JP2022549665A - 調整電圧ステップを備えたマルチレベル包絡線追跡システム - Google Patents

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Abstract

Figure 2022549665000001
調整電圧ステップを備えたマルチレベル包絡線追跡システムが与えられる。所定の実施形態において、電力増幅器のための電力増幅器供給電圧を生成する包絡線追跡システムが与えられる。包絡線追跡システムは、多数の調節済み電圧を出力するマルチレベル供給（ＭＬＳ）ＤＣ／ＤＣ変換器と、電力増幅器が増幅する無線周波数（ＲＦ）信号の包絡線に対応する包絡線信号に基づいて経時的に当該調節済み電圧の選択を制御するＭＬＳ変調器と、ＭＬＳ変調器の出力部と電力増幅器供給電圧部との間に結合される変調器出力フィルタとを含む。包絡線追跡システムはさらに、ＲＦ信号の電力レベルに基づいてＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器により出力される調節済み電圧の電圧レベルを制御するべく構成されるスイッチングポイント適合回路を含む。

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）電子機器のための電力増幅器に関する。
ＲＦ通信システムにおいて、アンテナを介した送信を目的としてＲＦ信号を増幅するべく電力増幅器が使用される。電池寿命を延ばすべく及び／又は適切な送信電力レベルを与えるべく、ＲＦ信号送信の電力を管理することが重要である。
一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、顧客宅内機器（ＣＰＥ）、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。例えば、セルラー規格、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）規格、及び／又は任意の他の適切な通信規格を使用して通信する無線デバイスにおいては、ＲＦ信号増幅を目的として電力増幅器を使用することができる。ＲＦ信号は、例えば周波数レンジ１（ＦＲ１）における第５世代（５Ｇ）通信のための約４１０ＭＨｚ～約７．１２５ＧＨｚの範囲のような、約３０ｋＨｚ～３００ＧＨｚの範囲にある周波数を有し得る。
所定の実施形態において、本開示は包絡線追跡システムに関する。包絡線追跡システムは、無線周波数信号を増幅するべく及び電力増幅器供給電圧から電力を受けるべく構成される電力増幅器と、当該無線周波数信号の包絡線に対応する包絡線信号に基づいて当該電力増幅器供給電圧を生成するべく構成される包絡線追跡器とを含む。包絡線追跡器は、複数の調節済み電圧を出力するべく構成されるＤＣ／ＤＣ変換器と、複数の調節済み電圧及び包絡線信号に基づいて電力増幅器供給電圧を制御するべく構成される変調器と、無線周波数信号の電力レベルに基づいて当該複数の調節済み電圧のうち少なくとも一つの調節済み電圧の電圧レベルを制御するべく構成されるスイッチングポイント適合回路とを含む。
いくつかの実施形態において、スイッチングポイント適合回路は、無線周波数信号の電力レベルに基づいて複数の調節済み電圧のそれぞれの電圧レベルを制御するように構成される。
様々な実施形態において、スイッチングポイント適合回路は、送信フレーム又は送信シンボルの少なくとも一方の信号電力値に基づいて無線周波数信号の電力レベルを推定するべく構成される電力推定回路を含む。一定数の実施形態によれば、信号電力値は、送信フレーム又はシンボルのための平均電力を示す。いくつかの実施形態によれば、信号電力値は、送信フレーム又はシンボルのためのピーク電力を示す。いくつかの実施形態によれば、スイッチングポイント適合回路はさらに、信号電力値に関連付けられる複数の所望電圧レベルを推定するべく構成される電圧推定回路を含む。一定数の実施形態によれば、スイッチングポイント適合回路はさらに、複数の所望電圧レベルのうち対応する一つの所望電圧レベルをそれぞれが備えた複数の調節済み電圧を出力するようにＤＣ／ＤＣ変換器を制御するべく構成されるプログラミング回路を含む。
いくつかの実施形態において、包絡線追跡システムはさらに、２以上の無線周波数信号を増幅するべく構成される２以上の電力増幅器を含み、包絡線追跡器は、複数の調節済み電圧を受けて当該２以上の電力増幅器のうち対応する一つの電力増幅器のための供給電圧を生成する変調を与えるべくそれぞれが構成される２以上の変調器を含む。一定数の実施形態によれば、スイッチングポイント適合回路は、２以上の無線周波数信号の最大電力レベルに基づいて電圧レベルを制御するべく構成される。
いくつかの実施形態において、ＤＣ／ＤＣ変換器は、電池電圧を受けるべく、かつ、当該電池電圧のＤＣ／ＤＣ変換を与えることに基づいて複数の調節済み電圧を生成するべく、構成される。
いくつかの実施形態において、当該複数の調節済み電圧はそれぞれが、異なる電圧レベルを有する。
様々な実施形態において、包絡線追跡器はさらに、グランドと複数の調節済み電圧のうち対応する一つとの間に結合される複数のデカップリングキャパシタを含む。
一定数の実施形態において、変調器は、それぞれが変調器出力電圧と当該複数の調節済み電圧の対応調節済み電圧との間に結合される複数のスイッチを含む。
いくつかの実施形態において、包絡線追跡器はさらに、変調器の出力と電力増幅器供給電圧との間に接続される変調器出力フィルタを含み、当該変調器出力フィルタは、少なくとも一つの直列インダクタ及び少なくとも一つのシャントキャパシタを含む。
所定の実施形態において、本開示は携帯デバイスに関する。携帯デバイスは、無線周波数送信信号を生成するべく構成される送受信器と、当該無線周波数送信信号を増幅して電力増幅器供給電圧から電力を受けるべく構成される電力増幅器を含むフロントエンド回路と、当該無線周波数送信信号の包絡線に対応する包絡線信号に基づいて電力増幅器供給電圧を生成するべく構成される包絡線追跡器を含む電力管理回路とを含む。包絡線追跡器は、複数の調節済み電圧を出力するべく構成されるＤＣ／ＤＣ変換器と、複数の調節済み電圧及び包絡線信号に基づいて電力増幅器供給電圧を制御するべく構成される変調器と、無線周波数送信信号の電力レベルに基づいて当該複数の調節済み電圧のうち少なくとも一つの調節済み電圧の電圧レベルを制御するべく構成されるスイッチングポイント適合回路とを含む。
様々な実施形態において、スイッチングポイント適合回路は、無線周波数送信信号の電力レベルに基づいて複数の調節済み電圧のそれぞれの電圧レベルを制御するように構成される。
いくつかの実施形態において、スイッチングポイント適合回路は、送信フレーム又は送信シンボルの少なくとも一方のための信号電力値に基づいて無線周波数送信信号の電力レベルを推定するべく構成される電力推定回路を含む。一定数の実施形態によれば、信号電力値は、送信フレーム又はシンボルのための平均電力を示す。様々な実施形態によれば、信号電力値は、送信フレーム又はシンボルのためのピーク電力を示す。いくつかの実施形態によれば、スイッチングポイント適合回路はさらに、信号電力値に関連付けられる複数の所望電圧レベルを推定するべく構成される電圧推定回路を含む。一定数の実施形態によれば、スイッチングポイント適合回路はさらに、複数の所望電圧レベルのうち対応する一つの所望電圧レベルをそれぞれが備えた複数の調節済み電圧を出力するようにＤＣ／ＤＣ変換器を制御するべく構成されるプログラミング回路を含む。
いくつかの実施形態において、携帯デバイスはさらに、２以上の無線周波数送信信号を増幅するべく構成される２以上の電力増幅器を含み、包絡線追跡器は、複数の調節済み電圧を受けて当該２以上の電力増幅器のうち対応する一つの電力増幅器のための供給電圧を生成する変調を与えるべくそれぞれが構成される２以上の変調器を含む。様々な実施形態によれば、スイッチングポイント適合回路は、２以上の無線周波数送信信号の最大電力レベルに基づいて電圧レベルを制御するように構成される。
いくつかの実施形態において、ＤＣ／ＤＣ変換器は、電池電圧を受けるべく、かつ、当該電池電圧のＤＣ／ＤＣ変換を与えることに基づいて複数の調節済み電圧を生成するべく、構成される。
様々な実施形態において、複数の調節済み電圧はそれぞれが、異なる電圧レベルを有する。
いくつかの実施形態において、包絡線追跡器はさらに、グランドと複数の調節済み電圧の対応調節済み電圧との間に結合される複数のデカップリングキャパシタを含む。
いくつかの実施形態において、変調器は、それぞれが変調器出力電圧と当該複数の調節済み電圧の対応調節済み電圧との間に結合される複数のスイッチを含む。
