JP4281962B2 - 共通制御装置を有するデュアル・モード・パワー増幅器 - Google Patents

Description

（関連出願の記載）
当出願は、ここで参照によって援用する、２００２年４月３０日に出願された「共通制御装置を有するデュアル・モード・パワー増幅器」と題する米国特許出願番号１０／１３７，７１８によってもたらされる利益を請求の範囲とするものである。

（発明の背景）
（１．技術分野）
本発明は、通信機器をデュアル・モードで効率よく稼動させることのできるバイアス・コントローラに関する。

（２．背景技術）
近年、無線ネットワークによる通信が、普及してきた。初期の第一世代および第二世代の無線ネットワークにより、パーソナル通信機器で利用する、音声およびテキストなどの低速度データ向けのエア・インタフェースに対して、十分な対応が可能であった。しかしながら、インターネットの急激な成長によって、ストリーミング・ビデオ、グラフィック付きテキスト、スライド、音声、音楽などの複数のメディア方式に、同時に対応する無線サービスに対する、莫大な需要増大が生じている。

近年、無線によるマルチメディア・サービスにおける、より高速のデータ転送の必要性を満たすには、現存のエア・インタフェースでは、不十分であるという認識が広まってきている。このような認識のもと、スイスのジュネーブにある国際電気通信連合（ＩＴＵ）は、無線によるマルチメディア・サービスにおける、高速のデータ転送の必要性を満たすための必要条件に関する提案を行った。この必要条件の一例としては、「第三世代移動通信システム」（ＩＭＴ−２０００）と題して、第三世代の無線サービスに関して提案された仕様があげられる。ＩＴＵは、世界を網羅する無線ネットワーク上で、拡張された音声、データ、およびマルチメディア・サービスを提供することをねらいとして、ＩＭＴ−２０００の仕様の立案を行った。

ＧＳＭ方式（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）は、最も広く普及した第二世代（２Ｇ）のディジタル携帯電話方式である。加入者の数において世界を先導する伝送技術として広く知られる、ディジタルのＧＳＭ方式は、欧州において支配的な標準規格である。欧州通信規格協会（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）がＧＳＭ方式の標準規格を公表したのは、１９８９年のことである。１９９１年には、各企業がＧＳＭ方式を使用した初めての商用サービスを開始した。符号分割多重接続（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＣＤＭＡ）技術は、暫定標準−９５（ｉｎｔｅｒｉｍ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ９５：ＩＳ−９５）プロトコルに基づく技術であり、北米で使用されている重要な２Ｇの標準規格である。

ＩＭＴ−２０００における、第三世代（３Ｇ）のディジタル携帯電話方式としては、ＥＤＧＥ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ Ｒａｔｅｓ ｆｏｒ ＧＳＭ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）方式（２．５Ｇ方式と呼ばれることもある）があげられる。ＥＤＧＥ方式により、ＧＳＭ方式に対して、エア・インタフェースに関して、より高速のデータ転送速度などの大きな改善点が新たにもたらされた。

一般的にＧＳＭ方式は、低速、一定の包絡波形、音声データ転送のモードで作動する。したがって、高周波（ＲＦ）信号がＧＳＭ方式で稼動するシステムに入力される場合、圧縮増幅回路が使用されることがある。対照的に、ＥＤＧＥ方式は、高速、線形波形、マルチメディア転送のモードで作動する。一般的には、ＲＦ信号がＥＤＧＥ方式で稼動するシステムに入力される場合、圧縮増幅回路は入力信号を歪めるため使用されない。ＣＤＭＡ、広帯域ＣＤＭＡ、およびＣＤＭＡ２０００は、入力信号の振幅が変調されることがあるが、信号自身は圧縮されないことがある点で、ＥＤＧＥ方式の変調に類似している。

世界を網羅する３Ｇの無線ネットワークへの漸進的な移行により、これらのネットワークにつなぐ機器に、２Ｇの無線ネットワークに対する互換性を持たせながら、新しい必要条件を満たすための拡張を行う必要性が生まれた。したがって、２Ｇのシステムと互換性のある第１の方式と、３Ｇのシステムと互換性のある第２の方式で、効率的に稼動するディジタル通信機器が必要とされる。具体的には、携帯電話を、圧縮データ転送モードまたは線形データ転送モードで、効率的に稼動させることのできるパワー増幅器用のバイアス・コントローラが必要とされる。

（発明の開示）
本発明は、圧縮モードで稼動しているパワー増幅器を、稼動中に線形モードに切り替えて稼動させることのできるシステムを提供する。一般的な概念において、このようなシステムは、パワー増幅器と、第１のエア・インタフェース・システムの圧縮波形または他のエア・インタフェース・システムからの線形波形に対応して通信機器が効率よく稼動できるようにするバイアス・コントローラを備える。

