JP2024007344A - 無線周波数送受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力パワーだけでなく、より低い出力パワーに対しても改善された効率を持つＲＦ送受信装置を提供する。【解決手段】無線周波数送受信装置１００は、受信経路と、第１送信パスと、第２送信パス用の単一ＲＦアンテナポート２０と、１次巻線１１と２次巻線１２とを有し、２次巻線１２の第１端子１が、ＲＦアンテナポート２０に結合されているバラン１０と、を備える。受信経路は、バラン１０の２次巻線１２の第２端子２に結合された入力端子を備える低雑音増幅器ＬＮＡを備える。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、無線周波数（ＲＦ）送受信装置に関する。

この文脈において、「ＲＦ」という用語又は「無線周波数」という表現は、３ｋＨｚから３００ＧＨｚの間、特に３００ＭＨｚから１００ＧＨｚの間の周波数の範囲を示すものとする。

ＲＦ送受信装置は、通信機器（例えば、携帯装置やウェアラブル装置）で、通信規格に従って１つ又は複数の周波数帯域にわたる信号の送受信の実施に、周知であり広く使用されている。その通信規格とは、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ＢＴ）（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ低エネルギー（ＢＬＥ）、ＷＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、セルラーテレフォニーのＬＴＥ標準、無線ＬＡＮ用のＩＥＥＥ ８０２．１１プロトコルなどである。

ＲＦ送受信装置は、一般に、受信経路と送信経路用の単一のＲＦアンテナポートで構成されている。

送信経路は、一般に高出力増幅器を備える。この文脈において、「高出力増幅器」は、＋１５ｄＢｍ＋３０ｄＢｍの範囲の出力パワーを持つ出力増幅器を示す。

高出力増幅器は差動出力端子（複数）を持ってよい。この場合、ＲＦ送受信装置は一般にバランを備え、バランは１次巻線と２次巻線とを備える。一般に、高出力増幅器の差動出力端子は１次巻線に結合され、２次巻線はＲＦポートに結合されている。

受信経路は、一般に低ノイズ増幅器で構成されている。

高出力増幅器は、所望に応じて高出力パワーに最適化される。必然的に、効率（すなわち、出力パワーと供給パワーの比）は、特に出力パワーが減少すると、大きなバックオフ（例えば、６ｄＢのバックオフ）のために低下する。

言い換えると、現在の最先端の高出力アンプの実装は、限られた出力範囲（通常は６ｄＢのバックオフ以内）で効率を最適化することに重点を置いている。

最新技術では、＋１５ｄＢｍから＋３０ｄＢｍの範囲の最大出力パワーだけでなく、例えば－５ｄＢｍから＋５ｄＢｍの範囲など、０ｄＢｍ付近の低出力パワーについても効率を改善する必要がある。

最新技術では、例えば２０ｄＢのバックオフ範囲にわたって、大きなバックオフについても効率を改善する必要がある。

特許文献１は、受信経路用と、第１送信経路用と、第２送信経路用の単一のＲＦアンテナポートを備えるＲＦ送受信装置を開示している。記載されたＲＦ送受信装置は、第１送信経路における高出力増幅器、第２送信経路中に低出力増幅器及びスイッチネットワークを備える。記載のＲＦ送受信装置は、異なる作動モードで作動する。
低出力送信モード（この特許文献１では、＋７ｄＢｍモードのようなＢＬＥ送信モードは低出力送信モードの例。）では、スイッチが開閉され、第２送信経路が（低）出力信号の送信に使用される。
高出力送信モード（この特許文献１では、＋１３ｄＢｍモードのようなＢｌｕｅｔｏｏｔｈ送信モードは高出力送信モードの例。）では、第１送信経路が（高）出力信号の送信に使用されるようにスイッチが開閉される。受信モードでは、受信経路が信号の受信に使用されるように、スイッチが開閉の少なくとも一方がなされる。

しかしながら、記載されたＲＦ送受信装置にはいくつかの欠点がある。まず、受信経路は、低出力増幅器の出力にあるスイッチと、低出力増幅器と直列に構成されている。このスイッチは、特に高電圧と電流の振幅に対して高応力にさらされ、そして摩耗し、それにより低出力増幅器と低ノイズ増幅器も破損するおそれがある。さらに、直列経路が閉位置にあるときにオーム抵抗が導入され、それによって出力が消費され、出力増幅器の効率が低下する。

第２に、低ノイズ増幅器は、入力が直接接地されていないため、出力増幅器による負荷から保護されていない。それゆえ、ＲＦ送受信装置は、低ノイズアンプを保護する追加の整合ネットワークを備えることになるので、ＲＦ送受信装置の部品数を増やす。