様々な実施形態において、携帯デバイスはさらに、変調器出力と電力増幅器供給電圧との間に接続される変調器出力フィルタを含み、変調器出力フィルタは、少なくとも一つの直列インダクタ及び少なくとも一つのシャントキャパシタを含む。
所定の実施形態において、本開示は包絡線追跡の方法に関する。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、電力増幅器供給電圧を使用して電力を当該電力増幅器に供給することと、ＤＣ／ＤＣ変換器から複数の調節済み電圧を出力することと、変調器を使用して当該複数の調節済み電圧及び包絡線信号に基づく電力増幅器電圧を制御することとを含み、当該包絡線信号は、当該無線周波数信号の包絡線に対応する。方法はさらに、無線周波数信号の電力レベルに基づいて複数の調節済み電圧のうち少なくとも一つの調節済み電圧の電圧レベルを制御することを含む。
様々な実施形態において、方法はさらに、無線周波数信号の電力レベルに基づいて複数の調節済み電圧のそれぞれ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、送信フレーム又は送信シンボルの少なくとも一方のための信号電力値に基づいて無線周波数信号の電力レベルを推定することを含む。一定数の実施形態によれば、信号電力値は、送信フレーム又はシンボルのための平均電力を示す。いくつかの実施形態によれば、信号電力値は、送信フレーム又はシンボルのためのピーク電力を示す。様々な実施形態によれば、方法はさらに、信号電力値に関連付けられる複数の所望電圧レベルを推定することを含む。いくつかの実施形態によれば、方法はさらに、複数の所望電圧レベルの対応する一つの所望電圧レベルをそれぞれが備える複数の調節済み電圧を出力するべくＤＣ／ＤＣ変換器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、電池電圧のＤＣ／ＤＣ変換を与えることに基づいて複数の調節済み電圧を生成することを含む。
様々な実施形態において、複数の調節済み電圧はそれぞれが、異なる電圧レベルを有する。
一実施形態に係る携帯デバイスの模式的な図である。 一実施形態の、電力増幅器のための包絡線追跡システムの模式的な図である。 他実施形態の包絡線追跡システムの模式的な図である。 他実施形態の包絡線追跡システムの模式的な図である。 異なる電力レベルの信号波形の５例の電圧対時間のグラフである。 電力増幅器供給電圧対入力電力の一例のグラフである。 信号波形の様々な例に対する電力付加効率（ＰＡＥ）対出力電力の一例のグラフである。 電力増幅器供給電圧対入力電力の他例のグラフである。 信号波形の様々な例に対するＰＡＥ対出力電力の他例のグラフである。 他実施形態に係る携帯デバイスの模式的な図である。 無線周波数（ＲＦ）信号を送信する通信システムの一実施形態の模式的な図である。 一実施形態に係るマルチレベル供給（ＭＬＳ）変調システムの模式的な図である。 一実施形態に係るＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器の模式的な図である。 ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換のためのタイミングの一例の模式的な図である。 連続波信号のためのＭＬＳ包絡線追跡の一例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提示する。しかしながら、ここに記載されるイノベーションは、例えば特許請求の範囲により画定かつカバーされる数多くの異なる態様で具体化することができる。本明細書において、同じ参照番号が同一の又は機能的に同様の要素を示す図面が参照される。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とは限らない。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、及び／又は図面に示される要素の部分集合を含み得る。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任意の適切な組み合わせも含み得る。
包絡線追跡は、電力増幅器の電力付加効率（ＰＡＥ）を、当該電力増幅器が増幅する無線周波数（ＲＦ）信号の包絡線に関連して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って、増加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信号の包絡線が増加すると、電力増幅器へ供給される電圧も増加し得る。同様に、ＲＦ信号の包絡線が減少すると、電力増幅器へ供給される電圧も減少して消費電力が低下する。
包絡線追跡は、ＲＦ信号の高速に変化する瞬時電力に包絡線信号が追従するアプリケーションを含み得る。他のアプリケーションにおいて、包絡線信号は、例えば、ＲＦ信号の長い時間平均によって決定されるかなりの低速であってもよい。例えば、シンボル追跡によるシンボルを使用する場合、包絡線信号は、直交周波数分割マルチプレクシング（多重化）（ＯＦＤＭ）信号の高速に変化する瞬時電力と比べて相対的に低頻度で変化する。例えば、５ＧのＯＦＤＭ波形に対し、瞬時電力が１０ｎｓ未満で山（ピーク）と谷との間を変化し得るのに対し、シンボルは１６μｓごとに変化し得る。所定の実装例において、包絡線信号は、ＲＦ信号の次の到来ピークに基づき得るので、ＲＦ電力に追従するといよりはむしろＲＦ電力を予測する。
調整電圧ステップを備えたマルチレベル包絡線追跡システムが与えられる。所定の実施形態において、電力増幅器のための電力増幅器供給電圧を生成する包絡線追跡システムが与えられる。包絡線追跡システムは、多数の調節済み電圧を出力するＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器と、電力増幅器が増幅するＲＦ信号の包絡線に対応する包絡線信号に基づいて経時的に当該調節済み電圧の選択を制御するＭＬＳ変調器と、ＭＬＳ変調器の出力部と電力増幅器供給電圧部との間に結合される変調器出力フィルタとを含む。包絡線追跡システムはさらに、ＲＦ信号の電力レベルに基づいてＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器により出力される調節済み電圧の電圧レベルを制御するべく構成されるスイッチングポイント適合回路を含む。
ＲＦ信号の電力レベルに基づいて調節済み電圧の電圧レベルを制御することにより、向上した効率を達成することができる。例えば、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器のスイッチングポイントを、調節済み電圧の予測調整を与えるようにＲＦ信号の電力レベルに基づいて適合させることができる。これにより、広範囲の信号電力にわたって効率を高めることができる。
所定の実装例において、スイッチングポイント適合回路は、特定の送信スロット又はフレームに対して示される信号電力値に基づいて、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器により出力される調節済み電圧を制御する。例えば、所定のシステムにおいて、平均及び／又はピーク信号電力の量は、（例えば通信ネットワークの基地局により指示される）送信スロット又はフレームの前に知ることができるので、調節済み電圧の電圧レベルを制御するべく使用することができる。
不連続電圧レベルスケールを、送信バースト又はフレーム中に設定される信号電力（例えば平均電力）に対応する適切な電圧レベル（例えば最小及び最大電圧値）に適合させることにより、マルチレベル包絡線追跡システムの性能改善を達成することができる。かかる追跡は、時分割デュプレクシング（ＴＤＤ）を含むがこれに限られない広範囲の送信シナリオに対して行うことができる。
したがって、所定の実装例において、電力増幅器供給電圧は、次のバースト又はフレームに対して予測されるピーク電力に基づいて制御することができ、又は送信中に動的に調整することもできる。調節済み電圧をこの態様で制御することにより、選択される電圧ステップのサイズを、電力増幅器における電圧の精細な追跡を許容するべく減少させることができる。
例えば、送信の開始前に、ピーク対平均及び平均電力が既知であるから、この知識によって、所望の最大及び最小電圧の計算が可能となる。所定の実装例において、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器の各調節済み電圧に対する電荷を保持するデカップリングキャパシタを、対応する電圧までプリチャージすることができる。
