に提供する。1つの可能性として考えられるアプローチでは、制御論理16が、別個のIおよびQデータをデジタル/RF変調器に提供し得る。デジタル/RF変調器は、次いで、I、Q情報を使用して、RF搬送波を変調させ、その出力において対応するRF信号を発生させ得る。周知であるように、IおよびQデータは、概して、振幅および位相を表す。したがって、IおよびQは、例えば、対応する振幅Aと、位相θとを有し得る。
デジタル/RF変調器に提供されるデータ(例えば、IおよびQデータ)に応答してデジタル/RF変調器によって出力されるRF信号は、したがって、振幅Aと位相θとを有するRF信号であり得る。いくつかの実装では、デジタル/RF変調器に提供される入力情報は、IおよびQ以外のフォーマットにあり得る。例えば、1つの可能性として考えられるアプローチでは、振幅および位相(A、θ)情報が、コントローラ14によってデジタル/RF変調器に送達され得る。上記に説明されるように、デジタル/RF変調器に適用される入力情報は、いくつかの実施形態では、サンプル毎に変化し得る。
デジタル/RF変調器18がそれに提供されるデータを受信するフォーマットにかかわらず、デジタル/RF変調器18は、RF増幅器24の入力24aにRF信号を提供する。当業者は、特定の用途のニーズに適するようなRF増幅器24の特性を選択する方法を理解するであろう。いくつかのアプリケーション(例えば、モバイル携帯電話機アプリケーション)では、RF増幅器24は、RF電力増幅器を備える。RF増幅器24は、それに提供されるRF信号を受信し、RF信号の増幅されたバージョンをその出力において提供する。RF増幅器24の出力は、例えば、別のRF回路に、またはアンテナの入力に結合され得る。
上記に記載されるように、電力管理回路(PMC)は、制御論理16から電力管理回路に提供される情報(例えば、制御信号)を受信し、それに応答して、可変供給バイアス電圧(すなわち、バイアス電圧信号)をRF増幅器24(例えば、RF電力増幅器)に提供する。実施形態では、可変供給バイアス電圧は、各パルスが離散数の電圧レベルのうちの1つを有するパルスの形態で提供される。すなわち、PMCは、複数の離散バイアス電圧のうちの1つをRF増幅器のバイアス端子に提供する。PMCによって提供されるそのような離散電圧供給レベルは、所定のものであってもよいし、または、要求される平均伝送出力レベルもしくは他の要因に基づいて経時的に適合されてもよい。
異なる電圧レベルのパルス間の遷移(すなわち、1つの電圧レベルから別のものへの遷移)は、変動する供給バイアス電圧信号V(t)(すなわち、バイアス電圧信号)内に望ましくない周波数成分を生じさせ得る。そのような可変供給バイアス電圧が、マルチステージパルス成形ネットワーク(PSN)22を通して増幅器24のバイアス(すなわち、供給)端子23に提供される。マルチステージPSNは、バイアス電圧信号内の望ましくない周波数成分をフィルタ除去するか、または別様に除去するように機能する。したがって、フィルタリングされたバイアス電圧信号が、RF増幅器24の供給端子25に提供される。
また、上記に記載されるように、PMCは、制御論理16からの制御信号に基づいて、可変供給バイアス電圧V(t)をRF増幅器に提供する。PMCは、RF増幅器に複数の離散電圧のうちの1つを選択的に供給するように構成され得、PSNを介してRF増幅器に離散電圧を供給し得る。
以下に提供される説明から明白となる理由のために、マルチステージPSNは、例えば、インダクタとコンデンサとを含む無損失型フィルタ要素を備え得、さらに、抵抗器および磁気ビーズ等の損失型要素を含み得る、離間されたステージ(すなわち、物理的に離間されたステージ)を備える。マルチステージPSNは、離散電圧レベル間の電圧遷移の成形および/または帯域幅限定を提供する役割を果たし、そうでなければ生じ得る発振の減衰を提供し得る。実施形態では、マルチステージPSNは、望ましいフィルタ応答特性を提供するように選択され得る。
有意には、また、以下に提供される説明から明白であるように、マルチステージPSNは、物理的に複数のステージに分割される。このアプローチは、マルチステージPSNが、各々の付加的増幅器を伴う全てのPSNセクションの構成要素を複製することなく、複数の増幅器に、適切にフィルタリングされたバイアス信号を提供することを可能にする。望ましい阻止帯域および除去帯域周波数特性ならびに望ましい通過帯域周波数および立ち上がり時間特性を有するマルチステージPSN22が、提供される。
そのようなマルチステージPSN配列は、第5世代(5G)通信、および802.11a/b/g/n/ac/ax/ad/ay等の他のコネクティビティプロトコルに従って動作する、モバイル携帯電話機内の伝送システムとの併用のために好適である。そのようなマルチステージPSN配列はまた、5Gマルチ入力/マルチ出力(MIMO)、アップリンクキャリアアグリゲーション(ULCA)、およびビーム形成システムとの併用のためにも好適である。
ここで図2を参照すると、RF伝送回路30は、(図1と併せて上記に説明されるPMC20と同一であるか、またはそれと同様であり得る)PMC20’を含み、PMC20’は、(例えば、図1と併せて上記に説明されるコントローラ14等のコントローラから)それに提供される情報(例えば、制御信号)を受信するように構成される入力を有し、それに応答して、可変供給バイアス電圧(例えば、特定の時点において複数の離散的な異なる電圧レベルのうちの1つを有するバイアス信号)を、RF入力24a’とRF出力24b’と供給端子25’とを有するRF増幅器24’に提供する。
可変供給バイアス電圧が、図1と併せて上記に説明されるPSN22と同一または同様であり得るマルチステージPSN22’を通して増幅器24’に提供される。この例証的実施形態では、マルチステージPSN22’は、第1のPSNステージ32(図2で「PSN-ステージA」として指定される)と、PSNステージAから物理的に分離される第2のPSNステージ34(図2で「PSN-ステージB」として指定される)とを含む。
物理的にPSN22’を複数のステージに分割することによって、第2のPSNステージ(すなわち、図2のステージB)内に第1のPSNステージ(すなわち、図2のステージA)の構成要素を複製することは、必要ではない。このアプローチは、基板(例えば、プリント回路基板(PCB))上に、より大きい回路構造を収容することがより可能である基板の区域内に、比較的大きいPSN構成要素を設置するための柔軟性をもたらす。すなわち、マルチステージPSNアプローチは、PMCを構成する他の構成要素の大部分によって要求される面積または体積より大きいある量の面積または体積(概して、空間もしくは領域と称される)を要求するPSN構成要素が、物理的に、そのような構成要素を収容し得るPCBの区域内に位置することを可能にする。さらに、マルチステージPSNアプローチは、回路構成要素のサイズの縮小(理想的には、その排除)を可能にする寄生要素(例えば、寄生インダクタンス)の使用を可能にする。これは、本明細書に説明されるマルチステージPSN技法に従って提供されるPSNのための空間節約と、また、コスト低減とをもたらす。