バイアス・コントローラは、電圧バッファおよびパワー増幅器に結合されて、増幅器を圧縮モードで稼動させることのできる、抵抗のようなインピーダンス要素を備える。線形モードで稼動するために、バイアス・コントローラは、電圧電流変換器と電圧電流変換器に結合される第１の電流ミラーを備える。またバイアス・コントローラは、パワー増幅器の側に配置され第２の電流ミラーを形成する基準トランジスタと電圧バッファと第１の電流ミラーの間で切り替わるように設計されたスイッチ部を備える。

スイッチ部により、電圧バッファは圧縮モードでアナログ出力制御電圧を受ける状態から、線形モードで第１の電流ミラーから電圧を受ける状態になる。基準トランジスタのバイアス電流源（すなわち電流ミラー）により、基準トランジスタの電流は制御される。基準トランジスタのコレクタで生成された電圧により、電圧バッファの制御を行う。

システムによって実行される処理には、パワー増幅器で一定の強さの入力信号を受信することが含まれる。バイアス・コントローラのスイッチ部が圧縮モード状態にあるとき、電圧バッファはアナログ出力制御電圧（Ｖ_ａｐｃ）と共通コレクタ電圧（Ｖ_ｃｃ）を受ける。電圧バッファは、Ｖ_ａｐｃによりＶ_ｃｃを変更する。パワー増幅器は、圧縮波形の入力信号に加えて、変更されたＶ_ａｐｃを受ける。バッファリングされたＶ_ａｐｃにより、パワー増幅器の動作点に影響を及ぼし、入力信号の特性を変更することができる。

バイアス・コントローラのスイッチ部が線形モード状態にある場合、電圧電流変換器により、電流が電流ミラーに供給される。電圧バッファは、この電流に基づく第１の電流ミラーからの電圧と、Ｖ_ｃｃを受ける。電圧バッファは、Ｖ_ｃｃにより、第１の電流ミラーからの電圧に変更を加える。基準トランジスタは、電圧バッファの入力へのフィードバックを行い、製造工程でのプロセス変動および動作温度の変動に対して、第１の電流ミラーからの電圧を安定させる。

パワー増幅器は、線形波形の入力信号に加えて、第１の電流ミラーから制御および変更された電圧を受ける。第１の電流ミラーから制御および変更された電圧により、パワー増幅器の動作点を変更し、入力信号を歪みなく増幅することができる。

本発明による他のシステム、方法、特徴、および利点は、以下に続く図面および詳細な説明を吟味すれば、当業者には明らかとなろう。このようなシステム、方法、特徴、および利点のすべては、本明細書に含まれ、本発明の範囲に入り、かつ付随の請求の範囲により保護されるものとする。

（発明の詳細な説明）
図１は、本発明によるデュアル・モード・パワー増幅器システム（デュアル・モードＰＡＳ）１００の一実施例を示すブロック図である。デュアル・モードＰＡＳ１００は、伝送信号を通過させるように構成されたあらゆる通信機器に設置することが可能である。このようなタイプの通信機器の例としては、携帯電話、コンピュータ、固定電話、ラジオ、テレビなどがあげられる。

ある１つの実施形態のデュアル・モードＰＡＳ１００は、増幅器１０２、バイアス・コントローラ１０４、機器制御装置１０６、および変調装置１０８を備えている。増幅器１０２は、振幅、周波数、位相、およびパルスなどの特性を持つ時変信号である入力信号１１０を受け入れる。例えば、入力信号１１０は、変調されたＲＦ信号である。増幅器１０２は、入力信号１１０と同様に変化する出力信号１１２を生成する。ただし、入力信号１１０と出力信号１１２で少なくとも１つの特性は異なる。

ある実施例において、増幅器１０２は、単一のトランジスタＱ（例えば、図２のトランジスタ（Ｑ１）２１０）を中心にして作成される一段増幅器の場合がある。多くの適用例に対して、単一のトランジスタでは十分な利得（すなわち増幅）を提供することができない。したがって、増幅器１０２は、入力信号１１０に対する所望の利得を提供することのできる、多段構造を持つ場合もある。多段増幅器の場合、増幅器１０２は、入力信号１１０を通し、入力信号１１０の出力レベルをある段階から次の段階へ増幅して、出力信号１１２を生成する機能を有する。

