JP6789362B2 - 電力増幅器のモジュール、無線周波数通信のデバイス、及び無線周波数信号を増幅する方法 - Google Patents

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）電子機器に関する。

ＲＦ電力増幅器は、比較的低出力のＲＦ信号の電力を高めるべく使用することができる。その後、高められたＲＦ信号は、様々な目的に使用することができる。これには、送信器のアンテナを駆動すること、アンテナが受ける送信信号を受信することが含まれる。

電力増幅器は、送信又は受信のためにＲＦ信号を増幅するべく携帯電話又は他の携帯デバイスに含めることができる。例えば、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）プロトコル及び／又は任意の他の適切な通信基準を使用して通信を行う携帯電話では、ＲＦ信号を増幅するべく一以上の電力増幅器を使用することができる。しかしながら、電力増幅器を使用するには、電池からの電流の使用が必要となるので、携帯電話の利用可能な電池寿命が短くなり得る。携帯デバイスの電池寿命を改善するべく増幅器の動作を管理することが重要となる。

改善された電力増幅器システムの必要性が存在する。さらに、増幅器及び増幅器システムを改善してこれらのデバイス及びシステムによる電流消費を低減する必要性が存在する。

一実装において、上述の必要性は、ＲＦ通信回路用の電力増幅器モジュールの実施形態によって対処される。モジュールは、ＲＦ信号を受信する入力を有するドライバ段増幅器と、増幅されたＲＦ信号を前記ドライバ段増幅器の出力から受信する最終段増幅器と、当該ドライバ段増幅器及び当該最終段増幅器の少なくとも一つに電力を供給する包絡線追跡モジュールとを含み、当該ドライバ段増幅器には、当該ＲＦ信号を増幅するべく当該ドライバ段増幅器の両端間に適用される供給電圧が与えられ、当該最終段増幅器には当該最終段増幅器の両端間に適用される供給電圧が与えられ、当該最終段増幅器は増幅された出力信号を与え、バイアス電流が当該最終段増幅器の入力に適用され、当該バイアス電流はまた、当該ドライバ段増幅器に電力を供給するべく適用されることにより、当該ドライバ段増幅器を流れる電流を低減する。

本実装のいくつかの実施形態において、包絡線追跡モジュールは、最終段増幅器に電力を供給する。

本実装のいくつかの実施形態において、ドライバ段増幅器は、固定電源から電力が供給される。

本実装のいくつかの実施形態において、固定電源は電池を含む。

本実装のいくつかの実施形態において、包絡線追跡モジュールは、ドライバ段増幅器及び最終段増幅器の双方に電力を供給する。

本実装のいくつかの実施形態において、ドライバ段増幅器は第１トランジスタを含み、最終段増幅器は第２トランジスタを含み、第１トランジスタのベースは当該ドライバ段増幅器の入力を形成し、第１トランジスタのコレクタは当該ドライバ段増幅器の出力を形成しかつ第２トランジスタのベースに接続され、第２トランジスタのベースは当該最終段増幅器の入力を形成し、第２トランジスタのコレクタは当該最終段増幅器の出力を形成する。

本実装のいくつかの実施形態において、第２トランジスタのベースは、電流によりバイアスがかけられ、かつ、ドライバ段増幅器のエミッタに電気的に接続される。

本実装のいくつかの実施形態において、入力段増幅器に電力を供給するべく最終段増幅器のベース電流バイアスを再使用することにより、３％電力付加効率の近似的効率改善が得られる。