このマルチステージPSNアプローチを用いると、線形性および効率を維持しながら、また、コスト効率が良い態様でIC上もしくはPCB上または任意のタイプの基板上のPMCから物理的に遠い増幅器(例えば、RF PA)を収容しながら(これは、モバイルデバイス形状因子のために好適である)、離散供給変調伝送機のための受信基底帯域(RxBN)および帯域外放出を制御することが可能である。
いくつかの実施形態では、1つ以上のRF増幅器が、RF伝送機内に伝送信号を発生させるために使用され得る。例えば、図3は、ある実施形態による複数の電力増幅器を含むRF伝送機を図示するブロック図である。
ここで図3を参照すると、PMC36は、(例えば、図1と併せて上記に説明されるコントローラ14等のコントローラから)PMC36に提供される情報(例えば、制御信号)を受信するように構成される入力を有し、それに応答して、コントローラからの制御信号に基づいて、可変供給バイアス電圧を複数のRF増幅器42a-42nに提供する。実施形態では、RF増幅器42のうちの1つまたは全てが、RF PAに対応し得る。
可変供給バイアス電圧は、マルチステージPSN30を通して増幅器42a-42Nに提供される。この例証的実施形態では、マルチステージPSN30は、第1のPSNステージ38(図3で「PSNステージA」として指定される)と、複数の第2のPSNステージ40a-40N(図3で「PSNステージB」として指定される)とを含む。この例証的実施形態では、第2のPSNステージ40の数は、増幅器42の数に合致する(すなわち、第2のPSNステージの数と、PSN30を通して電圧供給信号を受信する増幅器の数との間に、1:1の対応が存在する)。
このアプローチを用いると、線形性および効率を維持しながら、また、コスト効率が良い態様でPMCから物理的に遠い複数のRF増幅器42を収容しながら(これは、モバイルデバイス形状因子のために好適である)、離散供給変調伝送機のためのRxBNおよび帯域外放出を制御することが、可能である。
さらに、各第2のPSNステージ40の特性は、PSNが結合されるRF増幅器の特性に合致し得る。当然ながら、他の実施形態では、単一の第2のPSNステージが複数のRF増幅器40に結合され得ることを理解されたい。
物理的にマルチステージPSNを分割することによって、増幅器毎に第1のPSNステージ(すなわち、ステージA)の構成要素を複製することは、必要ではない。したがって、マルチステージPSNは、複数の第2のステージのみを有しながら、複数の増幅器42a-42Nの役割を果たす。増幅器毎にPSN全体を繰り返すことは、必要ないため、このアプローチは、PCB上の領域を節約する(または、同様に、PMC、PSN、および増幅器(ならびに関連する回路)を収容することが要求されるPCBのサイズが、縮小され得る)。
したがって、このマルチステージPSNアプローチを用いると、線形性および効率を維持しながら、また、コスト効率が良い態様でPMCから物理的に遠い複数のRF増幅器(例えば、RF Pas)を収容しながら(これは、モバイルデバイス形状因子のために好適である)、離散供給変調伝送機のための受信基底帯域(RxBN)および帯域外放出を制御することが、可能である。
ここで図4を参照すると、伝送回路の一部は、(例えば、図1と併せて上記に説明される制御論理回路16等の制御論理回路から)制御信号を受信するように構成される入力を有するPMC44を含む。PMC44は、複数の出力を有する(すなわち、PMC44は、マルチ出力PMCである)。この例証的実施形態では、文章および図面の明確性を助長するために、PMC44は、二重出力PMCとして図示される。当業者は、当然ながら、PMC44が任意の数の出力を有し得ること、ならびにPMC44を提供するための特定の数の出力が、限定ではないが、PMC44からの信号を受信する増幅器の数および特定の用途のニーズを含む種々の要因に従って選択されることを理解および認識するであろう。
この例証的実施形態では、PMC44の各出力44a、44bが、それぞれの第1のPSNステージ46a、46bに結合される。各第1のPSNステージ46a、46bの出力が、第2のPSNステージ48a、48b、48c、48dの対応するものに結合される。第2のPSNステージ48a-48dの出力は、それぞれ、RF増幅器50a、50b、52a、52bのバイアス端子に結合される。
したがって、図4は、複数の、ここでは4つのRF増幅器50a、50b、52a、52bを備える伝送回路を図示し、PMC44を含み、PMC44は、可変供給バイアス電圧(例えば、供給変調の場合では、複数の供給バイアス電圧のうちの選択されるもの)を、一対のマルチステージPSN45a、45bのそれぞれを増幅器50a、50b、52a、52bのバイアス端子に結合させるバイアス供給信号経路を介して、増幅器50a、50b、52a、52bのバイアス端子に提供する。この例証的実施形態では、第1のPSN45aは、第1のPSNステージ46a(図4で「PSNステージA1として指定される)と、複数の第2のPSNステージ48a、48b(図4で「PSNステージA1B1」および「PSNステージA1B2」として指定される)とを備える。第2のPSN45bは、第1のPSNステージ46b(図4で「PSNステージA2」として指定される)と、複数の第2のPSNステージ48c、48d(図4で「PSNステージA2B1」および「PSNステージA2B2」として指定される)とを備える。
第2のPSNステージ48a、48bの電気特性が、第1のPSNステージ46aの電気特性、および第2のステージが結合されるそれぞれのRF増幅器の電気特性を伴って動作するように選択または構成される一方、第2のPSNステージ48c、48dの電気特性が、第1のPSNステージ46bの電気属性、および第2のステージが結合されるそれぞれのRF増幅器の電気特性を伴って動作するように選択または構成されることを理解されたい。したがって、第1のPSNステージA1、A2の特性が、異なり得、第2の第1のPSNステージA1B1、A1B2、A2B1、A2B2の特性が、異なり得るが、第1および第2のステージは、増幅器50a、50b、52a、52bに提供される可変供給バイアス電圧に適切であり所望されるフィルタリングを提供するように協働する。
概して、以下の品質/特性、すなわち、受信帯域における所望の量の信号減衰(すなわち、所望のオフセット周波数における入力から出力までの望ましい量の減衰を取得すること)、所望の無負荷電圧ステップ応答(すなわち、入力における電圧ステップに応答して、PSNが無負荷である(すなわち、PAが、バイアスされない)と想定する所望のピーク出力電圧を取得すること)、所望の負荷電圧ステップ応答(すなわち、入力における電圧ステップに応答して、PSNが負荷状態である(すなわち、PAが、バイアスされている)と想定する所望のピーク出力電圧を取得すること)、所望のAC出力インピーダンス(すなわち、固定入力電圧に関して、所望の周波数における種々の可変AC負荷電流に応答して、所望の出力電圧変動を取得すること)、所望のDC出力インピーダンス(すなわち、固定入力電圧に関して、DC負荷電流に応答して、所望の出力電圧変動を取得すること)、および所望の最大流入電流(すなわち、PMICが電圧ステップの間にPSNに調達しなければならない所望のピーク電流を取得すること)のうちの少なくとも1つ、または理想的には全てを有するPSNを提供することが、望ましい。他の品質/特性を有するPSNもまた、望ましくあり得る。