バイアス・コントローラ１０４は、デュアル・モードＰＡＳ１００が、圧縮モードまたは線形モードで稼動するのを可能にする回路を備える。例えば、バイアス・コントローラ１０４は、モード固有の信号を管理用バイアス信号として、バス１１４を経由して、増幅器１０２に提供する。モード固有の電圧を生成するため、バイアス・コントローラ１０４は、機器制御装置１０６に接続されて、共通のコレクタ電圧（Ｖ_ｃｃ）１１６、アナログ出力制御電圧（Ｖ_ａｐｃ）１１８、および線形のバイアス電圧（Ｖ_１ｂ）１２０を受ける。インダクタ１２２が、機器制御装置１０６、および増幅器１０２などの他の構成要素に対して設置され、ローパス・フィルタの役目をはたす。

変調装置１０８は、情報を持つ信号波（例えば、変調波）にしたがって、信号波（例えば、搬送波）の特性に変更を加えるように構成されたいかなる装置であってもよい。変更対象の信号波の特性には、振幅、周波数、位相、およびパルスがある。図１の変調装置１０８は、マルチメディア・ソース１２４に接続されて、信号１２６を非変調ディジタル信号として受ける。

マルチメディア・ソース１２４は、情報を持つ信号波を、信号１２６として発生させる。信号１２６には、テキスト、高品質の音、２次元または３次元グラフィック、動画、写真画像、フルモーションの双方向テレビ、およびリアル・タイム映像などを組み合わせたあらゆる情報が含まれる。さらに、信号１２６には、あらゆる種類のものが考えられる。信号１２６の例としては、ＲＦ、音、および光波を含むその他の電磁放射線があげられる。

集積回路は、単結晶シリコン基板のような回路基板上に形成した電子回路と考えることができる。半導体として、回路基板は、その部分により伝導体または絶縁体の特性を有する。増幅器１０２、バイアス・コントローラ１０４、機器制御装置１０６、および変調装置１０８は、１つまたは複数の集積回路の構成要素として組み込まれてもよい。これらの部品は、協働して入力信号１１０を出力信号１１２に増幅して、この増幅された信号を下流の出力部１２８に伝達する。出力部１２８は、増幅器、携帯電話のアンテナなどの他の電気部品、あるいは出力信号１１２をさらに加工する装置であってもよい。モードを圧縮波形データ転送モードと線形波形データ転送モードの間で切り替えるため、デュアル・モードＰＡＳ１００はモード制御ピン１３０を備える。

図２は、図１のブロック図の一実施例を示すブロック図である。一般的に、バイアス・コントローラ１０４は小信号を増幅器１０２に供給し、より大きな入力信号１１０を制御する。増幅器１０２は、このような制御を容易にするために種々の部品を備える。例えば、増幅器１０２はトランジスタ（Ｑ１）２１０を備える。図２にはバイポーラ接合トランジスタ（ｂｉｐｏｌａｒ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＢＪＴ）を例示したが、トランジスタ２１０は、入力信号１１０の少なくとも１つの特性を変更することのできる装置であればよい。そのような装置の例として、トランジスタ２１０は、ソース、ゲート、およびドレインを有する電界効果トランジスタ（ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）であってもよい。

トランジスタ２１０は、ＢＪＴの場合、ベース（Ｂ）２１２、コレクタ（Ｃ）２１４、およびエミッタ（Ｅ）２１６、の３つの電気接点を備える。ベース２１２は、入力信号１１０と、バイアス・コントローラ１０４からの制御信号（ι_Ｂ１）２２０を受ける。入力信号１１０と制御信号２２０に応じて、入力信号１１０が増幅された後、出力信号２１８としてコレクタ２１４に出力される。出力信号２１８と入力信号１１０の比率は、電圧利得となる。

本発明の一側面は、増幅器１０２が圧縮データ転送モードまたは線形データ転送モードで稼動するような構造を持つようにした点にある。しかしながら、増幅器に関する基本的な課題は、増幅器の無信号時の電流および電圧を適切な値に設定し、維持することにある。コレクタ電圧およびコレクタ電流の信号値に応じて、直流（ｄｃ）動作点は、通常稼動状態での増幅器の周囲温度の変動にしたがって変化する。温度変動は、入力信号に予期せぬ歪み変化と、増幅器による所定の増幅に望ましくない変化をもたらすことがある。さらに、製造工程におけるロットごとに発生する微妙な変化により、増幅器によって動作点にばらつきがあることがある。

増幅器１０２を、温度および処理安定性を達成しつつ、２つのモードで稼動できるようにするために、バイアス・コントローラ１０４は、スイッチング回路２３０、電流ミラー２８０、および電圧電流変換器３００を備える。スイッチング回路２３０、電流ミラー２８０、および電圧電流変換器３００は、任意の電気部品の構成を持つことが可能である。これらの電気部品により、増幅器１０２を、圧縮データ転送モードまたは線形データ転送モードで、安定して稼動させることができる。