他実装において、上述の必要性はＲＦ通信デバイスの一実施形態によって対処される。ＲＦ通信デバイスは、ＲＦ入力信号を受信するＲＦ入力と、ＲＦ信号を受信するＲＦ出力と、第１増幅器及び第２増幅器を有する二段電力モジュールであって、当該第１増幅器の入力が当該ＲＦ入力からＲＦ信号を受信しかつ当該第１増幅器の出力が当該第２増幅器の入力へと供給され、当該第２増幅器の入力はバイアス信号も受信し、当該第２増幅器の出力が当該出力に供給される二段電力モジュールと、当該第１増幅器及び当該第２増幅器の双方に電力を供給する電力供給源であって、当該入力信号の包絡線追跡に基づいて当該第１増幅器及び当該第２増幅器の少なくとも一方が電力を供給される電力供給源と、当該第１増幅器に電力を供給するべく当該第２増幅器の入力を当該第１増幅器の電力供給源に相互接続して当該バイアス信号が当該第１増幅器の電力供給源に供給される相互接続部とを含む。

本実装のいくつかの実施形態において、包絡線追跡モジュールが第２増幅器に電力を供給する。

本実装のいくつかの実施形態において、第１増幅器は固定電源から電力が供給される。

本実装のいくつかの実施形態において、固定電源は電池を含む。

本実装のいくつかの実施形態において、包絡線追跡モジュールは、第１増幅器及び第２増幅器の双方に電力を供給する。

本実装のいくつかの実施形態において、第１増幅器は第１トランジスタを含み、第２増幅器は第２トランジスタを含み、第１トランジスタのベースは当該第１増幅器の入力を形成し、当該第１トランジスタのコレクタは当該第１増幅器の出力を形成し、かつ、当該第２増幅器の入力を形成する当該第２増幅器のベースに接続され、第２トランジスタのコレクタは当該第２増幅器の出力を形成する。

本実装のいくつかの実施形態において、第２トランジスタのベースは、電流によりバイアスがかけられ、かつ、第１増幅器のエミッタに電気的に接続される。

本実装のいくつかの実施形態において、送信モード及び受信モード間のスイッチングを行うスイッチングネットワークが存在する。

本実装のいくつかの実施形態において、包絡線追跡モジュール及びスイッチングネットワークを制御するプロセッサ及びコンピュータ可読媒体が存在する。

他実装において、上述の必要性は、ＲＦ信号を増幅する一実施形態の方法によって対処される。方法は、第１増幅器において第１信号を増幅することと、当該第１増幅器の出力を第２増幅器に供給することと、当該第１増幅器及び当該第２増幅器に電力を供給することと、当該第２増幅器の入力に対しバイアス信号によってバイアスをかけることと、当該第２増幅器に適用された当該バイアス信号の少なくとも一部を、当該第１増幅器に電力を供給するべく当該第１増幅器に与えることとを含む。

本実装のいくつかの実施形態において、第１増幅器及び第２増幅器に電力を供給することは、第１信号の包絡線を検出することと、当該第１信号の包絡線の少なくとも一部に基づいて当該第１増幅器及び当該第２増幅器の少なくとも一方に可変電力を供給することとを含む。

本実装のいくつかの実施形態において、第１増幅器及び第２増幅器の少なくとも一方に可変電力を供給することは、当該第２増幅器に可変電力を供給しかつ当該第１増幅器に固定電力を供給することを含む。

無線周波数（ＲＦ）信号を増幅する電力増幅器モジュールの模式図である。 図１の電力増幅器モジュールを一以上含み得る代表的無線デバイスの模式的なブロック図である。 包絡線追跡能力を有する増幅器コンポーネントの一例の模式的なブロック図である。 包絡線追跡能力を有する多段増幅器コンポーネントの模式的なブロック図である。 図２の無線デバイスに組み入れることができる多段増幅器回路の模式的なブロック図である。 図２の無線デバイスに組み入れることができる多段増幅器回路の模式的なブロック図である。

図１は、無線周波数（ＲＦ）信号を増幅する電力増幅器モジュール１０の模式図である。例示の電力増幅器モジュール（ＰＡＭ）１０は、ＲＦ信号ＲＦ＿ＩＮを増幅し、増幅されたＲＦ信号ＲＦ＿ＯＵＴを発生させるべく構成することができる。ここに記載のように、電力増幅器モジュール１０は、一以上の電力増幅器、例えば、２以上の増幅器を有する多段電力増幅器を含み得る。