包絡線追跡システムをこの態様で実装することにより、包絡線追跡の精度向上を、バックオフ時、又は高い若しくは低いピーク対平均での動作時を含む広範囲の信号電力にわたって達成することができる。
所定の実装例において、包絡線追跡システムは、ベース帯域フィルタを介して電力増幅器に供給する多数電圧間でスイッチングすることができる電力供給源として動作する。電力供給源は、電力増幅器を通るＲＦ信号波形の振幅の変調帯域幅と比べて静的又は固定的な一定数の異なる電圧を生成するように制御される。付加的に、調節済み電圧は、電力増幅器の電力需要（例えば平均電力）に適合される。
所定の実装例において、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器からの調節済み電圧は、２以上の電力増幅器の電力増幅器供給電圧を生成するべく２以上のＭＬＳ変調器によって処理される。例えば、キャリアアグリゲーションシステム、多入力多出力（ＭＩＭＯ）システム、及び／又は他の通信システムも、共有ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器を使用して動作し得る。所定の実装例において、スイッチングポイント適合回路は、電力増幅器により増幅された最大信号電力に基づいて調節済み電圧を制御する。
例えば、多数の電力増幅器経路が同時に動作するＭＩＭＯ又はキャリアアグリゲーションの場合、包絡線追跡システムは、電力増幅器が大半の電力を搬送するのに適切な電圧スケールを選択することができる。これにより、有利なことに、最初に最高電力消費ブランチに電圧を適合させることによる電力消費の低減が許容される。所定のアプリケーションにおいて、一つの電力増幅器に対して単数の変調器スイッチ位置を使用することによって、及び第２の電力増幅器に対して変調器により他の電圧が使用されることを許容することによって、一つの電力増幅器に対して固定供給を設定することが有利となり得る。
所定の実装例において、デジタルプリディストーション（ＤＰＤ）システムが、電力増幅器供給電圧（Ｖｃｃ）フィルタ特性及び電力増幅器応答のキャリブレーションの知識に基づいて電圧設定を事前計算してＲＦにプリディストーションを与える。
図１は、一実施形態に係る携帯デバイス７０の模式的な図である。携帯デバイス７０は、一次アンテナ１、ダイバーシティアンテナ２、一次アンテナチューニング回路３、ダイバーシティアンテナチューニング回路４、双極双投（ＤＰＤＴ）アンテナダイバーシティスイッチ５、一次フロントエンドモジュール６、ダイバーシティフロントエンドモジュール７、電池８、マルチレベル供給（ＭＬＳ）包絡線追跡器９、送受信器１０、ベース帯域モデム１１、及びアプリケーションプロセッサ１２を含む。
携帯デバイスの一実施形態が示されるにもかかわらず、ここでの教示は、多種多様な態様で実装される携帯デバイスに適用可能である。したがって、他の実装例も可能である。
図示の実施形態において、一次フロントエンドモジュール６は、第１電力増幅器２１、第２電力増幅器２２、第３電力増幅器２３、第４電力増幅器２４、第１低雑音増幅器３１、第２低雑音増幅器３２、第３低雑音増幅器３３、ダイプレクサ４２、送信／受信帯域スイッチ４１、送信フィルタ４３、第１デュプレクサ４５、第２デュプレクサ４６、第３デュプレクサ４７、第１受信フィルタ５１、第２受信フィルタ５２、第３受信フィルタ５３、第１方向性結合器５９、及び第２方向性結合器６０を含む。付加的に、ダイバーシティフロントエンドモジュール７は、第１低雑音増幅器３５、第２低雑音増幅器３６、第１受信フィルタ５５、第２受信フィルタ５６、第１受信帯域選択スイッチ６１、及び第２受信帯域選択スイッチ６２を含む。
フロントエンド回路の一実施形態が示されるにもかかわらず、フロントエンド回路の他の実装例も可能である。例えば、フロントエンド回路は、一以上のアンテナから送信及び／又は受信されるＲＦ信号の処理のための電力増幅器（ＰＡ）、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、フィルタ、スイッチ、位相シフタ、デュプレクサ、及び／又は他の適切な回路を含んでよい。フロントエンドの機能の例は、送信のための信号増幅、受信信号増幅、信号フィルタリング、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。
したがって、一次フロントエンドモジュール、ダイバーシティ受信フロントエンドモジュール、アンテナ選択、及び／又はアンテナチューニングの他の実装例も使用してよい。
図１に示されるように、ＭＬＳ包絡線追跡器９は、携帯デバイス７０において電力増幅器が無線送信目的でＲＦ信号を増幅するための、一以上の電力増幅器供給電圧を生成するべく使用される。図示の実施形態において、ＭＬＳ包絡線追跡器９は、電池８から電池電圧ＶＢＡＴＴを受け、第１電力増幅器２１のための第１電力増幅器供給電圧ＶＰＡ１、及び第１電力増幅器２２のための第２電力増幅器供給電圧ＶＰＡ２を生成する。ＭＬＳ包絡線追跡器９が２つの電力増幅器供給電圧を生成する一例が示されるにもかかわらず、ＭＬＳ包絡線追跡器９は、これよりも多い又は少ない電力増幅器供給電圧を生成してよい。
ＭＬＳ包絡線追跡器９は、第１電力増幅器２１が増幅する第１ＲＦ信号の包絡線を追跡するべく第１電力増幅器供給電圧ＶＰＡ１を制御する。付加的に、ＭＬＳ包絡線追跡器９は、第２電力増幅器２２が増幅する第２ＲＦ信号の包絡線を追跡するべく第２電力増幅器供給電圧ＶＰＡ２を制御する。所定の実装例において、ＭＬＳ包絡線追跡器９は、ベース帯域モデム１１から一以上の包絡線信号を受信する。例えば、ＭＬＳ包絡線追跡器９は、第１ＲＦ信号の包絡線を示す第１包絡線信号と、第２ＲＦ信号の包絡線を示す第２包絡線信号とを受信することができる。包絡線信号はアナログ又はデジタルとしてよい。
電池８は、携帯デバイス７０における使用のための、例えばリチウムイオン電池を含む任意の適切な電池としてよい。電池電圧ＶＢＡＴＴは、ＭＬＳ包絡線追跡器９のＤＣ／ＤＣ変換器によって調節され、ここでの教示に係るマルチレベル包絡線追跡のために使用される調節済み電圧が生成される。
送受信器１０は、送信のためのＲＦ信号を生成し、一次アンテナ１及びダイバーシティアンテナ２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る様々な機能は、図１においてまとめて送受信器１０として代表され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信号を取り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）を設けてもよい。
ベース帯域モデム１１は、送受信器１０に、送信のためのＲＦ信号を生成するべく送受信器１０が処理する送信信号のデジタル表現を与える。ベース帯域モデム１１もまた、送受信器１０が与え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、ベース帯域モデム１１は、携帯デバイス７０における一次アプリケーション処理を与える役割を果たすアプリケーションプロセッサ１２に結合される。アプリケーションプロセッサ１２は、メモリ管理、グラフ処理、及び／又はマルチメディアデコーディングを含むがこれらに限られないアプリケーションをサポートするのに適切なシステム能力を与えることのような、多種多様な機能を与えることができる。
携帯デバイス７０が、マルチレベル包絡線追跡器のＲＦシステムの一例を示すにもかかわらず、ここでの教示に従って実装される一以上のマルチレベル包絡線追跡器を、多種多様なＲＦシステムに含めることができる。
図２～図３Ｂは、様々な実施形態の、電力増幅器のための包絡線追跡システムの模式的な図を描く。しかしながら、ここでの教示は、多種多様な態様で実装される包絡線追跡器に適用可能である。したがって、他の実装例も可能である。
図２は、一実施形態の、電力増幅器７１のための包絡線追跡システム１００の模式的な図である。包絡線追跡システム１００は、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器７２、スイッチングポイント適合回路７５、ＭＬＳ変調器８１、及び変調器出力フィルタ９１を含む。ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器７２は、スイッチングレギュレータとも称する。
電力増幅器７１は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅してＲＦ出力信号ＲＦＯＵＴを生成する。ＭＬＳ変調器８１は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの包絡線に関連して変化する包絡線信号（ＥＮＶＥＬＯＰＥ）を受信する。