最後に、しかし特に、スイッチネットワークは、作動経路と非作動経路の間に結合が作られるように構成されている。

米国特許第１１１７１６８３号明細書

本発明の目的は、当技術の欠点及び限界を克服する無線周波数（ＲＦ）送受信装置の提供である。

本発明の別の目的は、＋１５ｄＢｍから＋３０ｄＢｍの範囲の出力パワーだけでなく、０ｄＢｍ付近のより低い出力パワー、例えば－５ｄＢｍから＋５ｄＢｍの範囲に対しても改善された効率を持つＲＦ送受信装置を提供することである。

本発明の別の目的は、例えば２０ｄＢのバックオフ範囲にわたって、同様に大きなバックオフに対しても改善された効率を持つＲＦ送受信装置を提供することである。

本発明の別の目的は、それらの経路の１つが使われている場合に、経路間の結合を最小化するＲＦ送受信装置を提供することである。

本発明の別の目的は、出力増幅器の出力と直列のスイッチを持たないＲＦ送受信装置を提供することである。

本発明によると、これらの目的が、添付の特許請求の範囲の対象によって、特に請求項１に記載の無線周波数送受信装置によって達成される。

本発明による無線周波数送受信装置は、
－ 受信経路用と、第１送信経路用と、第２送信経路用との単一のＲＦアンテナポートと、
－ １次巻線と２次巻線とを備えるバランであって、前記２次巻線の第１端子は、前記ＲＦアンテナポートに結合されるバランと
を備える。

この文脈において、「結合されている」という用語は、必ずしも「直接結合されている」ことを意味するわけではない。例えば、１つ又はそれより多くの構成部品が２次巻線とＲＦアンテナポートとの間に配置されている場合、２次巻線とＲＦアンテナポートとの間にＲＦ信号経路がある限り、２次巻線は依然としてＲＦアンテナポートに結合される。

本発明によれば、受信経路は、低ノイズ増幅器を備え、２次巻線の第２端子に結合された入力端子を備える。

本発明によると第１送信経路は、
－ １次巻線に結合された差動出力端子を備える高出力増幅器と、
－ 高出力増幅器の各差動出力端子と前記高出力増幅器の接地電位又は前記第１差動出力端子との間の第１スイッチ及び第２スイッチと、
－ 第１スイッチと前記接地電位との間、又は前記第１スイッチと前記高出力増幅器の第１差動出力端子との間の第３コンデンサと、
－ 第２スイッチと接地電位の間、又は第２スイッチと高出力増幅器の第２差動出力端子との間の第４コンデンサと
とを備える。

本発明によると、第２送信経路は、
－ ＲＦアンテナポートに結合された出力端子を持つ低出力増幅器と、
－ 低出力増幅器の出力端子と接地電位の間の第３スイッチと
を備える。

本発明では、「低出力増幅器」は、０ｄＢｍ付近の出力パワーを持つ出力増幅器を意味するものとする。

本発明によると、無線周波数送受信装置は、
－ 第１、第２及び第３スイッチが閉位置にあるときの高出力送信モードであって、前記高出力送信モードにおいて、前記第１送信経路は、前記ＲＦアンテナポートに高出力ＲＦ信号を提供するように構成されている、高出力送信モードと、
－ 第１スイッチと、第２スイッチと、第３スイッチとが開位置にあるときの低出力送信モードであって、前記低出力送信モードでは、前記第２送信経路は、前記ＲＦアンテナポートに低出力ＲＦ信号を提供するように構成されている、低出力送信モードと、
－ 第１スイッチと、第２スイッチと、第３スイッチとが開位置にあるときの受信モードであって、前記受信モードでは、前記受信経路は、ＲＦアンテナポートから第３ＲＦ信号を受信するように構成されている、受信モードと
の状態になるように構成されている。

本発明では、同時に作動する２つの経路はない。言い換えると、本発明によれば、一度に作動する経路が常に１つである。

本発明によるＲＦ送受信装置の特定の構成は、＋１５ｄＢｍから＋３０ｄＢｍの範囲の出力パワーだけでなく、０ｄＢｍ付近のより低い出力パワー、例えば－５ｄＢｍから＋５ｄＢｍの範囲についても、その効率の改善を可能にする。

本発明によるＲＦ送受信装置の特定の構成は、例えば２０ｄＢのバックオフ範囲にわたって、同様に大きなバックオフに対するその効率を改善することを可能にする。

本発明によるＲＦ送受信装置、特に、
第１スイッチと接地電位との間（又は、第１スイッチと高出力増幅器の第１差動出力端子との間）の第３コンデンサと、
第２スイッチと接地電位の間（又は第２スイッチと高出力増幅器の第２差動出力端子の間）の第４コンデンサとの、
高出力増幅器の各差動出力端子と接地電位との間の第１スイッチ及び第２スイッチにより、使われていない経路と現在使われている経路との間の結合を最小限に抑えられる。

有利には、本発明によるＲＦ送受信装置は、出力増幅器の出力と直列のスイッチを持たない。それにより、この直列スイッチに関連する上記の全ての欠点を持たない。本発明によるＲＦ送受信装置は、受信経路中に直列スイッチも持たない。