スイッチング回路２３０は、電圧バッファ２３２、基準トランジスタ（Ｑ_ｒｅｆ１）２３４、およびスイッチ部２３６を備える。電圧バッファ（電圧フォロワとしても知られる）２３２は、反転（−）入力と非反転（＋）入力の電圧差に伴う出力電圧を、電圧バッファ２３２へ供給される電圧の範囲内で生成する。このような処理を行うために、電圧バッファ２３２は、バッファ増幅器２３８とバッファ用トランジスタ２４０を備える。

バッファ増幅器２３８は、極めて大きいあるいはほぼ無限大の利得を提供し、ゲイン・ブロックとして機能する。駆動源から電圧が引き出されるのを防止するため、ゲイン・ブロックは極めて高いあるいはほぼ無限大の入力インピーダンスを有する。バッファ増幅器２３８によって駆動される負荷に非常に多くの電流が供給されるため、バッファ増幅器２３８の出力インピーダンスは、ほぼゼロとなる。さらに、バッファ増幅器２３８は、非常に広い帯域幅とゼロ・オフセット電圧を有し、温度変動、供給電力変動、および同相モードの入力信号の影響をほとんど受けない。バッファ増幅器２３８は、演算増幅器であってもよい。一般的に、バッファ増幅器２３８は、２つの反対の極性を持つ入力と１つの出力を有するアナログ集積回路であり、増幅された電圧あるいは電流を供給する。例えば、バッファ増幅器２３８は、反転入力２４２、非反転入力２４４、および出力２４６を備える。

バッファ用トランジスタ２４０は、ＦＥＴの場合、ゲート２４８、ソース２５０、およびドレイン２５２を有する。ゲート２４８は、バッファ増幅器２３８の出力２４６に結合される。ソース２５０はＶ_ｃｃ１１６に結合される。バッファ用トランジスタ２４０のドレイン２５２は、非反転入力２４４に結合されて、バッファ増幅器２３８に負帰還２５４を供給する。信号がバッファ用トランジスタ２４０において反転するため、帰還は負帰還である。このような構成で、電圧バッファ２３２は、Ｖ_ｃｃ１１６からの電圧の波形の異常の有無にかかわらず、ドレイン２５２での電圧と反転入力２４２での電圧が等しくなるようにする。

図２は、ＦＥＴであるバッファ用トランジスタ２４０を示している。ＦＥＴでは、電流（微小な漏洩電流を除く）はゲート２４８を流れない。ゲート２４８にはほとんど電流が流れないので、ＦＥＴは低消費電力の回路を作成する場合に使用することができる。抵抗（Ｒ１）２７２がバイアス・コントローラ１０４にある状態の線形モードにおいて、ＦＥＴをバッファ用トランジスタ２４０として使用することにより、ＢＪＴを使用する場合、あるいは非反転増幅器をバッファ増幅器２３８として使用する場合に比べて低い共通コレクタ電圧（例えば、Ｖ_ｃｃ１１６）で、バイアス・コントローラ１０４を稼動させることができる。したがって、ＦＥＴを使用することが望ましい。しかしながら、バッファ用トランジスタ２４０は、バッファ用トランジスタ２４０のある箇所での電圧を反転入力２４２での電圧に合わせるのを容易にする装置であればよい。このような装置の例として、バッファ用トランジスタ２４０は、コレクタ、ベース、およびエミッタを有するＢＪＴであってもよい。

立ち返って、スイッチング回路２３０は、電圧バッファ２３２、基準トランジスタ（Ｑ_ｒｅｆ１）２３４、およびスイッチ部２３６を備える。基準トランジスタ２３４は、種々の構成で実装することができる。基準トランジスタ２３４は、ＢＪＴの場合、コレクタ（Ｃ）２５６、ベース（Ｂ）２５８、およびエミッタ（Ｅ）２６０を備える。コレクタ２５６は、接続点２６２に結合される。基準トランジスタ２３４のベース２５８は、接続点２６４に結合されて制御信号２２０を受ける。さらに、増幅器１０２は、接続点２６４に結合されて制御信号２２０を受ける。この構成において、スイッチング回路２３０の基準トランジスタ２３４と、増幅器１０２のトランジスタ２１０で、電流ミラー２６６を形成する。

図２の電流ミラー２６６は、出力電流（ι_ｏ１）２６８を、線形モードの入力電流（ι_ｒｅｆ１）２７０に一致させる機能を有する。基準トランジスタ２３４とトランジスタ２１０で電流ミラー２６６を構成することは、線形モードにおいて、温度変動、プロセス変動に関する増幅器１０２の安定化に寄与する。