図２は、図１の電力増幅器モジュールを一以上含み得る代表的無線又は携帯デバイス１１の模式的なブロック図である。無線デバイス１１は、本開示の一以上の特徴を実装する電力増幅器バイアス回路を含み得る。

図２に描かれる代表的な無線デバイス１１は、マルチバンド／マルチモード携帯電話のようなマルチバンド及び／又はマルチモードデバイスを代表し得る。一定の実施形態において、無線デバイス１１は、スイッチ１２、送受信器１３、アンテナ１４、電力増幅器１７、制御コンポーネント１８、コンピュータ可読媒体１９、プロセッサ２０及び電池２１を含む。

送受信器１３は、アンテナ１４を介して送信されるＲＦ信号を発生させることができる。さらに、送受信器１３は、アンテナ１４から入来するＲＦ信号を受信することもできる。

理解されることだが、図２において送受信器１３として集合的に代表される一以上のコンポーネントにより、ＲＦ信号の送受信に関連付けられた様々な機能を達成することができる。例えば、単一のコンポーネントを、送信機能及び受信機能の双方を与えるべく構成することができる。他例において、送信機能及び受信機能は、別個のコンポーネントによって与えることができる。

同様に、理解されることだが、図２においてアンテナ１４として集合的に代表される一以上のコンポーネントにより、ＲＦ信号の送受信に関連付けられた様々なアンテナ機能を達成することができる。例えば、単一のアンテナを、送信機能及び受信機能の双方を与えるべく構成することができる。他例において、送信機能及び受信機能は、別個のアンテナによって与えることができる。さらなる他例において、無線デバイス１１に関連付けられた異なる帯域を、異なるアンテナによって与えることができる。

図２において、送受信器１３からの一以上の出力信号が、一以上の送信経路１５を介してアンテナ１４に与えられるように描かれる。図示の例において、異なる送信経路１５は、異なる帯域及び／又は異なる電力出力に関連付けられた出力経路を代表することができる。例えば、図示される２つの代表的な電力増幅器１７は、異なる電力出力構成に関連付けられた増幅（例えば低電力出力及び高電力出力）及び／又は異なる帯域に関連付けられた増幅を代表することができる。図２は２つの送信経路１５を使用する構成を例示するが、無線デバイス１１は、これよりも多い又は少ない送信経路１５を含むべく適合することができる。

電力増幅器１７は、広範なＲＦ信号を増幅するべく使用することができる。例えば、電力増幅器１７の一以上は、当該電力増幅器の出力をパルス状にして無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）信号又は任意の他の適切なパルス信号の送信を補助するべく使用することができるイネーブル信号を受信することができる。各電力増幅器１７が、同じタイプの信号を増幅する必要はない。例えば、一の電力増幅器がＷＬＡＮ信号の増幅が可能な一方、他の電力増幅器は、例えば、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ）（登録商標）信号、ＣＤＭＡ（ｃｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）信号、Ｗ−ＣＤＭＡ信号、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）信号又はＥＤＧＥ信号の増幅が可能である。

本開示の一以上の特徴が、上述の代表的なモード及び／又は帯域において、及び他の通信基準において実装される。

図２において、アンテナ１４からの一以上の検出信号は、一以上の受信経路１６を介して送受信器１３に与えられるように描かれる。図示の例において、異なる受信経路１６は、異なる帯域に関連付けられた経路を代表することができる。図２は、４つの受信経路１６を使用する構成を例示するが、無線デバイス１１は、それよりも多い又は少ない受信経路１６を含むように適合させることができる。

受信経路と送信経路との切り替えを容易にするべく、スイッチ１２は、アンテナ１４を、選択された送信又は受信の経路に電気的に接続するべく構成することができる。すなわち、スイッチ１２は、無線デバイス１１の動作に関連付けられた一定数の切り替え機能を与えることができる。一定の実施形態において、スイッチ１２は、例えば、異なる帯域間の切り替え、異なる電力モード間の切り替え、送信及び受信モード間の切り替え、又はこれらの何らかの組み合わせに関連付けられた機能を与える一定数のスイッチを含み得る。スイッチ１２は、信号のフィルタリング及び／又は二重化を含む追加機能を与えるべく構成することもできる。