この例証的実施形態では、2つの第1のステージおよび4つの第2のステージのみが、示されているが、他の実施形態では、PMCが、2つを上回る第1のステージに結合され得、各々の第1のステージが、2つを上回る第2のステージに結合され得ることを理解されたい。概して、N個の出力を有するPMCが提供され得(Nは、1を上回るか、または1に等しい整数である)、したがって、PMCは、少なくとも、N個ほどの第1のPSNステージに結合され得、N個の第1のPSNステージの各々が、M個ほどの第2のステージに結合され得る(Mは、1を上回るか、または1に等しい整数である)。さらに、第2のPSNステージの各々が、P個の増幅器(Pは、1を上回るか、または1に等しい整数である)に結合され得る。
図4に説明される例証的実施形態では、第2のPSNステージ48の数は、いくつかの実施形態では、増幅器50の数に合致する(すなわち、第2のPSNステージの数とPSN30を通して電圧供給信号を受信する増幅器の数との間に、1:1の対応が、存在する)が、第2のPSNステージのうちの1つ以上が、1つを上回るRF増幅器に結合され得る。
ここで図5を参照すると、融合されたマルチステージPSN60が、融合されたステージAおよびステージBを含む。ステージは、抵抗器、インダクタ、コンデンサ、ならびに/または、磁気および/もしくはフェライトビーズを使用して形成される直列インピーダンスと、シャントインピーダンスとから構成される。システム制約に応じて、いくつかの異なるタイプのステージが、個々に、またはともに階段状に使用され、要件を充足させることができる。
ここで図6を参照すると、マルチステージPSN64は、第1のPSNステージ66(図6で「PSNステージA」として指定される)と、複数の類似の第2のPSNステージ68a、68b(両方のステージは、図6で「PSNステージB」として指定される)とを含む。この例証的実施形態では、第2のPSNステージ68a、68bは、同一または同様の電気特性を有し、類似の電気特性を有するRF増幅器に結合されるように構成される。当然ながら、RF増幅器が良好に整合されていない(例えば、RF増幅器50a、50bの電気特性が、相互に異なる)実施形態では、第2のPSNステージ(例えば、PSNステージ68a、68b)の電気特性もまた、それに結合されるそれぞれのRF増幅器(例えば、図4のRF増幅器50a、50b)の所望のパフォーマンスをもたらす方法において、相互に異なる。
故に、実施形態では、PSNステージを提供するための電気特性(したがって、構成要素)の選択は、第2のPSNステージが結合されるPAの電気特性、またはPAが動作する周波数帯域の要件について依存する。
PMCおよび第1のPSNステージ(例えば、PSNステージA)が、第2のPSNステージ(例えば、PSNステージB)から、および可変供給バイアス電圧を受け取るRF増幅器(例えば、PA)から、有意な距離を空けて位置し得ることを理解されたい。
ここで図7を参照すると、伝送回路70の一部は、第1の回路を含み、第1の回路は、その一部として提供されるマルチステージPSNの第1のステージの少なくとも一部を有する集積回路(PMIC)として提供される電力管理回路72に対応する(すなわち、第1のPSNステージの少なくとも一部が、例えば、PMC、および/または第2のPSNステージをPMCに結合する信号経路のいずれかと関連付けられる寄生要素を使用することによって、PMC回路に融合される)。したがって、マルチステージPSNの第1のステージの少なくとも一部(理想的には、マルチステージPSNの第1のステージ全体)が、PMCの少なくとも一部と融合させられる(または統合される)。
回路部分70はさらに、統合されたマルチステージPSNの第2のステージの少なくとも一部を有するRF増幅器(例えば、RF電力増幅器であり得る)に対応する一対の第2の回路74a、74bを含む(すなわち、第2のPSNステージの少なくとも一部が、各RF増幅器に融合される)。図7に図示されるように、マルチステージPSNの第2のステージの各々は、(例えば、RF増幅器、および/または第2のPSNステージをRF増幅器に結合する信号経路のいずれかと関連付けられる寄生要素を使用することによって)1つ以上のRF増幅器のそれぞれのものの少なくとも一部と統合される。
2つのみのRF増幅器が、図7の例証的実施形態に示されているが、任意の数のRF増幅器が使用され得ることに留意されたい。また、統合されたPMCおよびPSNステージAが、統合されたPSNステージBおよびRF増幅器から有意な距離を空けて位置し得ることにも留意されたい。したがって、図示および説明されるように、ステージAとステージBとの間の相互接続構造(ならびにPMCおよびRF増幅器内の構造)から結果として生じる誘導性ならびに静電容量の寄生特性(時として、寄生要素と称される)が、PSNの全体的インピーダンス特性および/または応答特性に設計されることができる。
図7に示される例証的実施形態では、PSNの第1および第2のステージは、(例えば、寄生インダクタンスならびに静電容量の使用を介して)それぞれのPMCおよびRF増幅器回路網の中に吸収される(故に、PSNによって実施されるフィルタリング特性/機能も同様に、対応するPMCおよびRF増幅器回路網の中に吸収される)。故に、本明細書に説明されるマルチステージPSNアプローチは、PSNステージを組み込み、それによって、ICとしてRF伝送回路を製作するために要求される材料をさらに低減させることができるPMCおよびPAの両方のためのモジュールソリューションにつながる。
ここで図8-図8Eを参照すると、マルチステージPSNのステージにおける使用のために好適な一連のフィルタ回路が、示される。図8C、図8D、および図8Eと併せて下記に説明されるように、PSNステージが、異なる使用事例のためにフィルタの電気特性を調節するためのスイッチを用いて再構成可能に作製されることができる。
ここで図8を参照すると、第1の端子80aおよび第2の端子80bを有する受動フィルタ回路80は、直列に結合されるインダクタLを含む(すなわち、インダクタLは、フィルタ回路80の端子80aと端子80bとの間に直列に結合される)。コンデンサCの第1の端子が、インダクタLの第1および第2の端子のうちの第1のものに結合され、コンデンサCの第2の端子が、抵抗器Rの第1の端子に結合される。抵抗器Rの第2の端子が、基準電位に結合される(ここでは、接地として図示される)。本明細書に提供される開示を読んだ後、当業者は、基準電位VREFが、接地または最上位のある正もしくは負の電位(例えば、任意の正または負の電圧)に対応し得ることも理解するであろう。使用するための特定の基準電位VREFが、特定の用途のニーズに適するように選択される。
ここで図8Aを参照すると、第1の端子82aおよび第2の端子82bを有する受動フィルタ回路82は、直列に結合されるインダクタL1を含む(すなわち、インダクタL1は、フィルタ回路82の端子82aと端子82bとの間に直列に結合される)。コンデンサC1の第1の端子が、インダクタL1の第1および第2の端子のうちの第1のものに結合され、コンデンサC1の第2の端子が、第2のインダクタL2の第1の端子に結合される。インダクタL2の第2の端子が、基準電位VREFに結合される。