スイッチ部２３６は、電流の流れをある伝導体から他の伝導体へ変更するように構成されたいかなる装置であってもよい。図２のスイッチ部２３６は、反転入力２４２をＶ_ａｐｃ１１８に結合するための第１の位置と、反転入力２４２を接続点２６２に結合するための第２の位置を備える。第１の位置と第２の位置の間のスイッチ部２３６の切替は、モード制御ピン１３０からの信号によって駆動される。モード制御ピン１３０からの信号は、信号１２６に基づいて自動入力または手入力される。このときの信号１２６は変調されない。

圧縮モードで稼動時には、トランジスタ（Ｑ１）２１０のベース２１２での電圧は、接続点２６４からベース２１２で受ける電流量に関係なく、所定の固定値をとる。この固定値は例えば１．４ボルトである。しかしながら、トランジスタ２１０のベース２１２に流入する制御信号２２０の量によって、トランジスタ２１０の増幅処理は大きな影響を受ける。機器制御装置１０６からの信号のためＶ_ａｐｃ１１８が増加するにつれ、ベース２１２に流入する制御信号２２０の量を増加させるのが望ましい。

少なくともスイッチ部２３６が圧縮モードにあるとき、スイッチング回路２３０はインピーダンス要素を備える。例えば、スイッチ部２３６がＶ_ａｐｃ１１８に結合される場合、スイッチング回路２３０は、抵抗（Ｒ１）２７２のようなインピーダンス要素を備える。抵抗２７２は、電圧バッファ２３２のドレイン２５２と、接続点２６４の間に結合される。この構成で、抵抗２７２はインピーダンス要素を提供し、ベース２１２に流入する制御信号２２０を直線化する。ドレイン２５２における電圧は、このインピーダンス要素から発生する。したがって、Ｖ_ａｐｃ１１８が増加すると、ドレイン２５２での電圧は増加する。ドレイン２５２での電圧が増加すると、より多くの制御信号２２０が抵抗２７２を通り、ベース２１２に流れる。これらの作用は、機器制御装置１０６からの信号に応じて、トランジスタ２１０の増幅作用を高めるように働く。

上記のように、トランジスタ２１０のベース２１２に流入する制御信号２２０の量によって、トランジスタ２１０の増幅処理は大きな影響を受ける。スイッチ部２３６が線形モードの位置にあるとき（スイッチ部２３６が接続点２６２に接続される）、ベース２１２に流入する電流は、抵抗２７２から発生する電圧よりむしろ電流ミラー２６６に依存する。

Ｖ_ｃｃ１１６は、電池などの電圧供給源から供給される。時間の経過とともに、一杯に充電された携帯電話内の３〜１／２ボルトの電池は、携帯電話の回路が作動停止するところまで消耗していく。携帯電話の利用者の通話時間は、一杯に充電した電池の電圧レベルから、携帯電話の回路が作動停止する電圧レベルに到達するまでの期間に大きく依存する。

１つの解決策は、圧縮モードにおいて電気の流れに対して抵抗２７２で抵抗を与える一方で、線形モードでは抵抗２７２を迂回するためのスイッチを備えることである（図３のスイッチ部３３４を参照）。このようなスイッチはいくつかの利点を有するが、スイッチの追加によって、バイアス・コントローラ１０４の原価が上昇し、貴重な集積回路の場所を占有し、Ｖ_ｃｃ１１６を消耗する他の部品を備えることになる。

重要なことは、図２に示したような電圧バッファ２３２の部品と構成によれば、迂回用のスイッチの使用による余分なコストとスペースなしで、抵抗２７２を線形モードで稼動させるということである。上記のように、バッファ増幅器２３８は、反転入力（または負端子）２４２を通して入力電圧を反転する演算増幅器である。

上記のように、電流（ι_ｒｅｆ１）２７０は線形モードの入力電流である。電流２７０は、電流ミラー２８０から、図２で電流（ι_ｏＲ１）２８２として示される出力電流として生成される。電流ミラー２６６と同様に、電流ミラー２８０は、基準電流２８４を一定の倍率で１箇所以上で複製するように設計されたいかなる回路であってもよい。図２の電流ミラー２８０は、電流（ι_ｏＲ１）２８２を基準電流２８４に一致させる機能を有する。

電流ミラー２８０は、トランジスタ２８６と２９２を備える。トランジスタ２８６と２９０は、種々の構成で実装される。トランジスタ２８６は、ＦＥＴの場合、トランジスタ２９２のゲート２９０に結合されたゲート２８８を備える。ゲート２８８と２９０の各々は、基準電流２８４により発生した、ドレイン２９９に対する基準電圧を受ける。トランジスタ２８６のソース２９４とトランジスタ２９２のソース２９６の各々は、Ｖ_ｃｃ１１６に結合される。トランジスタ２９２のドレイン２９８は接続点２６２に結合され、ドレイン２９９は電圧電流変換器３００に結合される。