図２は、一定の実施形態において、スイッチ１２、電力増幅器１７及び／又は他の動作コンポーネント（複数可）の動作に関連付けられた様々な制御機能を制御するべく、制御コンポーネント１８を設けることができることを示す。制御コンポーネント１８の非制限的な例がここに詳述される。

一定の実施形態において、プロセッサ２０は、ここに記載される様々なプロセスの実装を容易にするべく構成することができる。説明目的のため、本開示の実施形態は、方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャートの例示及び又はブロック図を参照して記載することもできる。理解されることだが、フローチャートの例示及び／又はブロック図の各ブロック、並びに当該フローチャートの例示及び／又はブロック図の複数ブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実装することができる。こうしたコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサへと与えられて機械をもたらし、当該フローチャート及び／又はブロック図の単数又は複数ブロックに特定された行為を、当該コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が実装する手段を作り出すことができる。

一定の実施形態において、こうしたコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置を特定の態様で動作するように指揮することができるコンピュータ可読メモリ１９に格納し、当該コンピュータ可読メモリに格納された命令が、フローチャート及び／又はブロック図の単数又は複数ブロックに特定された行為を実装する命令手段を含む製品をもたらすようにすることもできる。コンピュータプログラム命令は、コンピュータ実装プロセスをもたらすコンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行される一連の動作を引き起こすべくコンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置にロードすることもできる。当該コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の単数又は複数ブロックに特定された行為を実装するステップを与える。

電池２１は、無線デバイス１１において使用される、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。

例示の無線デバイス１１は供給制御ブロック２２も含む。供給制御ブロック２２は、電力増幅器１７の一以上に電力供給を与えるべく使用することができる。例えば、供給制御ブロック２２は、増幅対象のＲＦ信号の包絡線に基づいて電力増幅器１７に与えられる供給電圧を変更又は変化させるべく構成された包絡線追跡器とすることができる。しかしながら、一定の実施形態において、供給制御ブロック２２は、例えばＤＣ・ＤＣ変換器を含む他のブロックとすることができる。以下に詳述されるように、供給制御ブロック２２は、単段増幅器のみならず図２に示される二段増幅器をも制御するべく使用することができる。

供給制御ブロック２２は電池２１に電気的に接続することができる。供給制御ブロック２２は、電力増幅器１７に供給された電圧を、増幅対象のＲＦ信号の包絡線に基づいて変更するべく構成することができる。電池２１は、無線デバイス１１における使用に適切な、例えばリチウムイオン電池を含む任意の電池とすることができる。以下にさらに詳述されるように、電力増幅器に供給される電圧を制御することにより、電池２１の電力消費を低減することができるので、無線デバイス１１の性能を改善することができる。図２に例示されるように、包絡線信号は、送受信器１３から供給制御ブロック２２に与えることができる。しかしながら、包絡線は他の態様で決定することもできる。例えば、包絡線は、ＲＦ信号からの包絡線を任意の適切な包絡線検出器を使用して検出することによって決定することができる。

図３は、包絡線追跡器３０を有する電力増幅器システム２５の一例の模式的なブロック図である。例示のシステムは、ＲＦフロントエンド１２、送受信器１３、アンテナ１４、電池２１、遅延素子３４、電力増幅器すなわちＰＡ３２、及び包絡線追跡器３０を含む供給制御ブロック２２を含む。