ここで図8Bを参照すると、受動フィルタ回路84は、第1のフィルタ端子84aと第2のフィルタ端子84bとの間に並列に結合された一対の信号経路を含む。並列信号経路のうちの第1のものは、第1のフィルタ端子84aに結合される第1の端子と、第2のフィルタ端子84bに結合される第2の端子とを有するインダクタL3を含む。並列信号経路のうちの第2のものは、第1のフィルタ端子84aに結合される第1の端子と、抵抗器R1の第1の端子に結合される第2の端子とを有するコンデンサC2を含む。抵抗器R1の第2の端子が、第2のフィルタ端子84bに結合される。
ここで図8Cを参照すると、第1の端子89aおよび第2の端子89bを有する再構成可能なフィルタ回路89は、直列に結合されるインダクタL5(すなわち、インダクタL5は、フィルタ回路89の端子89aと端子89bとの間に直列に結合される)と、シャント結合されるコンデンサC6とを含む。コンデンサC6の第1の端子は、インダクタL5の第1の端子または第2の端子のいずれかに結合され得る。コンデンサC6の第2の端子が、スイッチS3を通して基準電位VREFに結合される。再構成可能なフィルタ回路89は、したがって、少なくとも1つの切り替え可能な信号経路を備える(すなわち、信号経路は、切替要素S3を備える)。図8Dの例証的実施形態では、再構成可能なフィルタ回路89は、コンデンサC6の端子と基準電位VREFとの間に結合される単一のスイッチを備える。当業者は、当然ながら、コンデンサC6およびスイッチS3の位置が逆にされ得る(すなわち、スイッチS3の第1の端子が、インダクタL5の第1の端子または第2の端子のいずれかに結合され得、スイッチS3の第2の端子が、コンデンサC6の第1の端子に結合され得る一方、コンデンサC6の第2の端子が、基準電位VREFに結合される)ことを理解するであろう。本明細書に提供される開示を読んだ後、当業者は、基準電位VREFが接地またはある正もしくは負の電位(例えば、任意の正または負の電圧)に対応し得ることも理解するであろう。使用するための特定の基準電位VREFが、特定の用途のニーズに適するように選択される。
実践的システムでは、スイッチは、ある時間周期にわたって得られるRF増幅器の負荷インピーダンス特性および/もしくはパフォーマンス特性の決定、ならびに/またはRF伝送システムのパフォーマンス特性の決定を行うために要求される時間に一貫するタイムスケール(したがって、これは、スイッチの切替速度と比較して、比較的緩慢なタイムスケールと見なされ得る)に基づいて、スイッチの「オン」状態と「オフ」状態との間で切り替えられ得る。実施形態では、スイッチは、(1)RF増幅器の負荷インピーダンス特性および/もしくは(2)RF増幅器のパフォーマンス特性、ならびに/または(3)RF伝送システムのパフォーマンス特性のうちのいずれかまたは全ての平均特性に応答して、それらの「オン」状態と「オフ」状態との間で切り替えられ得る。いくつかの実施形態では、スイッチは、実質的に瞬間的なインピーダンス変化に応答して、それらの「オン」状態と「オフ」状態との間で切り替えられ得る(すなわち、スイッチ状態は、平均特性等に応答してより緩慢な(すなわち、瞬間的なタイムスケールに対してより緩慢な)タイムスケールに基づいてではなく、インピーダンス変化が識別され得るのと同程度に迅速に変化させられ得る)。
ここで図8Dを参照すると、第1の端子86aおよび第2の端子86bを有する再構成可能なフィルタ回路86は、直列に結合されるインダクタL4を含む(すなわち、インダクタL4は、フィルタ回路86の端子86aと端子86bと間に直列に結合される)。抵抗器R2の第1の端子が、インダクタL4の第1および第2の端子のうちの第1のものに結合される。抵抗器R2の第2の端子が、可変静電容量を提供することが可能な可変容量性ネットワーク88に結合される。可変静電容量ネットワーク88は、少なくとも1つの切り替え可能な信号経路を備える(すなわち、切替経路は、切替要素を備える)。図8Cの例証的実施形態では、可変静電容量ネットワークは、3つの信号経路を備え、そのうちの2つが切り替え可能な信号経路である。切り替え可能な信号経路(例えば、切り替え可能な要素S1、S2)は、図8Cと併せて上記に説明される技法のうちのいずれかに従って切り替えられ得る。
特に、ネットワーク88は、抵抗器と基準電位(ここでは、接地に対応する基準電位)との間に結合される(この例証的実施形態に示されている3つのコンデンサを伴う)1つ以上のコンデンサを含む。ネットワーク88内の少なくとも1つのコンデンサが、スイッチに結合される。スイッチは、スイッチが抵抗器とコンデンサとの間またはコンデンサと基準電位VREFとの間のいずれかで導電をなし、または断絶させるように動作するように、配列(すなわち、コンデンサのいずれかの側に配置)され得る。
この例証的実施形態では、一対のスイッチS1、S2が、コンデンサC3、C5のそれぞれと基準電位との間に直列に結合される。スイッチが、コンデンサと基準電位との間に低インピーダンス信号経路を提供することに応答して(すなわち、スイッチが「閉鎖」されることに応答して)、再構成可能なフィルタ回路86は、第1のフィルタ特性を有する。スイッチがコンデンサと基準電位との間に高インピーダンス信号経路を提供することに応答して(すなわち、スイッチが「開放」されることに応答して)、再構成可能なフィルタ回路86は、第2の異なるフィルタ特性を有する。
概して、2つの状態(すなわち、オンおよびオフ)を伴う各々の切り替え可能な信号経路は、2つの異なるフィルタ特性を提供する。概して、各々が2つの状態を有するN個の切り替え可能な信号経路に関して、2個の異なるフィルタ特性が、可能性として考えられる。
RF増幅器(例えば、図1と併せて上記に説明されるRF増幅器24)の出力に結合されるRF負荷のインピーダンスが、変化するか、または絶えず変動している場合、RF増幅器の動作特性もまた、変化する(すなわち、変動する負荷インピーダンスが、RF増幅器の動作、したがって、パフォーマンスに影響を及ぼす)。再構成可能なフィルタ回路を使用することによって、再構成可能なフィルタ回路のフィルタおよび/またはインピーダンス特性が、(例えば、変動するRF負荷特性に応答して)RF増幅器によって所望のパフォーマンスを達成もしくは維持するように変化されることができる。
図8Cと併せて上記に記載されるように、実用的なシステムでは、スイッチは、ある期間にわたって得られるRF増幅器の負荷インピーダンス特性および/もしくはパフォーマンス特性の決定、ならびに/またはRF伝送システムのパフォーマンス特性の決定を行うために要求される時間に一貫するタイムスケール(したがって、これは、スイッチの切替速度と比較して、比較的緩慢なタイムスケールと見なされ得る)に基づいて、それらの「オン」状態と「オフ」状態との間で切り替えられ得る。実施形態では、スイッチは、(1)RF増幅器の負荷インピーダンス特性および/もしくは(2)パフォーマンス特性、ならびに/または(3)RF伝送システムのパフォーマンス特性のうちのいずれかまたは全ての平均特性に応答して、それらの「オン」状態と「オフ」状態との間で切り替えられ得る。いくつかの実施形態では、スイッチは、実質的に瞬間的なインピーダンス変化に応答して、それらの「オン」状態と「オフ」状態との間で切り替えられ得る(すなわち、スイッチ状態は、平均特性等に応答してより緩慢な(すなわち、瞬間的なタイムスケールに対してより緩慢な)タイムスケールに基づいてではなく、インピーダンス変化が識別され得るのと同程度に迅速に変化させられ得る)。