さらに、本発明によるＲＦ送受信装置の具体的な構成は、受信経路及び高出力送信経路のみを備える既存のＲＦ送受信装置から出発することによって得られる。低消費出力の送信経路は、この既存のＲＦ送受信装置に容易に追加でき、高出力増幅作動と低ノイズ増幅作動の両方の中断を最小限に抑えられる。

１実施形態では、無線周波数送受信装置は、
－ ２次巻線の第２端子と接地電位との間の第４スイッチと、
－ ２次巻線の第１端子と前記低出力増幅器の出力端子との間の第１整合コンデンサと、
を備え、ここでは
－ 第１送信経路は、第４スイッチが閉位置にあるときにＲＦアンテナポートに第１ＲＦ信号を提供するように構成されていて、
－ 第２送信経路は、前記第４スイッチが閉位置にあるときに第２ＲＦ信号をＲＦアンテナポートに供給するように構成されていて、
－ 受信経路は、第４スイッチが開位置にあるときにＲＦアンテナポートから第３ＲＦ信号を受信するように構成されている。

１実施形態では、無線周波数送受信装置は、
－ ２次巻線の第１端子とＲＦアンテナポートとの間の第１整合コンデンサ
を備え、ここでは、低出力増幅器の出力端子は、２次巻線の第２端子に結合されている。

１実施形態では、無線周波数送受信装置は、
－ 低ノイズ増幅器の入力端子と２次巻線の第２端子との間の第２整合コンデンサ
を備える。

１実施形態では、高出力増幅器及び低出力増幅器の少なくとも一方は、非線形級出力増幅器である。

Ｄ級、Ｄ^－１級、Ｅ級、Ｆ級、Ｆ^－１級の出力増幅器は、非線形級の出力増幅器の非限定的な例である。

１実施形態では、高出力増幅器及び低出力増幅器の少なくとも一方はＤ級増幅器である。

１実施形態では、高出力増幅器は逆Ｄ級増幅器である。

１実施形態では、低出力増幅器は、シングルエンドの低消費出力増幅器である。

１実施形態では、高出力増幅器及び低出力増幅器のうちの少なくとも１つは、ＦＤＳＯＩ（完全空乏シリコンオンインシュレータ）プロセスで実現されるトランジスタを備え、ＲＦ送受信装置は、高出力増幅器及び低出力増幅器のうちの少なくとも１つの最終段にバックゲート制御モジュールを備え、トランジスタのバックゲート電圧を制御する。本実施形態は、本発明によるＲＦ送受信装置の最適化が可能である。

１実施形態では、高出力増幅器及び低出力増幅器の少なくとも一方は、高出力増幅器及び低出力増幅器のうちの少なくとも１つの最終段のＤＣ電源を制御する（例えば下げる）ＤＣ－ＤＣ変換器モジュールを備える。この実施形態は、本発明による無線周波数送受信装置ーの別の最適化である。

１実施形態では、高出力増幅器及び低出力増幅器の少なくとも一方は、高出力増幅器及び低出力増幅器のうちの少なくとも１つの最終段における位相経路のデューティサイクルを制御するデューティサイクル制御モジュールを備える。この実施形態は、本発明による無線周波数送受信装置ーの別の最適化である。

１実施形態では、無線周波数送受信装置は、無線周波数送受信装置の効率の最適化のため、高出力増幅器の一部のみを駆動するモジュールを備える。この実施形態は、本発明による無線周波数送受信装置ーの別の最適化である。

本発明の例示的な複数の実施形態が、説明の中で開示され、次の図面によって図示される。

図１Ａは、本発明の一実施形態による無線周波数（ＲＦ）送受信装置を概略的に示す。 図１Ｂは、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置を概略的に示す。 図２Ａは、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置を概略的に示す。 図２Ｂは、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置を概略的に示す。 図３は、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置の一部を概略的に示す。 図４Ａは、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置を概略的に示す。 図４Ｂは、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置を概略的に示す。 図５は、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置の一部を概略的に示す。 図６は、本発明の別の実施形態によるプレ出力増幅モジュールｐｒｅＰＡを概略的に示す。

図１Ａは、本発明の一実施形態による無線周波数（ＲＦ）送受信装置１００を概略的に示す。

図１ＡのＲＦ送受信装置１００は、受信経路用の単一のＲＦアンテナポート２０と、第１送信経路と第２送信経路と、１次巻線１１と２次巻線１２とを備えるバラン１０（均衡不均衡変換器）とを備える。ここでは、２次巻線１２の第１端子１は、ＲＦアンテナポート２０に結合されている。

特に、図１ＡのＲＦ送受信装置１００の受信経路は、ＲＦアンテナポート２０と、バラン１０の２次巻線１２と、低ノイズ増幅器ＬＮＡの入力端子と２次巻線１２の第２端子２との間に第２整合コンデンサＣｍ２と、とを備える。