送受信器１３は、ＲＦ信号を発生させること、及び当該ＲＦ信号を遅延素子３４に与えることができる。遅延素子３４は、ＲＦ信号を受信すること、及び当該ＲＦ信号を遅延させて電力増幅器３２に対する供給電圧発生の遅延を補償することができる。電力増幅器３２は、遅延されたＲＦ信号を増幅すること、及び増幅された信号をＲＦフロントエンド１２の入力に与えることができる。ＲＦフロントエンド１２は、上述したように、デュプレクサ及び／又は一以上のスイッチを含み得る。ＲＦフロントエンド１２は、アンテナ１４に電気的に接続された出力を有し得る。この図には例示されないが、当業者であれば、所望数の送信及び／又は受信経路を与える補助とするべくこれよりも多い又は少ない電力増幅器を、ＲＦフロントエンド１２を介してアンテナ１４に電気的に接続し得ることがわかる。

送受信器１３は、ＲＦ信号の包絡線を供給制御ブロック２２に与えることができる。供給制御ブロック２２は、電池２１から電圧を受けるべく構成された包絡線追跡器３０を含み得る。包絡線追跡器３０は、電力増幅器３２のための電力増幅器供給電圧を発生させることができる。加えて、包絡線追跡器３０は、電力増幅器供給電圧の電圧レベルを制御してＲＦ信号の包絡線との関係を変更させることができる。

送受信器１３は包絡線を包絡線追跡器３０に与えるように例示されるが、当該信号の包絡線は、任意の適切な態様で発生させることができる。例えば、ＲＦ信号から包絡線信号を発生させる包絡線検出器３１を含めることができる。包絡線追跡能力は、単数増幅器段でも、図４、５Ａ及び５Ｂに関連して以下に述べる多段増幅器でも使用することができる。図３に示されるように、供給制御ブロック２２は、電力増幅器３２ａ、３２ｂを制御するべく構成することができる。以下に述べるように、二重増幅器段における増幅器を双方とも制御することもできるし、いくつかの実装において第２又は最終増幅器を制御することもできる。

図４は、包絡線追跡能力を有する多段増幅器コンポーネントの一例である。理解されることだが、従来型ＲＦ増幅器は、当該増幅器が圧縮状態にある場合に最も効率的に動作する固定電圧を備えるように設計される。通信デバイスが周波数変調の位相に基づく変調スキームを使用する場合、増幅器は、高いレベルの効率及び少ない電池使用率を与える圧縮状態へと駆動することができる。しかしながら、多くの既存の変調スキームは振幅情報を使用しないので、増幅器を圧縮状態へと駆動することは、当該振幅が歪み得るようなデータの喪失をもたらす。

この問題に対処するべく包絡線追跡回路は、入来信号の包絡線を追跡し、その後、当該入来信号の包絡線に基づいて増幅器に供給電圧を与える。図４は一つの代表的な包絡線追跡構成である。ただし、包絡線追跡は様々な異なる態様及びアプリケーションで行うことができる。

図４は、電力増幅器モジュール１０の代表的回路図を示す。電力増幅器モジュール１０は、当該電力増幅器モジュールの効率が改善される態様で増幅器モジュール１０の増幅器３２ａ、３２ｂに電力を供給するべく、包絡線追跡変調器２２を有する。この実装において、包絡線追跡変調器２２は、インダクタＬｃｈｏｋｅ１及びＬｃｈｏｋｅ２を介して変動電力信号を増幅器３２ａ、３２ｂに与える。インダクタＬｃｈｏｋｅ１及びＬｃｈｏｋｅ２は、包絡線追跡変調器２２からの電力電圧Ｖｃｃ１及びＶｃｃ２を増幅器３２ａ、３２ｂに供給することを補助する一方で高周波ＲＦ信号成分をブロックする。