図8Dの例証的実施形態では、ネットワーク88は、1つのコンデンサが基準電位(ここでは、接地として図示される)に直接結合され、2つのコンデンサがスイッチを通して基準電位(ここでは、接地として図示される)に結合される3つの並列に結合されるコンデンサを含むが、当業者は、再構成可能なフィルタ回路86が、広い範囲の他の回路実装から提供され得ることを理解するであろう。
例えば、ここで図8Eを参照すると、第1の端子90aおよび第2の端子90bを有する再構成可能なフィルタ回路90は、複数のインピーダンス要素92、94を含み、複数のインピーダンス要素92、94は、それに結合される複数の切り替えられるインピーダンス要素95a-95nを有する。切り替えられるインピーダンス要素95a-95nの各々は、少なくとも1つのインピーダンス要素98、100、104を含み、少なくとも1つのインピーダンス要素98、100、104は、例えば、インダクタとコンデンサとを含む無損失型要素を備え得、さらに抵抗器および磁気ビーズ等の損失型要素を含み得る。切り替えられるインピーダンス要素95a-95nはまた、再構成可能なフィルタ回路90が一部であるPSNステージによって提示されるインピーダンスを変化させる態様で、少なくともインピーダンス要素96、100、104のそれぞれを切り替えることが可能な1つのスイッチ要素98、102、106も含む。
概して、少なくとも1つのスイッチ要素が、再構成可能なフィルタ回路の基準電位と、第1および第2の端子のうちの少なくとも一方との間に少なくとも1つのリアクタンス要素を選択的に結合するように構成されることを理解されたい。例えば、実施形態では、リアクタンス要素およびスイッチ要素(例えば、図8Dの要素96、98)の位置は、スイッチ要素(例えば、スイッチ要素98)が、第1の端子を第1および第2のフィルタ端子のうちの一方に結合させ、第2の端子をリアクタンス要素(例えば、リアクタンス要素96)の第1の端子に結合させるように、逆にされ得る。リアクタンス要素(例えば、リアクタンス要素96)の第2の端子が、基準電位に結合される。そのような構成のある例が、図10および図10Aに示される。
さらに、2つ以上の信号経路の各々の中にスイッチを設置することによって、所定のRF周波数帯域にわたる複数の異なるフィルタリング特性のうちの1つが提供され得ることも理解されたい。スイッチは、所望のフィルタ特性を提供するように独立して動作させられ得る。例えば、N個の切り替え可能な信号経路を用いると(Nは、1を上回るか、または1に等しい整数である)、再構成可能なフィルタ回路は、最大2個の異なるフィルタ特性を提供することが可能である。
実施形態では、少なくとも2つ以上の信号経路のうちの少なくとも1つは、再構成可能なフィルタ回路の第1の端子および第2の端子のうちの一方に結合される第1の端子と、リアクタンス要素のうちの1つの第1の端子に結合される第2の端子とを有するスイッチ要素を備える。
再構成可能なフィルタ回路端子のうちの1つとリアクタンス要素との間に結合されるスイッチ要素を提供することによって、リアクタンス要素の特性のインピーダンスは、フィルタ回路の中および外に切り替えられる(したがって、フィルタ回路を再構成可能にする)ことができる。一実施形態では、スイッチを第1のスイッチ位置(例えば、スイッチがリアクタンス要素と再構成可能なフィルタ回路端子のうちの1つとの間に低インピーダンス信号経路を提供するような閉鎖位置)に設置することによって、第1のフィルタ特性を有する再構成可能なフィルタ回路が提供され、スイッチを第2の異なるスイッチ位置(例えば、スイッチが、リアクタンス要素と再構成可能なフィルタ回路端子のうちの1つとの間に高インピーダンス信号経路を提供するような開放位置)に設置することによって、所望の周波数帯域内の第2の異なるフィルタ特性を有する再構成可能なフィルタ回路が提供される。
実施形態では、リアクタンス要素のうちの1つの第2の端子が、基準電位VREF(例えば、接地であり得る)に結合される。
ここで図9を参照すると、集積回路(すなわち、モノリシック集積回路)110として実装されるマルチ入力/マルチ出力(MIMO)伝送回路は、RF信号が信号経路112a、112bを通して提供されるRF入力を有する一対のRF電力増幅器114a、114bを含む。伝送回路110はさらに、(例えば、図1と併せて上記に説明されるコントローラ14等のコントローラから)入力に提供される情報(例えば、制御信号)を受信するように構成される入力を有する(上記に説明されるPMCのうちのいずれかと機能的に同一または同様であり得る)PMC116を含む。そのような制御信号に応答して、PMCは、PSNの第1のステージ118を通して可変供給バイアス電圧信号を提供するように構成される。第1のPSNステージ118は、(例えば、フィルタリングまたは部分的フィルタリング動作を介して)信号を適切に処理し、適切に処理された供給バイアス電圧信号を信号経路120a、120bに沿って第2のPSNステージ122a、122bのそれぞれに提供する。第2のPSNステージ122a、122bはさらに、(例えば、フィルタリングまたは部分的フィルタリング動作を介して)第2のPSNステージに提供される信号を処理し、適切に処理された(例えば、適切にフィルタリングされた)供給バイアス電圧信号をRF増幅器114a、114bのそれぞれの供給端子に提供する。
上記に記載されるように、それぞれのRF増幅器114a、114bは、それぞれのRF信号経路112a、112bに沿ってRF信号を受信し、信号を増幅させ、増幅させられたRF信号を、RF伝送信号が放出されるアンテナ115a、115bのそれぞれに提供する。
PMC116およびPSNステージA118が、PSNステージB122a、122bおよび関連付けられるPA114a、114bから有意な距離を空けて位置することに留意されたい。図9の例証的実施形態では、PMC116およびステージA118が、IC110の一端に位置する一方、ステージB122a、122bおよび関連付けられるPA114a、114bが、IC110の実質的に反対の端部に位置する。
上記に記載されるように、物理的にPSNを複数のステージ(ここでは、第1のステージ118と、第2のステージ122a、122bとから構成される2つのステージ)に分割することによって、第1のPSNステージ(すなわち、ステージA)の構成要素を複製することが必要ではない。このアプローチは、集積回路(IC)上でPSNを収容するために要求される面積の量を低減させ、より大きい回路構造物を収容することがより可能であるICの区域内に、比較的大きいPSN構成要素(すなわち、IC上の比較的大きい量の領域を要求するPSN構成要素)を設置するための柔軟性をもたらす。