図１ＡのＲＦ送受信部１００の第１送信経路は、高出力を伝送するように構成されている。第１送信経路は、
－ バラン１０の１次巻線１１に結合された差動出力端子３，４を備える高出力増幅器ＨＰＡと、
－ 高出力増幅器ＨＰＡの各差動出力端子３，４と接地電位との間の、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２と
－ 第１スイッチＳ１と接地電位との間のコンデンサＣ１と、
－ 第２スイッチＳ２と接地電位との間の別のコンデンサＣ２と、
を備える。

図１ＡのＲＦ送受信装置１００の第２送信経路は、低出力を送信するように構成されている。第２送信経路は、
－ 第１整合コンデンサＣｍ１を介してＲＦアンテナポート２０に結合された出力端子５を持つ低出力増幅器ＬＰＡと、
－ 低出力増幅器ＬＰＡの出力端子５と接地電位との間の第３スイッチＳ３と
を備える。

図１Ａに示す低消費出力アンプＬＰＡはシングルエンド出力を備えているが、差動出力を持ってもよいだろう。その場合、ＲＦ信号をバラン１０に結合するのに追加のバランが必要になるかもしれない。

図１Ａに図示される低出力増幅器ＬＰＡはインバータであるが、この実施形態が限定的であると考えるべきではなく、他のタイプの低出力増幅器ＬＰＡを使ってよい。さらに、ＲＦ出力制御の提供のため、単一のインバータに替えて、個別のイネーブル機能を備えたインバータの配列を使用してもよいだろう。

図１ＡのＲＦ送受信装置１００は、また、低出力増幅器ＬＰＡの出力端子５と接地電位との間の第３スイッチＳ３と、バラン１０の第２端子２と接地電位との間の第４スイッチＳ４とを備える。

図１Ａの実施形態では、第２送信経路は、第１整合コンデンサＣｍ１を介し、それにより第１送信経路を迂回して、アンテナポート２０に給電する。

図１Ａの実施形態では、第１送信経路の作動中に全てのスイッチＳ１からＳ４が閉じられている。スイッチＳ１からＳ４全てが、受信経路の作動中に開いている。第２送信経路の作動中はスイッチＳ４のみが閉じられ、他のスイッチＳ１からＳ３は開いている。

図１Ａの実施形態では、第１送信経路及び第２送信経路は、不使用時に高い出力インピーダンスを示す。これは負荷が最小限であり、それにより作動中の送信経路に干渉しない。

図１Ａの実施形態では、デューティサイクルと、スライシング（分割）技術との少なくとも一方を、第１送信経路と第２送信経路の少なくとも一方の出力増幅器に使用できる。

図１Ａの実施形態では、第２整合コンデンサＣｍ２は、低ノイズ増幅器ＬＮＡの整合を容易にする。

本発明によるＲＦ送受信装置の特定の構成は、＋１５ｄＢｍから＋３０ｄＢｍの範囲の出力パワーを改善できるだけでなく、０ｄＢｍ付近のより低い出力パワー、例えば－５ｄＢｍから＋５ｄＢｍの範囲についても、その効率の改善を可能にする。

本発明によるＲＦ送受信装置の特定の構成は、例えば２０ｄＢのバックオフ範囲にわたって同様に、大きなバックオフに対するその効率の改善を可能にする。

本発明によるＲＦ送受信機、特に高出力増幅器の各差動出力端子と接地電位との間の第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２、第１スイッチＳ１と接地電位との間の第３コンデンサＣ１、そして第２スイッチＳ２と接地電位との間の第４コンデンサＣ２とは、使用していない経路と現在使用されている経路の間の結合を最小限に抑えられるようにする。

有利には、本発明によるＲＦ送受信装置は、出力増幅器の出力と直列のスイッチを持っていない。それにより、直列スイッチに関連する先に述べた欠点の全てを持っていない。

さらに、本発明によるＲＦ送受信装置の具体的な構成は、受信経路及び高出力送信経路のみを備える既存のＲＦ送受信装置から出発することで、得られる。低消費出力の送信経路は、この既存のＲＦ送受信装置に容易に追加できて、高出力増幅動作と低ノイズ増幅動作の両方の中断を最小限に抑えられる。

本出願人によって実施された模擬試験は、第２送信経路を持たない図１Ａの同じＲＦ送受信装置１００と比較して、図１ＡのＲＦ送受信装置１００は、改善された効率を持ち、電流ドレインの低減を示している。例えば、０ｄＢｍの出力パワーでは１０ｍＡではなく３．７ｍＡしか消費されないが、４ｄＢｍの出力では１７ｍＡではなく６ｍＡの消費出力になる。よって、効率はそれぞれ１０％と１５％から２７％と４７％に向上する。

図１Ｂは、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置を概略的に示す。本実施形態は、図１Ａのものと異なり、第３コンデンサＣ１は、第１スイッチＳ１と高出力増幅器ＨＰＡの差動出力端子４との間にあり、第４コンデンサＣ２は、第２スイッチＳ２と高出力増幅器ＨＰＡの差動出力端子３との間にある。