図４に示されるように、入力信号ＲＦＩＮ＿Ａが、入力ＲＦＩＮ＿Ａの入力インピーダンスを整合させるべく選択された段間整合回路６５を介して第１段増幅器３２に与えられる。入力信号ＲＦＩＮ＿Ａは、上述したようにアンテナ１４が受信し又はアンテナ１４が送信するＲＦ信号を含み得る。第１段増幅器３２ａの出力はその後、入力整合部７０を介して増幅器３２ｂの入力に与えられる。増幅器３２ａの出力は、電池２１（図２）及びバイアス回路７２からの電圧によってバイアスがかけられる。第２増幅器３２ｂの出力はその後、増幅器モジュール１０の出力側においてインピーダンスを整合させるべく選択された出力整合部７４を介し、ＲＦＯＵＴとして出力される。一実装において、信号ＲＦＯＵＴはスイッチ１２（図２）に与えられた後、既に述べたように当該スイッチを介してアンテナ１４又は送受信器１３へと引き回される。

図４の電力増幅器モジュール１０の構成の結果として生じる一つの問題は、電力消費が比較的高いということである。これは、電力が包絡線追跡モジュール２２を介して増幅器３２ａ及び３２ｂの双方に供給されることと、電力がまた、電池２１を介して第２増幅器３２ｂへの入力信号にバイアスをかけるためにも供給されることとの結果である。

図４の回路に関連して生じるさらなる問題は、インダクタＬｃｈｏｋｅ１及びＬｃｈｏｋｅ２を介した潜在的な不安定性源が存在することである。詳しくは、フィードバックループがインダクタＬｃｈｏｋｅ１及びＬｃｈｏｋｅ２間に確立されると、第２増幅器３２ｂの性能の安定性が危うくなることによりモジュール１０の回路性能劣化がもたらされ得る。ループ安定性は、ＥＴ変調器２２の低周波インピーダンス、電力増幅器及びＥＴ変調器２２間の共通Ｖｃｃ１／Ｖｃｃ２のインダクタンス、並びに、ＥＴ変調器２２設計と当該電力増幅器及びＥＴ変調器２２の物理的配置とに基づく基板ごとに極端に異なり得るＥＴ変調器２２上の他デバイスからの共振に大きく相関する。

図５Ａ及び５Ｂは、上述した電力消費及び安定性の問題に対処する二段増幅器モジュール１０の異なる実施形態の模式図である。この実装において、二段増幅器は、第１段又はドライバ段増幅器３２ａ、及び第２段又は最終段増幅器３２ｂを含む。第１段又はドライバ段増幅器３２ａは、入力整合部６６を介して入力信号ＲＦＩＮ＿Ａを受信するトランジスタ８２を含む。入力信号には、バイアス電圧８１とトランジスタ８２のベース８３に適用されたバイアスネットワーク８４とを介してバイアスをかけることができる。バイアス電圧８１及びバイアスネットワーク８４は、二段増幅器モジュール１０の効率を改善するべく選択される。この実装において、バイアスネットワーク８４は、接地への経路を与えるダイオード８５と、トランジスタ８２ａのベースへのバイアスを与える抵抗器８７とを含む。バイアスネットワーク８４は、ダイオード８５に並列して高周波経路を接地する複数のキャパシタ８９も含む。

第１段増幅器３２ａを含むトランジスタ８２のコレクタ８６における出力は、整合回路７０（図５Ｂ）を介して第２段増幅器３２ｂの入力に、又は図５Ａの実施形態においては第２段増幅器トランジスタ８８のベースに与えられる。さらに、最終段のベース９１に供給されるバイアス電流は、ドライバ段増幅器トランジスタ８２のエミッタ９７にも供給される。

詳しくは、バイアス電圧が、２つのダイオード回路８５を介して電池２１から最終段増幅器トランジスタ８８のベース９１へと供給される。相互接続部９５が、最終段トランジスタ８８のベース９１とドライバ段トランジスタ８２のエミッタ９７との間に設けられる。エミッタ９７は、接地経路を与えるダイオード９９とＡＣ接地を与える並列キャパシタ１０１とを介して接地される。すなわち、ドライバ段トランジスタ８２を動作させるのに必要なＤＣ電流が相互接続部９５を流れる。最終段トランジスタ８８のためのバイアス電圧は、ドライバ段トランジスタ８２のコレクタ８６によって供給される。ＤＣレベルでは、ドライバ段８２は、最終段８８のベース９１を駆動するエミッタホロワのように見える。最終段８８のコレクタ電流は、ＲＦ入力電力に伴い増加する。これにより、最終段ベース電流が、関係式Ｉｂ＝Ｉｃ／Ｂｅｔａに応じて増加する。最終段８８のベース電流は、ドライバ段トランジスタ８２による相互接続部９５を介して有効に再使用される。その結果、余分な電流ドレインを電池２１に付加することなく、又は少なくとも電池２１への余分な電流ドレインの付加を低減することにより、ドライバ段８２が、最終段トランジスタ８８へ十分な電力を供給することができる。