さらに、このマルチステージPSNアプローチを用いると、線形性および効率を維持しながら、また、コスト効率が良い態様でIC上のPMCから物理的に遠い複数のRF増幅器(例えば、複数のRF PA)を収容しながら(これは、モバイルデバイス形状因子のために好適である)、離散供給変調伝送機のための受信基底帯域(RxBN)および帯域外放出を制御することが可能である。
図9の実施形態は、ここでは集積回路として図示されているが、離散回路要素と集積回路との混合物(すなわち、それらの組み合わせ)を使用する回路もまた、実装され得ることを理解されたい。そのような実施形態の例が、図10-図11と併せて以下に説明される。
ここで、同様の参照記号を有する図9の同様の要素が提供される図9Aを参照すると、集積回路110’として実装された伝送回路が、湾曲した信号経路120a’、120b’を含む。いくつかの実施形態では、(例えば、回路レイアウト制約または他の要因に起因して)曲線もしくは他の非直線の形状を有する比較的長い信号経路を含むことが望ましいか、または必要でさえあり得る。寄生インダクタンスおよび/または静電容量および/または抵抗(時として、単純に「寄生成分」と称される)を生じさせる長さを有する信号経路が、時として、「長い」信号経路と称される。曲線または他の形状を有する長い信号経路は、特に、寄生インダクタンスおよび/または静電容量および/または抵抗を生じさせ得る。そのような寄生成分の影響はさらに、長い信号経路が存在するときに増大または強化され、長い湾曲した信号経路が存在するときにさらに増大され得る。
上記に記載されるように、PMC116およびステージA118は、ステージB122a’、122b’および関連付けられるPA114a、114bから有意な距離を空けて位置する。図9Aの例証的実施形態では、PMC116およびステージA118がIC110’の一端に位置する一方、ステージB122a’、122b’および関連付けられるPA114a’、114b’が、IC110の実質的に反対の端部に位置する。したがって、信号経路122a’、122b’の長さは、有意であり、寄生成分が、第1のPSNステージと第2のPSNステージとの間の信号経路の形状および/または物理的長さに起因して、生じ得る。上記に記載されるように、そのような寄生インダクタンスおよび/または静電容量が、第1および/または第2のPSNステージ等のPSNステージの設計において使用され得る。
したがって、この実施形態では、第1のPSNステージ118および/または第2のPSNステージ122a’、122b’のインピーダンス特性は、信号経路122a’、122b’の一方または両方に起因して生じる寄生成分を組み込み得る。
ここで図10を参照すると、基板130は、前述に説明されるPMCのうちのいずれかと同一または同様であり得るPMC132をその上に配置している。実施形態では、基板は、任意の好適な単層または多層の誘電材料(例えば、中に、または暴露表面上に伝導層を提供されるガラス繊維強化エポキシ樹脂系材料または低温もしくは低温同時焼成セラミック(LTCC)材料)から提供されるプリント回路基板(PCB)として提供され得る。
図10の例証的実施形態では、PMCは、ICパッケージ内に配置される集積回路として実装され、ICパッケージは、例えば、リードフレームパッケージ、基板パッケージ、ウエハレベルパッケージ、または当業者に公知である任意の他のタイプのICパッケージであり得る。
PMCは、PCB上に提供される入力信号経路134に結合される入力132aを含む(例えば、信号経路は、概して公知であるような加算的または減算的プロセスを使用して、PCBの一部としてエッチングされ、または別様に提供される)。PMC入力132aは、(本明細書において、図1と併せて上記に説明されるコントローラ14等の)コントローラから制御信号を受信するように構成される。PMC132はまた、供給バイアス電圧信号経路136に結合される出力132bも含む。信号経路136は、当業者に公知である任意の加算的または減算的プロセスを使用して、PCBの一部としてエッチンされ、または別様に提供され得る。供給バイアス電圧が、前述に議論されるように、PMC出力132bにおいて提供される。
PSN138の第1のステージ138aが、供給電圧信号経路に結合される。第1のPSNステージは、相互におよび供給電圧信号経路に電気的に結合される離散要素を使用して、実装され得る。PSNの第2のステージが、供給電圧信号経路に結合される。第2のPSNステージは、相互におよび供給電圧信号経路に電気的に結合される離散要素を使用して、実装され得る。したがって、図10の回路は、集積回路(例えば、PMCおよびRF増幅器)および離散要素(例えば、第1および第2のPSNステージ)の両方を含み得るハイブリッド回路実装を表す。
実施形態では、第1のPSNステージは、PMCに物理的に近接している。実施形態では(および図11と併せて示され、説明されるように)、第1のPSNステージは、PMCモジュールの一部として含まれ得る(例えば、PMCまたは第1のPSNステージのいずれかが実装される態様にかかわらず、PMCと第1のステージPSNとを含む単一のパッケージ)。この例証的実施形態では、第1のPSNステージ138aは、図8Cと併せて上記に説明される再構成可能なフィルタ回路88と同様の態様で機能する再構成可能なフィルタ回路139を備える。
実施形態では、第2のPSNステージは、増幅器バイアス端子に物理的に近接している。実施形態では(および図11に説明されるように)、第2のPSNステージは、増幅器モジュールの一部として含まれ得る(例えば、RF増幅器と第2のステージPSNとを含む単一のパッケージ)。第1のPSNステージ138aは、能動構成要素(すなわち、スイッチ)を備えるが、第2のPSNステージは、受動構成要素のみを備え、図8と併せて上記に説明される回路80として実装される。
供給電圧信号経路136は、PCB上に配置されるRF増幅器140の供給端子140a(すなわち、バイアス端子)に結合される。したがって、供給電圧信号が、供給電圧信号経路136を通して、PMCからRF増幅器バイアス端子に提供される。
RF増幅器は、PCB上に提供されるRF入力信号経路142に結合されるRF入力141aと、PCB上に提供されるRF出力信号経路144に結合されるRF出力とを有する。RF増幅器は、本明細書において上記に説明されるRF増幅器のうちのいずれかと同一または同様であり得る。
ここで、同様の参照記号を有する図10の同様の要素が提供される図10Aを参照すると、この例証的実施形態では、第1のPSNステージ138a’は、全て受動的構成要素を備える一方、第2のPSNステージ138b’は、能動構成要素(すなわち、スイッチ)を備える。
さらに、いくつかの用途では、全て受動構成要素を有する第1および第2のPSNステージの両方を提供することが望ましくあり得ることを理解されたい。さらなる他の用途では、少なくとも1つの能動構成要素(例えば、トランジスタまたはダイオードを備えるスイッチ等、少なくとも1つの切り替え可能な要素)を有する第1および第2のPSNステージの両方を提供することが、望ましくあり得る。