図２Ａは、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置１００を概略的に示す。

図２ＡのＲＦ送受信装置１００は、受信経路用に、単一のＲＦアンテナポート２０と、第１送信経路と第２送信経路と、１次巻線１１と２次巻線１２とを備えるバラン１０とを備える。ここでは、２次巻線１２の第１端子１は、ＲＦアンテナポート２０に結合されている。

特に、図２ＡのＲＦ送受信装置１００の受信経路は、ＲＦアンテナポート２０と、バラン１０の２次巻線１２と、第２整合コンデンサＣｍ２を、低ノイズ増幅器ＬＮＡの入力端子と２次巻線１２の第２端子２との間に、備える。

図２ＡのＲＦ送受信装置１００の第１送信経路は、高出力を送信するように構成されている。第１送信経路は、
－ バラン１０の１次巻線１１に結合された差動出力端子３，４を備える高出力増幅器ＨＰＡと、
－ 高出力増幅器ＨＰＡの各差動出力端子３、４のそれぞれと接地電位との間の第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２と、
－ 第１スイッチＳ１と前記接地電位との間のコンデンサＣ１と、
－ 第２スイッチＳ２と接地電位との間の別のコンデンサＣ２と
を備える。

図２ＡのＲＦ送受信装置１００の第２送信経路は、低出力を送信するように構成されている。第２送信経路は
－ 第１整合コンデンサＣｍ１を介してＲＦアンテナポート２０に結合されたバラン１０の２次巻線の第２端子２に対応する出力端子を持つ低出力増幅器ＬＰＡと
－ 低出力増幅器ＬＰＡの出力端子２と接地電位との間の第３スイッチＳ３
を備える。

ここでも、図２Ａに示す低消費出力アンプＬＰＡはシングルエンド出力だが、差動出力を備えてよい。その場合、追加のバランが必要になるかもしれない。

ここでも、図２Ａに図示される低出力増幅器ＬＰＡはインバータであるが、この実施形態が限定的と考えるべきではなく、他のタイプの低出力増幅器ＬＰＡを使用できる。さらに、ＲＦ出力制御を可能にするために、単一のインバータに替えてインバータのアレイ（配列したもの）を使用してもよい。

図２ＡのＲＦ送受信機１００は、図１Ａの実施形態の第４スイッチＳ４を持たないものとなっている。

図２Ａの実施形態では、第２送信経路は、低ノイズ増幅器ＬＮＡ入力と並列に、バラン１０の２次巻線１２の下部にあるアンテナポート２０に給電する。

図２Ａの実施形態では、第１送信経路の作動中にスイッチＳ１からＳ３が全て閉じられる。受信経路の作動中にスイッチＳ１からＳ３が全て開いている。第２送信経路の作動中にもスイッチＳ１からＳ３が全て開いている。

図２Ａの実施形態では、第１送信経路及び第２送信経路は、不使用時に高い出力インピーダンスを示す。それは最小負荷であり、それにより作動中の送信経路に干渉しない。

図２Ａの実施例でも、デューティサイクルとスライシング技術の少なくとも一方を、第１送信経路と第２送信経路の少なくとも一方の出力増幅器に使用できる。

図２Ａの実施形態では、整合コンデンサＣｍ１及びＣｍ２は、低ノイズ増幅器ＬＮＡの整合を容易にする。整合コンデンサＣｍ１は、出力増幅器ＬＰＡの整合も容易にする。

図２Ｂは、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置を概略的に示す。本実施形態は、図２Ａのものと異なり、第３コンデンサＣ１は、第１スイッチＳ１と高出力増幅器ＨＰＡの差動出力端子４との間にあり、第４コンデンサＣ２は、第２スイッチＳ２と高出力増幅器ＨＰＡの差動出力端子３との間にある。

好ましい１実施形態では、例えば図１Ａ、１Ｂ、２Ａ又は２Ｂの実施形態のうちの１つと組み合わせ可能な、高出力増幅器ＨＰＡ及び低出力増幅器ＬＰＡのうちの少なくとも１つは、非線形級の出力増幅器である。

Ｄ級、Ｄ^－１級、Ｅ級、Ｆ級、Ｆ^－１級出力増幅器は、非線形級の出力増幅器の非限定的な例である。

好ましい１実施形態では、例えば図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ又は図２Ｂの実施形態のうちの１つと組み合わせてよく、高出力増幅器ＨＰＡ及び低出力増幅器ＬＰＡのうちの少なくとも１つはＤ級増幅器である。

例えば図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ又は図２Ｂの実施形態の１つと組み合わせ可能である、好ましい１実施形態では、高出力増幅器ＨＰＡは、逆Ｄ級増幅器である。