電圧電流変換器３００は、線形電圧１２０を基準電流２８４に変換するいかなる回路であってもよい。電圧電流変換器３００は、増幅器３０２とトランジスタ３０４を備える。増幅器３０２の非反転入力３０６は結合されて、線形電圧１２０を受ける。トランジスタ３０４のソース出力３０８は、線形抵抗（Ｒ_１ｂ）３１２を通じて接地３１０に結合されるのに加えて、負帰還として反転入力３１４にフィードバックされる。増幅器３０２の出力３１６はトランジスタ３０４のゲート３１８に結合され、ドレイン３２０は入力として電流ミラー２８０に結合される。

図３は、図２の増幅器１０２に追加された基準トランジスタ（Ｑ２）３４０を示すブロック図である。ここで、増幅器１０２は、トランジスタ３４０を複数のトランジスタの内の１つのトランジスタとして備える。トランジスタ３４０を別個に制御するために、バイアス・コントローラ１０４は、スイッチング回路３３０と電流ミラー３８０を備える。スイッチング回路３３０は、スイッチング回路のモードを圧縮モードと線形モードの間で切り替えるためのスイッチ部３３２を備える。スイッチング回路３３０は、スイッチング回路２３０に類似している。あるいはスイッチング回路３３０は、抵抗（Ｒ２）３３６に対して設置されたスイッチ部３３４を備える。電流ミラー３８０はトランジスタ３８２を備える。トランジスタ３８２は、ＦＥＴの場合、トランジスタ２８６のゲート２８８に結合されたゲート３８４を備える。

図４は、図２のデュアル・モードＰＡＳ１００による例示の処理４００を示す流れ図である。４０２において、デュアル・モードＰＡＳ１００は、増幅器１０２のベース２１２で入力信号１１０を受ける。４０４において、モード制御ピン１３０は、スイッチ部２３６の位置を定める。４０６において、スイッチ部２３６が接続点１１８の位置にある場合、バイアス・コントローラ１０４は圧縮モードにあるものとみなされる。４０８において、スイッチ部２３６が接続点２６２の位置にある場合、バイアス・コントローラ１０４は線形モードにあるものとみなされる。線形モードの場合、処理４００は４３０に進む。

バイアス・コントローラ１０４が圧縮モードにあるとき、４１０において、電圧バッファ２３２は、ソース２５０でＶ_ｃｃ１１６を受ける。４１２において、電圧バッファ２３２は、反転入力２４２でＶ_ａｐｃ１１８を受ける。４１４において、バッファ増幅器２３８は、反転入力２４２と非反転入力２４４の間で電圧を反転する。反転入力２４２での電圧が非反転入力２４４での電圧より高い場合、出力２４６での反転電圧は低くなる。反転入力２４２での電圧が非反転入力２４４での電圧より低い場合、出力２４６での反転電圧はより高くなる。

４１６において、バッファ増幅器２３８は、出力２４６での電圧をトランジスタ２４０のゲート２４８に出力する。４１８において、ドレイン２５２にドレイン電圧を出力するために、ゲート２４８によってＶ_ｃｃ１１６のドレイン２５２への通過を制御する。ゲート２４８で受ける電圧が低下すると、ゲート２４８は、Ｖ_ｃｃ１１６のソース２５０からドレイン２５２への通過を増加させる。ゲート２４８で受ける電圧が増加すると、ゲート２４８は、Ｖ_ｃｃ１１６のソース２５０からドレイン２５２への通過を減少させる。

４２０において、ドレイン電圧は抵抗（Ｒ１）２７２から発生し、また非反転入力２４４に負帰還２５４としてフィードバックされる。

負帰還２５４が反転入力２４２での電圧と異なる場合、電圧バッファ２３２は平衡状態になく、処理４００は４１４へ戻る。負帰還２５４が反転入力２４２での電圧とほぼ同じ場合、電圧バッファ２３２は平衡状態にあるとされ、処理４００は４２２へ進む。

４２２において、抵抗２７２を通る電流は電圧を抵抗値で割ったものに等しいので、抵抗２７２から発生した電圧により制御信号２２０が生成される。４２４において、制御信号２２０は、トランジスタ２１０のベース２１２で受け取られる。４２６において、制御信号２２０によって、出力信号２１８として流れ得る出力電流２６８の量を制御して、トランジスタ２１０による入力信号１１０の増幅量を制御する。４２８において、出力信号２１８は、出力信号１１２として出力部１２８に伝送される。