図示の実施形態において、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器７２は、電池電圧ＶＢＡＴＴを受け、異なる電圧レベルの様々な調節済み電圧ＶＭＬＳａ、ＶＭＬＳｂ、ＶＭＬＳｃ、…ＶＭＬＳｎを生成するＤＣ／ＤＣ変換を与える。一例に４つのＭＬＳ電圧が描かれるにもかかわらず、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器７２は、省略記号により示されるように、これよりも多い又は少ないＭＬＳ電圧を生成してよい。
ＭＬＳ変調器８１は、調節済み電圧ＶＭＬＳａ、ＶＭＬＳｂ、ＶＭＬＳｃ、…ＶＭＬＳｎと包絡線信号とを受信し、変調器出力電圧を変調器出力フィルタ９１に与える。所定の実装例において、ＭＬＳ変調器８１は、包絡線信号に基づき経時的に適切な調節電圧を選択することに基づいて出力電圧を制御する。例えば、ＭＬＳ変調器８１は、包絡線信号の値に基づいて、調節済み電圧ＶＭＬＳａ、ＶＭＬＳｂ、ＶＭＬＳｃ、…ＶＭＬＳｎのうち一つの調節済み電圧を変調器の出力に選択的に接続するスイッチのバンクを含み得る。
変調器出力フィルタ９１は、ＭＬＳ変調器８１の出力をフィルタリングすることによって、電力増幅器７１のための電力増幅器供給電圧ＶＰＡを生成する。
図２に示されるように、包絡線追跡システム１００はまた、スイッチングポイント適合回路７５も含む。スイッチングポイント適合回路７５は、ＲＦ信号ＲＦＩＮの電力レベルに基づいて調節済み電圧ＶＭＬＳａ、ＶＭＬＳｂ、ＶＭＬＳｃ、…ＶＭＬＳｎのうち一以上の調節済み電圧の電圧レベルを制御する。所定の実装例において、スイッチングポイント適合回路７５は、調節（例えば図１１を参照）のために使用されるＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器７２のパルス幅を制御することにより、調節のスイッチングポイント及び対応する調節済み電圧レベルを制御する。
ＲＦ信号ＲＦＩＮの電力レベルに基づいて調節済み電圧ＶＭＬＳａ、ＶＭＬＳｂ、ＶＭＬＳｃ、…ＶＭＬＳｎの電圧レベルを制御することにより、向上した効率を達成することができる。例えば、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器７２のスイッチングポイントを、ＲＦ信号の電力レベルに基づいて適合させることができるので、調整済み電圧の予測調整が許容されて広範囲の信号電力にわたって効率を高めることができる。
所定の実装例において、スイッチングポイント適合回路７５は、送信フレーム又はスロットに示される送信電力の量に基づいて調節済み電圧ＶＭＬＳａ、ＶＭＬＳｂ、ＶＭＬＳｃ、…ＶＭＬＳｎの電圧レベルを制御する。例えば、スイッチングポイント適合回路７５は、ベース帯域モデム又は他の適切なソースからの送信電力の量を示すデータを受信することができる。
包絡線追跡システム１００は、高帯域幅変調に適切となり得るシンボル追跡によるシンボルを使用するアプリケーションに十分に適している。例えば、シンボル追跡によるシンボルを使用する場合、２つのＭＬＳ電圧をプログラミングしてシンボルレート（例えば５Ｇでは１６μｓ）で連続して使用することができる。すなわち、ＭＬＳ変調器８１は、電力増幅器供給電圧を生成するために使用される電圧を、新たな電圧保持キャパシタへとスイッチングすることによって変化させることができる。
図３Ａは、他実施形態の、電力増幅器モジュール１０１のための包絡線追跡システム１５０の模式的な図である。包絡線追跡システム１５０は、包絡線追跡集積回路（ＩＣ）１０２、変調器出力フィルタ１０４、包絡線整形回路１０５、包絡線信号コンディショニング回路１０６、スイッチングポイント適合回路１０９、第１デカップリングキャパシタ１１１～第４デカップリングキャパシタ１１４のそれぞれ、及びインダクタ１１７を含む。
一実施形態の包絡線追跡システムが図３Ａに示されるにもかかわらず、ここでの教示は、多種多様な態様で実装される包絡線追跡システムに適用可能である。したがって、他の実装例も可能である。
図示の実施形態において、包絡線追跡ＩＣ１０２は、ＭＬＳスイッチング回路１２１、デジタル制御回路１２２、ベース帯域ＭＬＳ変調器１２３、及び変調器制御回路１２４を含む。図３Ａの包絡線追跡ＩＣ１０２は、電池電圧（ＶＢＡＴＴ）の受信、スイッチングポイント適合回路１０９からのスイッチングポイント適合データの受信、シリアルペリフェラルインタフェイス（ＳＰＩ）経由の通信、包絡線信号（ＥＮＶＥＬＯＰＥ）の受信、デカップリングキャパシタ１１１～１１４との接続、及びインダクタ１１７との接続のような、様々な機能を与える様々なピン又はパッドとともに描かれる。包絡線追跡ＩＣはまた、ここで包絡線追跡半導体ダイ又はチップとも称する。
ＭＬＳスイッチング回路１２１は、電圧調節を与えるべくインダクタ１１７を通る電流を制御する。例えば、ＭＬＳスイッチング回路１２１はスイッチ及びコントローラを含み、このコントローラは、（パルス幅変調を含むがこれに限られない）任意の適切な調節スキームを使用してこのスイッチをオン及びオフにしてＤＣ／ＤＣ変換を与える。図示の実施形態において、ＭＬＳスイッチング回路１２１は、異なる電圧レベルの４つの調節済みＭＬＳ電圧を出力する。しかしながら、ＭＬＳスイッチング回路１２１は、これよりも多い又は少ない調節済み電圧を出力するように実装してもよい。
図３Ａに示されるように、ＭＬＳスイッチング回路１２１は、デジタル制御回路１２２によって制御される。デジタル制御回路１２２は、プログラミング可能性をＭＬＳスイッチング回路１２１、ＭＬＳ変調器１２３、及び／又は変調器制御回路１２４に与え得る。図３Ａに示されるように、デジタル制御回路１２２はＳＰＩバスに結合される。所定の実装例において、デジタル制御回路１２２は、ＳＰＩバス及び／又は他のチップインタフェイスを経由して受信されるデータに基づいてＭＬＳスイッチング回路１２１、ＭＬＳ変調器１２３、及び／又は変調器制御回路１２４を制御する。
ベース帯域ＭＬＳ変調器１２３は、変調器出力フィルタ１０４を介して電力増幅器供給電圧ＶＰＡに結合される出力部を含む。所定の実装例において、ベース帯域ＭＬＳ変調器１２３は、各調節済みＭＬＳ電圧と変調器出力フィルタ１０４との間に結合されるスイッチを含む。付加的に、変調器のスイッチは、包絡線信号に基づいて変調器コントローラ１２４によって選択的に開閉される。
図示の実施形態において、変調器出力フィルタ１０４は、第１直列インダクタ１２７、第２直列インダクタ１２８、第１シャントキャパシタ１２５、及び第２シャントキャパシタ１２６を含む。変調器出力フィルタの一実装例が図３Ａに描かれるにもかかわらず、ここでの教示は、多種多様な態様で実装される変調器出力フィルタにも適用可能である。したがって、他の実装例のフィルタも、ここでの教示に従って使用することができる。
所定の実装例において、フィルタの一以上のコンポーネントは、柔軟性及び／又は制御性を高めるように制御可能である（例えばデジタルプログラミング可能であり及び／又はアナログチューニングされる）。例えば、図示の実施形態において、第１シャントキャパシタ１２５及び第２シャントキャパシタ１２６は、制御可能なキャパシタンス値を有する。制御可能フィルタコンポーネントの２つの例が示されるにもかかわらず、他のフィルタコンポーネントを制御可能となるように付加的又は代替的に実装してよい。
図示の実施形態において、電力増幅器モジュール１０１は電力増幅器１０７及び供給電圧フィルタ１０８を含む。供給電圧フィルタ１０８は、直列インダクタ１３３、第１シャントキャパシタ１３１、及び第２シャントキャパシタ１３２を含む。電力増幅器モジュールの一実装例が示されるにもかかわらず、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モジュールにも適用可能である。したがって、他の実装例も可能である。
図３Ａに示されるように、スイッチングポイント適合回路１０９は、電力推定回路１４１、電圧推定回路１４２、及びＭＬＳプログラミング回路１４３を含む。電力推定回路１４１は、ＲＦ信号ＲＦＩＮの信号電力を推定するべく動作する。所定の実装例において、電力推定回路１４１は、特定の送信フレーム又はスロットに関連付けられる信号電力デジタルデータを受信する。