ここで図11を参照すると、(図9-図10Aと併せて上記に説明されるタイプのうちのいずれかであり得る)基板150が、PMCモジュール152をその上に配置している。PMCモジュール152は、PMCと、第1のPSNステージとを備える(すなわち、PMCモジュールは、PMCまたは第1のPSNステージのいずれかが実装される態様にかかわらず、PMCと第1のPSNステージの少なくとも一部とを含む単一のパッケージである)。実施形態では、PMCおよび第1のPSNステージのうちの一方もしくは両方またはいずれかの一部が、集積回路として実装されることもあるし、または離散要素(すなわち、離散回路構成要素)を使用して実装されることもある。
PMCモジュール152は、入力152aを含み、入力152aは、PCB上に提供される入力信号経路154に結合され(例えば、信号経路は、概して公知であるように、加算的または減算的プロセスを使用して、PCBの一部としてエッチングされ、または別様に提供される)、(本明細書において図1と併せて上記に説明されるコントローラ14等の)コントローラから制御信号を受信するように構成される。PMCモジュールはまた、出力152bも含み、出力152bは、供給電圧信号経路156に結合され(例えば、信号経路は、概して公知であるように、加算的または減算的プロセスを使用して、PCBの一部としてエッチングされ、または別様に提供される)、供給バイアス電圧が、前述に議論されるように提供される。
また、基板上に配置されるものは、RF増幅器と第2のPSNステージの一部とを備えるRF増幅器モジュール158である(すなわち、RF増幅器または第2のPSNステージのいずれかが実装される態様にかかわらず、RF増幅器と第2のPSNステージの少なくとも一部とを含む単一のパッケージ)。
図11の例証的実施形態では、第2のPSNステージの第1の部分159は、供給電圧信号経路156と基準電位(ここでは、接地として図示される)との間に直列に結合されるコンデンサ160とインダクタ161とを備え、第2のPSNステージ部分159は、RF増幅器モジュール158のバイアス端子158aに近接して結合される。第2のPSNステージの第2の部分が、RF増幅器モジュールの一部として提供され、したがって、図11では可視ではない。
実施形態では、第2のPSNステージ全体がスイッチモジュールの一部として提供され得ることを理解されたい。実施形態では、RF増幅器および(第2のPSNステージの全てまたは一部を含め)第2のPSNステージのうちの一方もしくは両方が、集積回路として実装されることもあるし、または離散要素(すなわち、離散回路構成要素)を使用して実装されることもある。
図11Aからより明確に理解され得るように、実施形態では、RF増幅器モジュール158’は、コンデンサ165および抵抗器167とともに、第2のPSNステージ159’の切り替え可能な信号経路部分を形成するスイッチを含む。したがって、この実施形態では、第2のPSNステージ159’は、コンデンサ160’、ならびにコンデンサ165と抵抗器167とスイッチ163とを備える切り替え可能な信号経路部分を備え、第2のPSNステージの一部が、スイッチモジュールとして実現される(すなわち、その一部として実装される)。
したがって、また、同様のアプローチが、第1のPSNステージと併用され得ることも理解されたい。すなわち、第1のPSNステージがスイッチを備える実施形態では、1つ以上のスイッチのうちの全てまたはいくつかが、PMCモジュールとして実現(すなわち、その一部として実装)され得る。
また、供給電圧信号経路(例えば、図10、10Aの経路136または図11の経路156)が、インダクタのインピーダンス特性を有し得る(すなわち、供給電圧信号経路が、分散型の誘導性要素として電気的に出現し得る)ことも理解されたい。したがって、供給電圧信号経路の任意の誘導特性が、第1および第2のPSNステージのための構成要素選択において吸収されるか、または少なくとも考慮され得る。
上記の説明では、種々の概念、回路、および技法が、無線媒体を介して信号を伝送するために動作可能であるRF伝送機との併用のための離散供給変調システムの文脈において議論される。本明細書に説明される概念、回路、および技法は、5G通信プロトコルおよび802.11a/b/g/n/ac/ax/ad/ay等の他のコネクティビティプロトコルに従って動作する携帯電話機(例えば、モバイル携帯電話機)内での使用のために適切であり、また、限定ではないが、MIMO、アップリンクキャリアアグリゲーション(ULCA)、およびビーム形成用途を含むマルチ伝送機用途における使用のためにも適切である。これらの概念、回路、および技法がまた、他の文脈における用途も有することを理解されたい。例えば、いくつかの実装では、本明細書に説明される特徴は、有線通信における使用のための伝送機または駆動部内で実装され得る。いくつかの他の実装では、本明細書に説明される特徴は、データ搬送信号のために非常に効率的かつ非常に線形の電力増幅を要求する他のタイプのシステム内でも実装され得る。
説明される概念の例示的実施形態を説明したが、それらの概念を組み込む他の実施形態も使用され得ることが、ここで、当業者に明白な状態となるであろう。本明細書に含有される実施形態は、開示される実施形態に限定されるべきではなく、むしろ、添付の請求項の精神および範囲のみによって限定されるべきである。本明細書に引用される全ての公報および参照物は、参照することによってその全体として本明細書に明白に援用される。

Claims (22)

  1. 離散供給変調システムにおける、無線周波数(RF)増幅器のバイアス端子に結合されるように構成されるマルチステージパルス成形ネットワークであって、
    (a)電力管理回路(PMC)に結合されるように構成される入力を有し、出力を有する第1のパルス成形ネットワーク(PSN)ステージと、
    (b)1つ以上の第2のPSNステージであって、前記1つ以上の第2のPSNステージの各々は、物理的に前記第1のPSNステージから離間され、前記第1のPSNステージから遠く、前記第2のPSNステージの各々は、前記第1のPSNステージの出力に結合されるように構成される入力を有し、RF増幅器のバイアス端子に結合されるように構成される出力を有する、1つ以上の第2のPSNステージと、
    (c)前記第1のPSNステージの前記出力に結合される第1の端部を有し、前記第2のPSNステージの前記入力に結合される第2の端部を有する信号経路と
    を備える、マルチステージパルス成形ネットワーク。
  2. 前記第1のPSNステージは、受動LCフィルタを備える、請求項1に記載の回路。
  3. 前記第1のPSNステージは、
    (a)前記PMC、または
    (b)前記第1のPSNステージの前記出力と前記第2のPSNステージの前記入力との間に結合される前記信号経路
    のうちの少なくとも一方の寄生インダクタンスおよび/または容量特性および/または抵抗特性を利用して実装される、請求項1に記載の回路。
  4. 前記第1のPSNステージは、少なくとも、
    (a)前記PMCと、
    (b)前記第1のPSNステージの前記出力と前記第2のPSNステージの前記入力との間に結合される前記信号経路と、
    (c)RF増幅器と、
    (d)前記PSNを構成する受動構成要素と
    の寄生インダクタンスおよび/または容量特性および/または抵抗特性を利用して実装される、請求項1に記載の回路。