図３は、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置の一部を概略的に示す。この実施形態では、高出力増幅器及び低出力増幅器ＰＡの少なくとも一方は、ＦＤＳＯＩプロセスで実現されるトランジスタを備え、バックゲート制御モジュール３０を備えるＲＦ送受信装置（最終段）における高出力増幅器及び低出力増幅器ＰＡの少なくとも一方において、トランジスタのバックゲート電圧を制御する。

この実施形態は、本発明によるＲＦ送受信装置１００を最適化できるようにする。例えば３ｄＢまでのバックオフに対する小さなバックオフに対する効率の最適化を可能にする。これは特に非線形出力増幅器ＰＡに適用される。実際、高いバックゲート電圧、つまり最大２ボルトのバックゲート電圧により、ＰＡのトランジスタの抵抗性が低くなる。

図３に図示される実施形態では、バックゲート制御モジュール３０は、デジタル－アナログ変換器ＤＡＣを備える。

図３に図示の実施形態では、（低又は高）出力増幅器ＰＡはカスコード４０を備えるが、これは本実施形態にとって必須ではない。

図３の実施形態では、（低又は高）出力増幅器ＰＡは差動クロック（又は位相）入力を備えるが、これはこの実施の形態では必須ではなく、差動位相入力とは異なるシングルエンド入力と差動入力との少なくとも一方を持つ出力増幅器にも適用される。

図４Ａは、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置１００を概略的に示す。この実施形態は、本発明によるＲＦ送受信装置１００の最適化の可能性を備える。これは、全ての（線形又は非線形）（高と低の少なくとも一方）出力増幅器ＰＡに適用される。

図４Ａに示す（低又は高）出力増幅器ＰＡは、差動（クロック）入力と、入力ｃｌｋｐ及びｃｌｋｍごとに１つずつ、２つのメイン分岐６，７で構成されている。好ましい一実施形態では、主分岐６、７それぞれが、ＲＦ出力の制御のため、ＡＮＤモジュール６０を介してマルチビットアンプ信号によって個々にイネーブル（有効又は無効を決定）できるいくつかの（例えば非限定的な方法で２５６個の）スライス７０を並列に備える。図４Ａに図示される（低又は高）出力増幅器ＰＡは、ＡＮＤモジュール６０，７０それぞれにて振幅データａｍｐの入力も備える。

図４Ａの実施形態では、（低又は高）パワー増幅器ＰＡは差動位相入力及び振幅データ入力を備えるが、これはこの実施形態では必須ではなく、シングルエンド入力、差動位相入力とは異なる差動入力と、振幅データ入力との少なくとも一方を持たない出力増幅器にも適用される。

図４Ａの実施形態では、（低又は高）出力増幅器ＰＡは（Ｃ－ＰＡ及びＶＤＤＰＡ電源電圧で供給される）カスコード４０を備えるが、これもこの実施形態では必須ではない。

出力増幅器ＰＡには電圧ＶＤＤＰＡが供給される。

図示のコンデンサＣ及び抵抗器Ｒは、出力増幅器ＰＡをバイアスすることを可能にする。それらの構成が限定的と見なされるべきではない。

静電気放電保護ＥＳＤの存在も、限定的と考慮されるべきではない。

１実施形態では、ＶＬ１ｐと名付けられたバラン１０の２次巻線１２の両端の負荷電圧ＶＬの第１高調波（１）のピーク値（ｐ）は、次の式で与えられる。
ここで
τはＲＦ信号デューティサイクル
ＴはＲＦ信号周期
ＶＤＤはＰＡ電源電圧ＶＤＤＰＡ
Ｌ１はバラン１０の１次巻線１１のインダクタンス
Ｌ２はバラン１０の２次巻線１２のインダクタンス
ＲＬは負荷の抵抗
ω０はＲＦ周波数信号（ラジアン／秒）

負荷の出力ＰＬは、次の式に従って記述できる。

ここでの２つの式の組み合わせは、例えばＤＣ－ＤＣ変換器（ＤＣ入力電源）を用いてＰＡ電源電圧ＶＤＤを変更することによって（低又は高）出力増幅器ＰＡの出力パワーの制御が可能であることを示している。

例えば、出力増幅器ＰＡの最終段の直流電源を下げてもよい。例えば、電源を半分にすると、１０ｄＢのバックオフと１５％の効率損失が発生する。バラン１０が必然的に最大出力に最適化されるため、効率は低下する。

補完的又は代替的に、ここでの２つの式の組み合わせは、ＲＦ信号デューティサイクルτ上で変更することによっても、（低又は高）出力増幅器ＰＡの出力パワーの制御が可能であることを示している。

それにより、位相経路ｃｌｋｐとｃｌｋｍとの少なくとも一方のデューティサイクル制御を使用できる。例えば、出力を６ｄＢ削減すると（例えば最終段で、パルスを狭めることによって）、定電源時に効率が１０％低下する。