これにより、ここに開示の二段電力増幅器モジュール１０の効率が認識可能なまで増加する。この効率の増加は、図４及び５Ａの回路を対比する下例によって例示することができる。図４及び５Ａの双方のモジュール１０の動作が、出力電力Ｐｏｕｔが３０ｄＢＭ、ＲＦｇａｉｎが３０ｄＢ、最終段増幅器３２ｂのコレクタ電流が５００ｍＡ、ドライバ段増幅器３２ａのコレクタ電流が３０ｍＡ、最終段増幅器３２ｂのバイアス電流も３０ｍＡ、及び供給電圧が３Ｖであると仮定する。これらの仮定によれば、図３の電力増幅器モジュール１０に対する電力付加効率（ＰＡＥ）は以下のように決定できる。
Ｐｏｕｔ＝３０ｄＢｍ＝１Ｗ
Ｐｉｎ＝３０ｄＢＭ−３０ｄＢ＝３０ｄＢｍ＝１ｍＷ
Ｐｄｃ＝３Ｖ×（５００ｍａ＋３０ｍＡ＋３０ｍＡ）＝１．６８Ｗ
ＰＡＥ＝（Ｐｏｕｔ−Ｐｉｎ）／Ｐｄｃ＝（１Ｗ−１ｍＷ）／１．６８Ｗ＝５９．５％

同様に、これらの仮定によれば、図４の電力増幅器モジュール１０に対する電力付加効率（ＰＡＥ）は以下のように決定できる。
Ｐｏｕｔ＝３０ｄＢｍ＝１Ｗ
Ｐｉｎ＝３０ｄＢＭ−３０ｄＢ＝３０ｄＢｍ＝１ｍＷ
Ｐｄｃ＝３Ｖｘ（５００ｍａ＋３０ｍＡ）＝１．５９Ｗ
ＰＡＥ＝（Ｐｏｕｔ−Ｐｉｎ）／Ｐｄｃ＝（１Ｗ−１ｍＷ）／１．５９Ｗ＝５９．５％

最終段増幅器３２ｂのベースのバイアスに適用されている３０ｍＡがドライバ増幅器３２ａのコレクタにも供給されるので、第１段又はドライバ増幅器３２ａを流れる電流全体を、３％以上の効率節約を与えるだけ低減することができる。これにより、電池寿命を延ばすことができる。

図５Ａは、第１段増幅器３２ａ及び第２段増幅器３２ｂの双方が既述の包絡線追跡変調器２２によるバイアスを受けるか、又は最終段増幅器３２ｂのみが包絡線追跡モジュールを介して電力を受けるかのいずれかとなり得る。第１段増幅器３２ａ及び第２又は最終段増幅器３２ｂの双方ともが包絡線追跡モジュール２２から電力供給を受ける場合、上述したような潜在的な不安定性が存在する。しかしながら、図５Ａ及び５Ｂにも示されるように、第１段増幅器３２ｂは、第１段ドライバ増幅器３２ａの効率を低減するが高い安定性を与える電池２１からの固定バイアスを有し得る。