電圧推定回路１４２は、ＭＬＳスイッチング回路１２１の複数の調節済み出力電圧のうち一以上の調節済み出力電圧の所望電圧レベルを、推定電力に基づいて推定するように動作する。ＭＬＳプログラミング回路１４３は、推定電圧に基づいてＭＬＳスイッチング回路１２１をプログラミングするように動作する。図示の実施形態において、ＭＬＳスイッチング回路１２１は、ＳＰＩバスとは別個のインタフェイスを経由してプログラミングがされる。他実施形態において、スイッチングポイント適合回路１０９は、ＳＰＩバスを経由して、及び／又は包絡線追跡ＩＣ１０２との他の共通インタフェイスを経由してＭＬＳスイッチング回路１２１をプログラミングする。
スイッチングポイント適合回路の一実施形態が示されるにもかかわらず、ここでの教示は、多種多様な態様で実装されるスイッチングポイント適合回路にも適用可能である。
図３Ｂは、包絡線追跡システム１６０の他実施形態の模式的な図である。包絡線追跡システム１６０は、包絡線追跡ＩＣ１５２、第１変調器出力フィルタ１０４ａ、第２変調器出力フィルタ１０４ｂ、第１包絡線整形回路１０５ａ、第２包絡線整形回路１０５ｂ、第１包絡線信号コンディショニング回路１０６ａ、第２包絡線信号コンディショニング回路１０６ｂ、スイッチングポイント適合回路１０９、第１デカップリングキャパシタ１１１～第４デカップリングキャパシタ１１４のそれぞれ、及びインダクタ１１７を含む。包絡線追跡システム１６０は、第１電力増幅器モジュール１０１ａのための第１電力増幅器供給電圧ＶＰＡ１、及び第２電力増幅器モジュール１０１ｂのための第２電力増幅器供給電圧ＶＰＡ２を生成する。
図示の実施形態において、包絡線追跡ＩＣ１５２は、ＭＬＳスイッチング回路１２１、デジタル制御回路１２２、第１ベース帯域ＭＬＳ変調器１２３ａ、第２ベース帯域ＭＬＳ変調器１２３ｂ、第１変調器制御回路１２４ａ、及び第２変調器制御回路１２４ｂを含む。
図３Ｂの包絡線追跡システム１６０は図３Ａの包絡線追跡システム１５０と同様であるが、包絡線追跡システム１６０が、多数の電力増幅器供給電圧を生成するべく多数の変調器と組み合わせて使用される共通又は共有のＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器が使用される一実装例を含む点で異なる。
所定の実装例において、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器からの調節済み電圧は、２以上の電力増幅器の電力増幅器供給電圧を生成するべく２以上のＭＬＳ変調器によって処理される。所定の実装例において、スイッチングポイント適合回路は、電力増幅器により増幅された最大信号電力に基づいて調節済み電圧を制御する。
図４は、異なる電力レベルの信号波形の５例の電圧対時間のグラフである。図示の例は、３０ＭＨｚの電力供給フィルタ帯域幅を備えた５つのレベルのＭＣＳ０の２０ＭＨｚＷＬＡＮ波形に対して描かれる。
図４に示されるように、この例における５つの電圧レベルは、電圧レベルの最小及び最大が時変波形の最小及び最大に整合するように、信号の振幅に基づいて設定される。例えば、図４は、５つの異なる平均電力に対し、振幅対時間のパルスを追跡する５つの異なる電圧スケールを描く。
図５Ａは、電力増幅器供給電圧対入力電力の一例のグラフである。この例は、適合された電圧表がない２４ｄＢｍの電力のための電圧スケールを示す。複数の電圧ステップが１．７Ｖと５．５Ｖとの間に存在し、５．５Ｖは３５ｄＢｍの最大ピーク電力に対応し、典型的なＬＴＥ波形に対して３０．５ｄＢｍの平均出力電力を満たす。
図５Ｂは、信号波形の様々な例に対する電力付加効率（ＰＡＥ）対出力電力の一例のグラフである。
ｘ軸上の各電力に対して単数電圧が選択され、その結果、各電力における所与電圧に対して選択される効率曲線が得られる。各電力に対して選択される単数電圧の組み合わせが、システムに対して実現可能な電力増幅器効率を代表するギザギザのオーバーレイ効率曲線を描く。
この例は、様々な波形に対する結果を示し、２４ｄＢｍにおいて約３５％の電力増幅器効率平均となる。
図６Ａは、電力増幅器供給電圧対入力電力の他例のグラフである。この例は、適合された電圧ステップの一例による２４ｄＢｍの電力に対する電圧スケールを示す。電圧ステップが１．７Ｖと２．７Ｖとの間に存在し、２．７Ｖは、２８．５ｄＢｍの最大ピーク電力に対応し、典型的なＬＴＥ波形に対して２４ｄＢｍの平均出力電力を満たす。
図６Ｂは、信号波形の様々な例に対するＰＡＥ対出力電力の他例のグラフである。この例は、様々な波形に対する結果を示し、２４ｄＢｍにおいて約４２％の電力増幅器効率平均となる。これは、図５Ｂに関連付けられる３５％の効率数に対して有意な改善である。２４ｄＢｍの平均送信電力に精密に適合された低い電圧を選択することにより、実現される電力増幅器効率が有意に改善される。
図７は、他実施形態に係る携帯デバイス８００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Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（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ように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る様々な機能は、図７においてまとめて送受信器８０２として代表され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信号を取り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）を設けてもよい。
フロントエンドシステム８０３は、アンテナ８０４に送信し及び／又はアンテナ８０４から受信する信号のコンディショニングを補助する。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（ＰＡ）８１１、低雑音増幅器（ＬＮＡ）８１２、フィルタ８１３、スイッチ８１４、及びデュプレクサ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、送信信号の増幅、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（二重化）、信号のマルチプレクシング（多重化）（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）及び時間分割デュプレクシング（ＴＤＤ）の双方に使用することができるので、複数のキャリア又はチャネルを集約（アグリゲーション）するべく使用してよい。キャリアアグリゲーションは、同じ動作周波数帯域内に連続キャリアが集約される連続アグリゲーションを含む。キャリアアグリゲーションは不連続でもよく、共通帯域内又は異なる帯域内で周波数が分離したキャリアを含んでもよい。
複数のアンテナ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８０４は、多種多様な周波数及び通信規格に関連付けられる信号の送信及び／又は受信に関連付けられ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／又はスイッチ式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重データストリームを通信する多重アンテナを使用する。ＭＩＭＯ通信は、無線環境の空間的多重化（マルチプレクシング）に起因して高信号対雑音比、改善されたコーディング、及び／又は信号干渉低減からの利益を受ける。スイッチ式ダイバーシティとは、特定の時刻に動作する特定のアンテナが選択される通信を言及する。例えば、観測ビット誤り率及び／又は信号強度指標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ように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し得る。例えば、フロントエンドシステム８０３は、送受信器８０２により制御される可変位相を有す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の形成及び指向性を与えるように制御される。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が、アンテナ８０４から放射される信号が、建設的及び破壊的な干渉を使用して結合されるように、制御され、所与の方向に伝播する強い信号強度を有するビームのような品質を示す集約送信信号が生成される。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に到達す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強化するべく一以上のアレイのアンテナ素子を含む。