４３０において、電圧バッファ２３２は、ソース２５０でＶ_ｃｃ１１６を受ける。４３２において、電圧電流変換器３００は、入力として線形電圧１２０を受ける。電圧電流変換器３００は、出力として基準電流２８４を生成する。４３４において、電流ミラー２８０は、ソース２９４および２９６でＶ_ｃｃ１１６を受ける。４３６において、電流ミラー２８０は、ゲート２８８および２９０で基準電流２８４を受ける。４３８において、電流ミラー２８０は、ドレイン２９８で基準電流２８４を電流２８２として複製する。電流２８２は、基準電流２８４の一定の倍数である。

４４０において、電流２８２は、電流２７０としてコレクタ２５６からエミッタ２６０へ流れる。このことにより、４４２において、接続点２６２で電圧が発生する。４４４において、電圧バッファ２３２は、反転入力２４２で電流２７０に依存して決まる接続点２６２の電圧を受ける。

４４６において、バッファ増幅器２３８は、反転入力２４２と非反転入力２４４の間で電圧を反転する。反転入力２４２での電圧が非反転入力２４４での電圧より高い場合、出力２４６での反転電圧はより低くなる。反転入力２４２での電圧が非反転入力２４４での電圧より低い場合、出力２４６での反転電圧はより高くなる。

４４８において、ドレイン電圧は、非反転入力２４４に負帰還２５４としてフィードバックされる。ドレイン電圧は、トランジスタ２３４のベース２５８にも制御信号２２０として供給される。さらに、ドレイン電圧は、トランジスタ２１０のベース２１２に供給される。

負帰還２５４が反転入力２４２での電圧と異なる場合、電圧バッファ２３２は平衡状態になく、処理４００は４４６へ戻る。負帰還２５４が反転入力２４２での電圧とほぼ同じ場合、電圧バッファ２３２は平衡状態にあるとされ、処理４００は４５０へ進む。

４５０において、トランジスタ２３４のベース２５８は制御信号２２０を受ける。ベース２５８での制御信号２２０が増加した場合、より多くの電流がコレクタ２５６からエミッタ２６０に流れることが可能になる。この場合、電流ミラー２８０は、接続点２６２での電圧を減少させて、閉回路を安定させる。ベース２５８での制御信号２２０が減少すると、コレクタ２５６からエミッタ２６０に流れ得る電流が減少する。この場合、電流ミラー２８０は、接続点２６２での電圧を増加させて、閉回路を安定させる。

電流ミラー２８０は、電圧電流変換器３００を通して機器制御装置１０６によって駆動されて、電流２８２を生成する。電流２８２は、機器制御装置１０６により予め一定に定められる。接続点２６２の閉回路、バッファ用トランジスタ２４０、および基準トランジスタ２３４は、温度変動、プロセス変動があっても自動的にベース２５８へ流入する制御信号２２０を調整する。この結果、接続点２６２での電流は、機器制御装置１０６により予め一定に定められる。

４５２において、制御信号２２０はトランジスタ２１０のベース２１２で受け取られる。４５４において、電流ミラー２６６は、電流２６８として電流２７０を複製する。この場合、電流２６８は電流２７０の一定の倍数となる。電流２７０を電流２６８として複製することにより、電流ミラー２６６は出力信号２１８として流れることのできる電流２６８の量を制御する。このことにより、トランジスタ２１０による入力信号１１０の増幅量が制御される。４５６において、出力信号２１８は、出力信号１１２として出力部１２８に伝送される。

本明細書において述べられた実施例は、単に本発明の原理を説明するために提示されたものであって、請求の範囲に記載された発明に関する主題の範囲を限定するものと解釈するべきではない。したがって、明細書および図は、制限的ではなく例示的なものとみなされるべきである。さらに、本発明の原理は、本明細書で述べた利点を達成するだけでなく、他の利点あるいは他の目的を達成するためにも適用することができる。

本発明は、以下の図を参照することによって、より良く理解されよう。図に示した構成要素の縮尺は、本発明の原理を説明するために、一定であるとは限らず、場合によって強調されている。さらに、すべての図において、同一の参照符号は同一の部分を示している。

図１は、本発明によるデュアル・モード・パワー増幅器システムの一実施例を示すブロック図である。 図２は、図１のブロック図の一実施例を示すブロック図である。 図３は、図２の増幅器に追加された基準トランジスタを示すブロック図である。 図４は、図２のデュアル・モード・パワー増幅器システムによる例示の処理を示す流れ図である。

Claims (10)