デューティサイクル制御は、用途に応じて、ＤＣ電源制御に替えて使用してもよく、同時使用でもよい。

図４Ｂは、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置を概略的に示す。本実施形態は、図４Ａの実施形態と異なり、第３コンデンサＣ１は、第１スイッチＳ１と高出力増幅器ＨＰＡの第１差動出力端子との間にあり、第４コンデンサＣ２は、第２スイッチＳ２と高出力増幅器ＨＰＡの第２差動出力端子との間にある。

図５は、本発明の別の実施形態によるＲＦ送受信装置の一部を概略的に示す。バックオフ時の効率最適化のためのデューティサイクル制御とＤＣ電源制御の使用を示している。

特に、外部電源ＶＤＤＰＡは、ＤＣ－ＤＣ変換器によって制御され、１つ以上の電圧レギュレータＲｅｇを介して、カスコードがある場合にはカスコード供給電圧も制御可能にする。

周波数ｆ（例えばｆ＝５ＧＨｚ）は、プレ出力増幅器モジュールｐｒｅＰＡ用の入力周波数ｆｉｎ（例えばｆｉｎ＝２．５ＧＨｚ）を生成する分周器ＤＩＶによって分周できる。図５のプレ出力増幅器モジュールｐｒｅＰＡは、振幅データａｍｐ’とクロック信号（例えば４００ＭＨｚのクロック周波数を持つ）も受信する。プレ出力増幅器モジュールｐｒｅＰＡは、（低又は高）出力増幅器ＰＡの位相差動入力ｃｌｋｐ及びｃｌｋｍのデューティサイクルの制御を可能にする。

図６は、本発明の別の実施形態によるｐｒプレ出力増幅モジュールｐｒｅＰＡを概略的に示す。これは、デューティサイクル制御モジュール８０を備え、高出力増幅器及び低出力増幅器の少なくとも一方の最終段における位相経路のデューティサイクルを制御する。この実施形態は、本発明によるＲＦ送受信装置ーの別の最適化である。

図６のプレ出力増幅器モジュールｐｒｅＰＡは、クロック位相を制御することと、送信されたＲＦ信号を合成する内蔵発振器のプルを最小限に抑えることとの少なくとも一方を行う、遅延モジュール９０も備える。

図６のプレ出力増幅器モジュールｐｒｅＰＡは、イネーブル信号ｅｎによって作動可能なデータフリップフロップ５０も備える。データフリップフロップ５０は、振幅データａｍｐ’とクロック信号ｃｌｋを受信し、かつＡＮＤモジュール６０の出力信号を生成する。

１実施形態では（図示せず）、ＲＦ送受信装置１００は、ＲＦ送受信装置の効率の最適化のため、高出力増幅器の一部のみを駆動するモジュールを備える。この実施形態は、本発明によるＲＦ送受信装置の全体効率の別の最適化である。

１ バルンの２次巻き線の第１端子
２ バルンの２次巻き線の第２端子
３ 高出力増幅器の第１端子
４ 高出力増幅器の第２端子
５ 高出力増幅器の出力端子
１０ バルン（均衡不均衡変換器）
１１ バルンの１次巻線
１２ バルンの２次巻線
２０ アンテナポート
３０ バックゲート制御モジュール
４０ カスコード
５０ データフリップフロップ
６０ ＡＮＤモジュール
７０ ＡＮＤモジュール
８０ デューティサイクル制御モジュール
９０ 遅延モジュール
１００ 無線周波数送受信機
ａｍｐ，ａｍｐ’ 振幅データ
Ｃ コンデンサ
Ｃ１ コンデンサ
Ｃ２ コンデンサ
Ｃｌｋ クロック
Ｃｌｋｍ クロックマイナス
Ｃｌｋｐ クロックプラス
Ｃｍ１ 第１整合コンデンサ
Ｃｍ２ 第２整合コンデンサ
Ｃ－ＰＡ カスコード供給電圧
ｅｎ イネーブル信号
ＥＳＤ 静電気放電保護
ＤＩＶ 周波数分割器
Ｆ 周波数
Ｆｉｎ 入力周波数
ＨＰＡ 高出力増幅器
ＬＮＡ 低ノイズ増幅器
ＬＰＡ 低出力増幅器
ＰＡ （低又は高）出力増幅器
ＰｒｅＰＡ プレ出力増幅器モジュール
Ｒ 抵抗器
Ｒｅｇ 電圧レギュレータ
Ｒｆｉｏ ＲＦ入力出力
ＲＦｖｓｓ ＲＦ供給電圧
ＶＤＤＰＡ ＰＡ供給電圧

Claims (7)