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出力（Ｉ／Ｏ）の処理を容易にするユーザインタフェイス８０７に結合される。ベース帯域システム８０１は、送受信器８０２に送信信号のデジタル表現を与え、これを送受信器８０２が処理して送信用のＲＦ信号が生成される。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も処理する。図７に示されるように、携帯デバイス８００の動作を容易にするべくベース帯域システム８０１がメモリ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／又は命令の格納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。電力管理システム８０５は、本開示の一以上の特徴に従って実装されるＭＬＳ包絡線追跡器８６０を含み得る。
図７に示されるように、電力管理システム８０５は、電池８０８から電池電圧を受ける。電池８０８は、携帯デバイス８００における使用のための、例えばリチウムイオン電池を含む任意の適切な電池としてよい。
図８は、ＲＦ信号を送信する通信システム９５０の一実施形態の模式的な図である。通信システム９５０は、電池９０１、ＭＬＳ包絡線追跡器９０２、電力増幅器９０３、方向性結合器９０４、デュプレクシング・スイッチング回路９０５、アンテナ９０６、ベース帯域プロセッサ９０７、信号遅延回路９０８、デジタルプリディストーション（ＤＰＤ）回路９０９、Ｉ／Ｑ変調器９１０、観測受信器９１１、相互変調検出回路９１２、包絡線遅延回路９２１、座標回転デジタル計算（ＣＯＲＤＩＣ）回路９２２、整形回路９２３、デジタル／アナログ変換器９２４、及び再構成フィルタ９２５を含む。
図８の通信システム９５０は、本開示の一以上の特徴に従って実装される包絡線追跡システムを含み得るＲＦシステムの一例を示す。しかしながら、ここでの教示は、多種多様な態様で実装されるＲＦシステムに適用可能である。
ベース帯域プロセッサ９０７は、所望の振幅、周波数及び位相の正弦波又は正弦信号の信号成分に対応する同相（Ｉ）信号及び直角位相（Ｑ）信号を生成するように動作する。例えば、Ｉ信号及びＱ信号は、正弦波の等価表現を与える。所定の実装例において、Ｉ信号及びＱ信号はデジタル形式で出力される。ベース帯域プロセッサ９０７は、ベース帯域信号を処理する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９０７は、デジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ、プログラミング可能コア、又はこれらの任意の組み合わせを含み得る。
信号遅延回路９０８は、Ｉ信号及びＱ信号に調整可能遅延を与え、包絡線追跡器９０２に与えられる差動包絡線信号ＥＮＶ＿ｐ、ＥＮＶ＿ｎと電力増幅器９０３に与えられるＲＦ信号ＲＦＩＮとの相対的な整合性の制御を補助する。信号遅延回路９０８が与える遅延量は、相互変調検出回路９１２が検出する隣接帯域の相互変調量に基づいて制御される。
ＤＰＤ回路９０９は、信号遅延回路９０８からの遅延されたＩ信号及びＱ信号にデジタル整形を与え、デジタルプリディストーション（ＤＰＤ）されたＩ信号及びＱ信号を生成するように動作する。図示の実施形態において、ＤＰＤ回路９０９が与えるＤＰＤは、相互変調検出回路９１２が検出する相互変調量に基づいて制御される。ＤＰＤ回路９０９は、電力増幅器９０３のディストーションを低減し及び／又は電力増幅器９０３の効率を増加させる役割を果たす。
Ｉ／Ｑ変調器９１０は、デジタルプリディストーションされたＩ信号及びＱ信号を受信し、これらの信号はＲＦ信号ＲＦＩＮを生成するべく処理される。例えば、Ｉ／Ｑ変調器９１０は、デジタルプリディストーションされたＩ信号及びＱ信号をアナログ形式に変換するように構成されるＤＡＣと、アナログＩ信号及びＱ信号を無線周波数（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ＲＦ信号ＲＦＩＮにする信号結合器とを含み得る。所定の実装例において、Ｉ／Ｑ変調器９１０は、処理される信号の周波数成分をフィルタリングするべく構成される一以上のフィルタを含み得る。
包絡線遅延回路９２１は、ベース帯域プロセッサ９０７からのＩ信号及びＱ信号を遅延させる。付加的に、ＣＯＲＤＩＣ回路９２２は、遅延されたＩ信号及びＱ信号を処理し、ＲＦ信号ＲＦＩＮの包絡線を代表するデジタル包絡線信号を生成する。図８がＣＯＲＤＩＣ回路９２２を使用する一実装例を示すにもかかわらず、包絡線信号を他の態様で取得することもできる。
整形回路９２３は、通信システム９５０の性能を高めるべくデジタル包絡線信号を整形するように動作する。所定の実装例において、整形回路９２３は、デジタル包絡線信号の各レベルを対応する整形される包絡線信号レベルにマッピングする整形表を含む。包絡線整形は、電力増幅器９０３の線形性、ディストーション、及び／又は効率の制御に役立ち得る。
図示の実施形態において、整形された包絡線信号は、ＤＡＣ９２４によって差動アナログ包絡線信号に変換されたデジタル信号である。付加的に、差動アナログ包絡線信号は、再構成フィルタ９２５によってフィルタリングされ、ＭＬＳ包絡線追跡器９０２の差動包絡線増幅器により使用されるのに適切な差動包絡線信号ＥＮＶ＿ｐ、ＥＮＶ＿ｎが生成される。所定の実装例において、再構成フィルタ９２５は差動低域通過フィルタを含む。
包絡線信号伝達の一例が示されるにも関わらず、ここでの教示は、多種多様な態様で実装される包絡線信号伝達にも適用可能である。例えば、他例において、ＭＬＳ包絡線追跡器９０２にデジタル包絡線データを与えることを優先させてＤＡＣ９２４及び再構成フィルタ９２５が省略される。
引き続き図８を参照すると、ＭＬＳ包絡線追跡器９０２は、再構成フィルタ９２５から包絡線信号を受信するとともに電池９０１から電池電圧ＶＢＡＴＴを受け、差動包絡線信号ＥＮＶ＿ｐ、ＥＮＶ＿ｎを使用して電力増幅器９０３のための電力増幅器供給電圧ＶＣＣ＿ＰＡを生成する。電力増幅器供給電圧ＶＣＣ＿ＰＡは、ＲＦ信号ＲＦＩＮの包絡線に関連して変化する。電力増幅器９０３は、Ｉ／Ｑ変調器９１０からＲＦ信号ＲＦＩＮを受信し、増幅されたＲＦ信号ＲＦＯＵＴを、この例ではデュプレクシング・スイッチング回路９０５を介してアンテナ９０６に与える。
方向性結合器９０４が電力増幅器９０３の出力とデュプレクシング・スイッチング回路９０５の入力との間に配置されることにより、デュプレクシング・スイッチング回路９０５の挿入損失を含まない電力増幅器９０３の出力電力測定が許容される。方向性結合器９０４の検知された出力信号が観測受信器９１１に与えられる。観測受信器９１１は、ダウンコンバートされたＩ信号及びＱ信号を生成するべくダウンコンバージョンを与える混合器と、当該ダウンコンバートされたＩ信号及びＱ信号からＩ観測信号及びＱ観測信号を生成するＤＡＣとを含み得る。
相互変調検出回路９１２は、Ｉ観測信号及びＱ観測信号とベース帯域プロセッサ９０７からのＩ信号及びＱ信号との相互変調積を決定する。付加的に、相互変調検出回路９１２は、ＤＰＤ回路９０９が与えるＤＰＤ及び／又は信号遅延回路９０８の遅延を制御して差動包絡線信号ＥＮＶ＿ｐ、ＥＮＶ＿ｎとＲＦ信号ＲＦＩＮとの相対的整合性を制御する。他実施形態において、相互変調検出回路９１２は付加的又は代替的に、信号遅延回路９２１の遅延を制御する。
電力増幅器９０３の出力からのフィードバック経路とベース帯域とを含めることにより、Ｉ信号及びＱ信号を、通信システム９５０の動作を最適化するべく動的に調整することができる。例えば、通信システム９５０をこの態様で構成することにより、電力の制御、送信器障害の補償、及び／又はＤＰＤの実行を補助することができる。
単数段として示されるにもかかわらず、電力増幅器９０３は一以上の段を含んでよい。さらに、ここでの教示は、多数の電力増幅器を含む通信システムにも適用可能である。
図９は、一実施形態に係るＭＬＳ変調システム１０５０の模式的な図である。ＭＬＳ変調システム１０５０は、変調器制御回路１０２０、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器１０２５、変調器スイッチバンク１０２７、及びデカップリングキャパシタバンク１０３０を含む。
図９のＭＬＳ変調システム１０５０は、マルチレベル包絡線追跡器への組み込みに適切なＭＬＳ変調器回路の一実装例を示す。しかしながら、ここでの教示に従って実装されるマルチレベル包絡線追跡器には、ＭＬＳ変調器回路の他実装例も含めてよい。
ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器１０２５は、電池電圧ＶＢＡＴＴのＤＣ／ＤＣ変換を与えることに基づいて第１調節済み電圧ＶＭＬＳ１、第２調節済み電圧ＶＭＬＳ２、及び第３調節済み電圧ＶＭＬＳ３を生成する。３つの調節済み電圧を有する一例が示されるにもかかわらず、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器１０２５は、これよりも多い又は少ない調節済み電圧を生成してよい。所定の実装例において、調節済み電圧の少なくとも一部分が、電池電圧ＶＢＡＴＴに対してブーストされる。付加的又は代替的に、調節済み電圧の一以上は、電池電圧ＶＢＡＴＴよりも低い電圧を有するバック電圧である。
デカップリングキャパシタバンク１０３０は、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器１０２５が生成する調節済み電圧の安定化を補助する。例えば、図９のデカップリングキャパシタバンク１０３０は、第１調節電圧ＶＭＬＳ１をデカップリングする第１デカップリングキャパシタ１０３１、第２調節電圧ＶＭＬＳ２をデカップリングする第２デカップリングキャパシタ１０３２、及び第３調節電圧ＶＭＬＳ３をデカップリングする第３デカップリングキャパシタ１０３３を含む。
引き続き図９を参照すると、変調器スイッチバンク１０２７は、変調器の出力（ＭＯＤＯＵＴ）と第１調節電圧ＶＭＬＳ１との間に接続される第１スイッチ１０４１、当該変調器の出力と第２調節電圧ＶＭＬＳ２との間に接続される第２スイッチ１０４２、及び当該変調器の出力と第３調節電圧ＶＭＬＳ３との間に接続される第３スイッチ１０４３を含む。変調器制御部１０２０は、スイッチ１０４１～１０４３を選択的に開閉して変調器の出力を制御するべく動作する。
図１０は、一実施形態に係るＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器１０７３の模式的な図である。ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器１０７３は、インダクタ１０７５、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、及び第６スイッチＳ６を含む。ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器１０７３はさらに、調節を与える当該スイッチ開閉のための制御回路（図１０に図示せず）も含む。
図１０のＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器１０７３は、マルチレベル包絡線追跡器への組み込みに適切なＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器の一実装例を示す。しかしながら、ここでの教示に従って実装されるマルチレベル包絡線追跡器には、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器の他実装例も含めてよい。
図示の実施形態において、第１スイッチＳ１は、電池電圧ＶＢＡＴＴに電気的に接続される第１端と、第２スイッチＳ２の第１端に及びインダクタ１０７５の第１端に電気的に接続される第２端とを含む。第２スイッチＳ２はさらに、第１供給又はグランド供給ＶＧＮＤに電気的に接続される第２端を含む。図１０が、グランド供給及び電池電圧を使用して電力が与えられるＤＣ／ＤＣ変換器の構成を示すにもかかわらず、ここでの教示は、任意の適切な電力供給を使用して電力が与えられるＤＣ／ＤＣ変換器にも適用可能である。インダクタ１０７５はさらに、第３スイッチＳ３～第６スイッチＳ６それぞれの第１端に電気的に接続される第２端を含む。第３スイッチＳ３はさらに、グランド供給ＶＧＮＤに電気的に接続される第２端も含む。第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５及び第６スイッチＳ６はそれぞれが、第１調節済み電圧ＶＭＬＳ１、第２調節済み電圧ＶＭＬＳ２及び第３調節済み電圧ＶＭＬＳ３それぞれを生成するべく構成される第２端を含む。
第１スイッチＳ１～第６スイッチＳ６は、調節済み電圧を目標電圧レベルの特定の誤差許容範囲内に維持するように選択的に開閉される。３つの調節済み電圧を有する一例が示されるにもかかわらず、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器１０７３は、これよりも多い又は少ない調節済み電圧を生成するべく実装されてよい。
図示の実施形態において、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換器１０７３は、電池電圧ＶＢＡＴＴよりも大きな調節済みブースト電圧を生成するべく、及び／又は電池電圧ＶＢＡＴＴよりも小さな調節済みバック電圧を生成するべく動作可能なバック・ブースト変換器として動作する。しかしながら、他の実装例も可能である。
図１１は、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換のためのタイミングの一例の模式的な図である。図１１に示されるように、調節サイクルの幅を、ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換により生成される調節済み電圧の電圧レベルを制御するべく使用することができる。例えば、一つのＭＬＳ調節済み電圧を周期ｔ１に関連付ける一方で、第２の調節電圧を異なる周期ｔ２に関連付けることができる。付加的に、異なる電圧レベル間のクローバー電流を回避するべく非重畳の周期ｔｏｖｌｐを使用することもできる。
ここでの所定の実装例において、一以上の調節周期（例えばｔ１及び／又はｔ２）及び／又は一以上の非重畳周期（例えばｔｏｖｌｏｐ）はデジタル制御可能である。所定の実装例において、遅延は、デジタル状態機械及び／又は他の適切な回路に基づいて制御される。
ＭＬＳＤＣ／ＤＣ変換によって生成される調節済み電圧は、変調器によって選択的に変調器出力フィルタに与えることができる。図示の例において、変調器出力フィルタは、シャントキャパシタＣ１及びＣ２と直列インダクタＬ１及び２とを含むように描かれる。しかしながら、変調器出力フィルタの他の実装例も可能である。
図１２は、連続波信号のためのＭＬＳ包絡線追跡の一例の模式的な図である。示される例は、約１００ＭＨｚの周波数及び約１０ｎｓの対応周期を有する連続波信号のための例である。当該信号のための適切なＭＬＳ電圧レベルの例が示される。
おわりに
上述の実施形態のいくつかが、携帯デバイスに関連する例を与えてきた。しかしながら、これらの実施形態の原理及び利点は、包絡線追跡を必要とする任意の他のシステム又は装置のために使用することができる。
文脈が明確にそうでないことを要求しない限り、明細書及び特許請求の範囲全体を通して、「含む」、「備える」等の用語は、排他的又は網羅的な意味とは逆の、包括的な意味で、すなわち「～を含むがこれに限られない」意味で解釈されるべきである。ここで一般に使用される用語「結合」は、２つ以上の要素が、直接に接続されるか、又は一以上の中間要素を経由して接続されるかのいずれかとなり得ることを言及する。同様に、ここで一般に使用される用語「接続」も、２つ以上の要素が、直接に接続されるか、又は一以上の中間要素を経由して接続されるかのいずれかとなり得ることを言及する。加えて、本願において使用される場合、用語「ここで」、「上」、「下」、及び同様の意味の用語は、本願全体を言及するものとし、本願のいずれか特定の部分を言及するわけではない。文脈上許容される場合、単数又は複数の数を使用する上記の詳細な説明における用語は、それぞれ複数又は単数の数も含み得る。２つ以上の項目のリストを参照する「又は」及び「若しくは」という用語は、その用語の以下の解釈、すなわち、リスト内の項目のいずれか、リスト内の項目のすべて、及びリスト内の項目の任意の組み合わせ、のすべてをカバーする。
さらに、具体的に記述されない限り、又は使用される文脈内でそうでないと理解されない限り、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」投のようなここで使用される条件的言語は一般に、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は含まないことを意図する。すなわち、かかる条件的言語は一般に、特徴、要素及び／若しくは状態が、一以上の実施形態に必要な任意の態様で存在すること、又は一以上の実施形態が、著者のインプット若しくはプロンプトあり若しくはなしで、これらの特徴、要素及び／若しくは状態が含まれるか否か、若しくは任意の特定の実施形態において行われるべきか否かを決定する論理を必ず含むこと、を含意することが意図されていない。