1. 増幅器と、
   前記増幅器と信号通信するように結合されたバイアス・コントローラと
   を備える、デュアル・モード・パワー増幅器システムであって、
   前記バイアス・コントローラは、前記増幅器が圧縮データ転送モードおよび線形データ転送モードで作動するのを可能にするように構成されており、
   前記バイアス・コントローラは、前記増幅器に駆動電流を提供するように構成された電圧バッファと、基準出力を有する基準トランジスタと、前記電圧バッファに結合されたスイッチとを備え、前記スイッチは、前記圧縮データ転送モードに対応する第１の位置と、前記線形データ転送モードに対応する第２の位置とを有し、
   前記第１の位置において、前記スイッチは、アナログ出力制御電圧源を前記電圧バッファの入力に結合し、前記第２の位置において、前記スイッチは、前記基準出力を前記電圧バッファの入力に結合することにより、前記基準トランジスタと前記増幅器との間に電流ミラーを形成する、デュアル・モード・パワー増幅器システム。
2. 前記バイアス・コントローラと前記増幅器とは同じ集積回路上に位置する、請求項１に記載のデュアル・モード・パワー増幅器システム。
3. 前記増幅器は、第１の増幅器であり、前記電圧バッファは、バッファ用トランジスタと信号通信するように結合されたバッファ増幅器を含む、請求項１に記載のデュアル・モード・パワー増幅器システム。
4. 前記バイアス・コントローラは、前記バッファ用トランジスタと、前記第１の増幅器のトランジスタとに対して設置されたインピーダンス要素をさらに備える、請求項３に記載のデュアル・モード・パワー増幅器システム。
5. 前記バイアス・コントローラは、前記インピーダンス要素に対して設置された迂回用スイッチを備える、請求項４に記載のデュアル・モード・パワー増幅器システム。
6. 前記バッファ用トランジスタは、電界効果トランジスタである、請求項３に記載のデュアル・モード・パワー増幅器システム。
7. 前記増幅器の第１の増幅器トランジスタは、前記バイアス・コントローラの第１の基準トランジスタとともに第１の電流ミラーを形成し、前記増幅器の第２の増幅器トランジスタは、前記バイアス・コントローラの第２の基準トランジスタとともに第２の電流ミラーを形成する、請求項１に記載のデュアル・モード・パワー増幅器システム。
8. 増幅器と信号通信するように結合されたバイアス・コントローラを提供することと、
   前記増幅器において第１の入力信号を受信することと、
   バイアス・コントローラのスイッチを第１の位置から第２の位置に移動することであって、前記第１の位置は、圧縮データ転送モードと線形データ転送モードとのうちの一方を表し、前記第２の位置は、前記圧縮データ転送モードと前記線形データ転送モードとのうちのもう一方を表す、ことと、
   前記増幅器において前記バイアス・コントローラから第２の入力信号を受信することと、
   前記第２の入力信号に従って、前記増幅器を介して前記第１の入力信号を伝達することと
   を包含する、方法であって、
   前記スイッチは、第１の電圧バッファに結合されており、前記第１の位置において、前記スイッチは、アナログ出力制御電圧源に結合され、前記第２の位置において、前記スイッチは、第１の基準電流ミラーと第１の基準トランジスタとの間に結合され、
   前記方法は、
   前記第１の基準電流ミラーに結合された電圧電流変換器から第１の電流を出力することと、
   前記第１の基準電流ミラーを使用して、前記第１の電流の一定の倍数として第２の電流を生成することと、
   前記第２の電流を前記第１の基準トランジスタに分配することであって、前記第１の基準トランジスタは、第１の増幅器トランジスタに結合されることにより、第１の制御電流ミラーを形成し、前記第１の電圧バッファは、前記第１の基準トランジスタと前記第１の増幅器トランジスタとの間に結合される、ことと、
   前記第１の制御電流ミラーを使用して、前記第２の電流の一定の倍数として前記第１の増幅器トランジスタにおいて第３の電流を生成することによって、前記第１の入力信号の特性を増幅することと
   をさらに包含する、方法。
9. 前記増幅器の第１のトランジスタのベースにおいて第２の入力信号を受信することと、
   前記スイッチを前記第２の位置から前記第１の位置に移動することと、
   前記第１の電圧バッファにおいて第１の電圧を受けることと、
   前記第１の電圧に従って、前記第１の電圧バッファから第２の電圧を出力することと
   をさらに包含する、請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の電圧バッファと前記第１の増幅器トランジスタのベースとの間に結合された抵抗から前記第２の電圧を生成することにより、制御電流を生成することと、
    前記第１の増幅器トランジスタの前記ベースに前記制御電流を通すことにより、前記第２の信号の特性を増幅することと
    をさらに包含する、請求項９に記載の方法。

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