  5. 前記第1のPSNステージおよび前記第2のPSNステージのうちの少なくとも一方は、再構成可能なフィルタ回路を備える、請求項1に記載の回路。
  6. 前記再構成可能なフィルタ回路は、リアクタンス要素の特性のインピーダンスが、前記フィルタ回路の中および外に切り替えられることができるように、前記リアクタンス要素と基準電位との間に結合されるスイッチ要素を備える、請求項5に記載の回路。
  7. 前記再構成可能なフィルタ回路は、
    前記スイッチが第1のスイッチ状態にあることに応答して、第1のフィルタ特性を有する前記再構成可能なフィルタ回路が提供されるように、前記スイッチが、リアクタンス要素と基準電位との間に低インピーダンス信号経路を提供し、
    前記スイッチが第2の異なるスイッチ状態にあることに応答して、所望の周波数帯域内の第2の異なるフィルタ特性を有する前記再構成可能なフィルタ回路が提供されるように、前記スイッチが、前記リアクタンス要素と前記基準電位との間に高インピーダンス信号経路を提供する
    ように、前記リアクタンス要素と前記基準電位との間に結合されるスイッチ要素を備える、請求項5に記載の回路。
  8. 前記リアクタンス要素は、1つ以上の容量性要素および/または誘導性要素を備える、請求項6に記載の回路。
  9. 前記再構成可能なフィルタ回路は、1つ以上の容量性要素および/または誘導性要素および/または抵抗要素と直列または並列に結合される1つ以上の抵抗要素を備える、請求項6に記載の回路。
  10. 前記PSNは、複数の第2のPSNステージを備え、前記第2のPSNステージの各々は、前記第1のPSNステージから離間され、前記第1のPSNステージから遠く、前記第2のPSNステージの各々は、前記第1のPSNステージの前記出力に結合されるように構成される入力を有し、複数のRF増幅器のうちの対応するものの供給端子に結合されるように構成される出力を有する、請求項1に記載の回路。
  11. 少なくとも1つのPSNステージは、物理的に、PMCに近接して位置し、少なくとも1つのPSNステージは、物理的に、RF増幅器に近接して位置する、請求項1に記載の回路。
  12. 少なくとも1つのPSNステージが、(1)PMCからの寄生成分と、(2)前記第1のステージを前記第2のステージに電気的に結合する前記信号経路からの寄生成分と、(3)少なくとも1つのステージをRF増幅器に電気的に結合する信号経路からの寄生成分と、(4)RF増幅器からの寄生成分とのうちの1つからの寄生成分から完全に提供される、請求項1に記載の回路。
  13. 少なくとも1つのPSNステージは、抵抗器、インダクタ、コンデンサ、磁気、および/またはフェライトビーズのうちの2つ以上を使用して形成される直列インピーダンスとシャントインピーダンスとを備える、請求項1に記載の回路。
  14. 前記第1のPSNステージは、複数の第1のPSNステージのうちの第1のものであり、前記回路はさらに、複数の第2のPSNステージを備え、前記第2のPSNステージの各々は、1つ以上の第1のPSNステージに結合される、請求項1に記載の回路。
  15. 前記第1および第2のPSNステージのうちの少なくとも一方は、前記PSNステージの電気特性を調節するための少なくとも1つのスイッチを備える、請求項14に記載の回路。
  16. 前記第1のPSNステージは、複数の第1のPSNステージのうちの第1のものであり、前記回路はさらに、複数の第2のPSNステージを備え、前記第1のPSNステージの各々は、2つ以上の第2のPSNステージに結合される、請求項1に記載の回路。
  17. 前記第1および第2の複数のPSNステージのうちの少なくとも一方は、前記PSNステージの電気特性を調節するための少なくとも1つのスイッチを備える、請求項16に記載の回路。
  18. 無線周波数(RF)増幅器の供給端子に変動する供給バイアス電圧を提供するための離散供給変調システムであって、
    入力と出力とを有する電力管理回路(PMC)と、
    RF入力とRF出力と供給端子とを有する無線周波数(RF)増幅器と、
    前記PMCに結合される入力を有し、前記RF増幅器の前記供給端子に結合される出力を有する単一のステージパルス成形ネットワークと、
    前記単一のステージPSNの前記入力を前記PMCの前記出力に電気的に結合し、前記PSNの前記出力を前記RF増幅器の前記供給端子に電気的に結合する信号経路であって、前記単一のステージPSNは、(1)前記PMCと、(2)前記単一のステージPSNを前記RF増幅器に電気的に結合する前記信号経路と、(3)前記RF増幅器とのうちの少なくとも1つからの少なくともいくつかの寄生インピーダンス要素を組み込む、信号経路と、
    を備える、離散供給変調システム。
  19. 前記単一のステージPSNはさらに、再構成可能なフィルタを備える、離散供給変調システム。
  20. 無線周波数(RF)伝送システムであって、
    RF入力と、RF出力と、供給バイアス電圧信号を受け入れるように構成される供給端子とを有するRF増幅器と、
    入力電圧を受け取るように構成される入力を有し、前記RF増幅器の前記供給端子に結合される出力を有する離散供給変調システムであって、前記離散供給変調システム出力は、供給バイアス電圧信号を前記RF増幅器の前記供給端子に提供するように構成される、離散供給変調システムと
    を備え、
    離散供給変調システムは、
    電力管理回路(PMC)と、
    前記PMCに結合される入力を有し、前記RF増幅器の前記供給端子に結合される出力を有する単一のステージパルス成形ネットワークと、
    前記PMCの前記出力を前記単一のステージPSNの入力に電気的に結合する第1の信号経路と、
    前記PSNの前記出力を前記RF増幅器の前記供給端子に電気的に結合する第2の信号経路であって、前記単一のステージPSNは、
    (1)前記PMCからの1つ以上の寄生要素と、
    (2)前記PMCの前記出力を前記単一のステージPSNの前記入力に電気的に結合する前記第1の信号経路からの1つ以上の寄生要素と、
    (3)前記PSNの前記出力を前記RF増幅器の前記供給端子に電気的に結合する前記第2の信号経路からの1つ以上の寄生要素と、
    (4)前記RF増幅器からの1つ以上の寄生要素と
    のうちの1つ以上を提供される寄生要素を備える、第2の信号経路と
    を備える、無線周波数(RF)伝送システム。
  21. 前記単一のステージPSNは、
    (1)前記PMCからの1つ以上の寄生要素と、
    (2)前記第1の信号経路からの1つ以上の寄生要素と、
    (3)前記第2の信号経路からの1つ以上の寄生要素と、
    (4)前記RF増幅器からの1つ以上の寄生要素と
    のうちの1つ以上から提供される寄生要素から完全に提供される、請求項20に記載の無線周波数伝送システム。
  22. 前記RF供給端子は、AC供給バイアス電圧およびDC供給バイアス電圧のうちの一方を受け入れるように構成される、請求項20に記載の無線周波数伝送システム。
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