本発明の実施形態の上記説明は、網羅的であることを意図したものではなく、又は上記開示の正確な形態に本発明を限定することを意図したものでもない。本発明の特定の実施形態及び例は、説明目的のために上述されているが、当業者が認識するように、本発明の範囲内で様々な等価な修正例が可能である。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一方、代替の実施形態が異なる順序でステップを有するルーチンを実行し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／又は修正され得る。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してよい。また、プロセス又はブロックは、直列に実行されるように示されることがある一方、これらのプロセス又はブロックは、その代わりに並列に実行されてもよく、又は異なる時刻に実行されてもよい。
ここに与えられる本発明の教示は、必ずしも上述のシステムというわけではない他のシステムに適用することができる。上述の様々な実施形態の要素及び作用は、さらなる実施形態を与えるべく組み合わせてよい。
本発明の所定の実施形態が記載されてきたが、これらの実施形態は例としてのみ提示されており、本開示の範囲を限定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、様々な他の形式で具体化してよく、さらには、ここに記載される方法及びシステムの形式の様々な省略、置換及び変更を、本開示の要旨から逸脱することなく行ってよい。添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物は、本開示の範囲及び要旨に収まるような形式又は修正をカバーすることが意図される。

Claims (20)

  1. 包絡線追跡システムであって、
    無線周波数信号を増幅するべく、かつ、電力増幅器供給電圧からの電力を受けるべく、構成される電力増幅器と、
    前記無線周波数信号の包絡線に対応する包絡線信号に基づいて電力増幅器供給電圧を生成するべく構成される包絡線追跡器と
    を含み、
    前記包絡線追跡器は、
    複数の調節済み電圧を出力するべく構成されるＤＣ／ＤＣ変換器と、
    前記複数の調節済み電圧及び前記包絡線信号に基づいて前記電力増幅器供給電圧を制御するべく構成される変調器と、
    前記無線周波数信号の電力レベルに基づいて前記複数の調節済み電圧のうち少なくとも一つの調節済み電圧の電圧レベルを制御するべく構成されるスイッチングポイント適合回路と
    を含む、包絡線追跡システム。
  2. 前記スイッチングポイント適合回路は、前記無線周波数信号の電力レベルに基づいて前記複数の調節済み電圧のそれぞれの電圧レベルを制御するように構成される、請求項１の包絡線追跡システム。
  3. 前記スイッチングポイント適合回路は、送信フレーム又は送信シンボルの少なくとも一方のための信号電力値に基づいて前記無線周波数信号の電力レベルを推定するべく構成される電力推定回路を含む、請求項１の包絡線追跡システム。
  4. 前記信号電力値は平均電力を示す、請求項３の包絡線追跡システム。
  5. 前記信号電力値はピーク電力を示す、請求項３の包絡線追跡システム。
  6. 前記スイッチングポイント適合回路はさらに、前記信号電力値に関連付けられる複数の所望電圧レベルを推定するべく構成される電圧推定回路を含む、請求項３の包絡線追跡システム。
  7. 前記スイッチングポイント適合回路はさらに、前記複数の所望電圧レベルのうち対応する一つの所望電圧レベルをそれぞれが備えた前記複数の調節済み電圧を出力するように前記ＤＣ／ＤＣ変換器を制御するべく構成されるプログラミング回路を含む、請求項６の包絡線追跡システム。
  8. ２以上の無線周波数信号を増幅するべく構成される２以上の電力増幅器をさらに含み、
    前記包絡線追跡器は、前記複数の調節済み電圧を受けて前記２以上の電力増幅器のうち対応する一つの電力増幅器のための供給電圧を生成する変調を与えるべくそれぞれが構成される２以上の変調器を含む、請求項１の包絡線追跡システム。
  9. 前記スイッチングポイント適合回路は、前記２以上の無線周波数信号の最大電力レベルに基づいて前記電圧レベルを制御するべく構成される、請求項８の包絡線追跡システム。
  10. 前記複数の調節済み電圧はそれぞれが異なる電圧レベルを有する、請求項１の包絡線追跡システム。
  11. 前記変調器は、前記変調器の出力と前記複数の調節済み電圧のうち対応する一つの調節済み電圧との間にそれぞれが結合される複数のスイッチを含む、請求項１の包絡線追跡システム。
  12. 前記変調器の出力と前記電力増幅器供給電圧との間に接続される変調器出力フィルタをさらに含み、
    前記変調器出力フィルタは、少なくとも一つの直列インダクタ及び少なくとも一つのシャントキャパシタを含む、請求項１の包絡線追跡システム。
  13. 携帯デバイスであって、
    無線周波数送信信号を生成するべく構成される送受信器と、
    前記無線周波数送信信号を増幅するべく、かつ、電力増幅器供給電圧からの電力を受けるべく、構成される電力増幅器を含むフロントエンド回路と、
    前記無線周波数送信信号の包絡線に対応する包絡線信号に基づいて電力増幅器供給電圧を生成するべく構成される包絡線追跡器を含む電力管理回路と
    を含み、
    前記包絡線追跡器は、
    複数の調節済み電圧を出力するべく構成されるＤＣ／ＤＣ変換器と、
    前記複数の調節済み電圧及び前記包絡線信号に基づいて前記電力増幅器供給電圧を制御するべく構成される変調器と、
    前記無線周波数送信信号の電力レベルに基づいて前記複数の調節済み電圧のうち少なくとも一つの調節済み電圧の電圧レベルを制御するべく構成されるスイッチングポイント適合回路と
    を含む、携帯デバイス。
  14. 前記スイッチングポイント適合回路は、送信フレーム又は送信シンボルの少なくとも一方のための信号電力値に基づいて前記無線周波数信号の電力レベルを推定するべく構成される電力推定回路を含む、請求項１３の携帯デバイス。
  15. 前記スイッチングポイント適合回路はさらに、前記信号電力値に関連付けられる複数の所望電圧レベルを推定するべく構成される電圧推定回路を含む、請求項１４の携帯デバイス。
  16. 前記スイッチングポイント適合回路はさらに、前記複数の所望電圧レベルのうち対応する一つの所望電圧レベルをそれぞれが備えた前記複数の調節済み電圧を出力するように前記ＤＣ／ＤＣ変換器を制御するべく構成されるプログラミング回路を含む、請求項１５の携帯デバイス。
  17. ２以上の無線周波数送信信号を増幅するべく構成される２以上の電力増幅器を含み、
    前記包絡線追跡器は、前記複数の調節済み電圧を受けて前記２以上の電力増幅器のうち対応する一つの電力増幅器のための供給電圧を生成する変調を与えるべくそれぞれが構成される２以上の変調器を含む、請求項１３の携帯デバイス。
  18. 前記スイッチングポイント適合回路は、前記２以上の無線周波数送信信号の最大電力レベルに基づいて前記電圧レベルを制御するべく構成される、請求項１７の携帯デバイス。
  19. 包絡線追跡の方法であって、
    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、
    電力増幅器供給電圧を使用して前記電力増幅器に電力を供給することと、
    ＤＣ／ＤＣ変換器から複数の調節済み電圧を出力することと、
    変調器を使用して、前記複数の調節済み電圧及び包絡線信号に基づいて前記電力増幅器供給電圧を制御することであって、前記包絡線信号は前記無線周波数信号の包絡線に対応することと、
    前記無線周波数信号の電力レベルに基づいて前記複数の調節済み電圧のうち少なくとも一つの調節済み電圧の電圧レベルを制御することと
    を含む、方法。
  20. 送信フレーム又は送信シンボルの少なくとも一方のための信号電力値に基づいて前記無線周波数信号の電力レベルを推定することと、
    前記信号電力値に関連付けられる複数の所望電圧レベルを推定することと
    をさらに含む、請求項１９の方法。
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