1. 受信経路と、第１送信経路と、第２送信経路用の、単一ＲＦアンテナポート（２０）と、
   １次巻線（１１）と２次巻線（１２）とを備えるバラン（１０）であって、前記２次巻線（１２）の第１端子は、ＲＦアンテナポート（２０）に結合されている、バラン（１０）と、を備える無線周波数送受信装置（１００）であって、
   前記受信経路が、
   － 前記２次巻線（１２）の第２端子に結合された入力端子を備える低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）を備え、
   前記第１送信経路が、
   － 前記１次巻線（１１）に結合された差動出力端子（３、４）を備える高出力増幅器（ＨＰＡ）と、
   － 前記高出力増幅器（ＨＰＡ）の各差動出力端子（３、４）と接地電位との間の第１スイッチ（Ｓ１）及び第２スイッチ（Ｓ２）と、
   － 前記第１スイッチ（Ｓ１）と接地電位の間、又は第１スイッチ（Ｓ１）と高出力増幅器（ＨＰＡ）の第１差動出力端子（４）との間の第３のコンデンサ（Ｃ１）と、
   － 前記第２スイッチ（Ｓ２）と前記接地電位との間、又は前記第２スイッチ（Ｓ２）と前記高出力増幅器（ＨＰＡ）の第２差動出力端子（３）との間の第４のコンデンサ（Ｃ２）とを備え、
   前記第２送信経路が、
   － 前記ＲＦアンテナポート（２０）に結合された出力端子を有する低電力増幅器（ＬＰＡ）と、
   － 前記低電力増幅器（ＬＰＡ）の出力端子と接地電位との間の第３スイッチ（Ｓ３）と
   を備え、
   前記無線周波数送受信装置（１００）において、
   － 前記第１スイッチと（Ｓ１）、前記第２スイッチ（Ｓ２）と、前記第３スイッチ（Ｓ３）とが閉位置にあるときの高電力送信モードであって、前記高出力送信モードでは、前記第１送信経路は前記ＲＦアンテナポート（２０）に高出力ＲＦ信号を提供するように構成されている、高出力送信モードと、
   － 前記第１スイッチと（Ｓ１）、前記第２スイッチ（Ｓ２）と、前記第３スイッチ（Ｓ３）とが開位置にあるときの低電力送信モードであって、前記低電力送信モードでは、前記第２送信経路は、前記ＲＦアンテナポート（２０）に低電力ＲＦ信号を提供するように構成されている、低出力送信モードと、
   － 前記第１スイッチと（Ｓ１）、前記第２スイッチ（Ｓ２）と、前記第３スイッチ（Ｓ３）とが開位置にあるときの受信モードであって、前記受信モードでは、前記受信経路は、前記ＲＦアンテナポート（２０）から第３のＲＦ信号を受信するように配置されている受信モードと
   の状態になるように構成されている、無線周波数送受信装置（１００）。
2. － 前記２次巻線（１２）の第２端子と接地電位との間の第４スイッチ（Ｓ４）と、
   － 前記２次巻線（１２）の第１端子と前記低出力増幅器（ＬＰＡ）の出力端子との間の第１整合コンデンサ（Ｃｍ１）と、
   を備え、
   － 前記第１送信経路が、前記第４スイッチ（Ｓ４）が閉位置にあるときに前記ＲＦアンテナポート（２０）に第１ＲＦ信号を提供するように構成されていて、
   － 前記第２送信経路が、前記第４スイッチ（Ｓ４）が閉位置にあるときに第２ＲＦ信号を前記ＲＦアンテナポート（２０）に供給するように構成されていて、
   － 前記受信経路が、前記第４スイッチ（Ｓ４）が開位置にあるときに前記ＲＦアンテナポート（２０）から第３ＲＦ信号を受信するように構成されている、請求項１に記載の無線周波数送受信装置（１００）。
3. － 前記２次巻線（１２）の第１端子と前記ＲＦアンテナポート（２０）との間の第１整合コンデンサ（Ｃｍ１）
   を備え、
   前記低出力増幅器（ＬＰＡ）の出力端子が前記２次巻線の第２端子に結合されている、請求項１に記載の無線周波数送受信装置（１００）。
4. － 前記低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）の入力端子と前記２次巻線の第２端子との間の第２整合コンデンサ（Ｃｍ２）
   を備える、請求項１に記載の無線周波数送受信装置（１００）。
5. 前記高出力増幅器（ＨＰＡ）及び前記低出力増幅器（ＬＰＡ）の少なくとも一方は、前記高出力増幅器（ＨＰＡ）及び前記低出力増幅器（ＬＰＡ）の少なくとも一方の最終段のＤＣ電源を制御する、例えば下げる、ＤＣ－ＤＣ変換器モジュールを備える、請求項１に記載の無線周波数送受信装置（１００）。
6. 前記高出力増幅器（ＨＰＡ）及び前記低出力増幅器（ＬＰＡ）の少なくとも一方は、前記高出力増幅器（ＨＰＡ）及び前記低出力増幅器（ＬＰＡ）の少なくとも１つの最終段における位相経路のデューティサイクルを制御するデューティサイクル制御モジュールを備える、請求項１に記載の無線周波数送受信装置（１００）。
7. 前記無線周波数送受信装置の効率の最適化のため、前記高出力増幅器（ＨＰＡ）の一部のみを駆動するモジュールを備える請求項１に記載の無線周波数送受信装置（１００）。

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