しかしながら、第２段最終段出力増幅器３２ｂが、図５Ｂに示される態様で包絡線追跡モジュール２２に接続されると、最終段増幅器３２ｂは高レベルの効率で動作する。多くの典型的な多段ＲＦ増幅器回路において後段のコレクタ電流は、上例に例示したようにドライバ増幅器のコレクタ電流よりも著しく高い。したがって、ドライバ増幅器３２ａが固定バイアスされることによる、ある程度の効率喪失が存在し得る。しかしながら、いくつかの実装において、この効率喪失は、最終段増幅器３２ｂにおけるバイアス電流をドライバ段増幅器３２ａのコレクタ電流に供給するべく再使用することによって補填することができる。

図５Ｂは、この相互接続部を詳細に例示する。図５Ｂに示されるように、包絡線追跡変調器２２のみが最終段増幅器３２ｂの出力に接続される。このようにして、ドライバ又は第１段増幅器３２ａには、電池電圧Ｖｂａｔｔからの固定バイアスを使用してバイアスがかけられる。この実施形態において最終段増幅器３２ｂは、ドライバ段増幅器３２ａの電流レベルよりも著しく高い電流レベルで動作する。このように、最終段増幅器３２ｂが高レベルの効率で動作するのと同時にドライバ段増幅器３２ａが低レベルで動作し得るが、電力のほとんどが最終段増幅器３２ｂによって消費されるので、いくつかの実装において二段増幅器モジュール１０の全体的な効率は、比較的不変のままとなり得る。さらに、ドライバ段増幅器３２ａ及びその関連インダクタ９３が包絡線追跡変調器２２から分離されるので、ドライバ段増幅器３２ａ及びインダクタ９３間の並びに最終段増幅器３２ｂ及びインダクタ１０３間の共振潜在性が低減されるので、回路の安定性が高くなる。

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用語「結合」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いずれかとなり得る２以上の要素を言及する。同様に、ここで一般に使用される用語「接続」も、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、用語「ここ」、「上」、「下」及び同様の趣旨の用語は、本願において使用される場合、本願全体を言及し、本願の任意の特定部分を言及するわけではない。文脈が許容する場合、単数又は複数の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以上の項目のリストを参照する用語「又は」及び「若しくは」について、当該用語は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、ここに使用される条件的言語、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」等は、特に明示されない限り、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、一定の実施形態が一定の特徴、要素及び／又は状態を含むが他の実施形態は含まないことを伝えることが一般に意図される。このように、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とって多少なりとも必要とされることを示唆すること、又は、作者の入力若しくは促しのあり若しくはなしで、一以上の実施形態が、これらの特徴、要素及び／若しくは状態が任意の特定の実施形態に含まれ若しくは任意の特定の実施形態において行われるか否かを決定する論理を必ず含むことを示唆することを意図しない。

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、上述のシステムに限られることなく、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の要素及び行為は、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。

本発明の一定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、ここに記載の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、ここに記載の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 (19)

1. 無線周波数通信回路用の電力増幅器のモジュールであって、
   無線周波数信号を受信する入力部を有するドライバ段増幅器と、
   最終段増幅器と、
   前記ドライバ段増幅器及び前記最終段増幅器の少なくとも一方に電力を与える包絡線追跡モジュールと
   を含み、
   前記ドライバ段増幅器は第１トランジスタを含み、
   前記最終段増幅器は第２トランジスタを含み、
   前記最終段増幅器には、前記第２トランジスタに並列接続されるトランジスタが存在せず、
   前記ドライバ段増幅器には、前記無線周波数信号を増幅するべく前記第１トランジスタのコレクタとエミッタとの間に適用される供給電圧が与えられ、
   前記最終段増幅器は、増幅された無線周波数信号を前記第１トランジスタのコレクタにおける出力から受信し、
   前記最終段増幅器には前記第２トランジスタのコレクタとエミッタとの間に適用される供給電圧が与えられ、
   前記最終段増幅器は増幅された出力信号を与え、
   前記最終段増幅器の入力部に適用されるバイアス電流が、前記第１トランジスタのエミッタに適用されることにより、前記ドライバ段増幅器を流れる電流が低減されるモジュール。
2. 前記包絡線追跡モジュールは前記最終段増幅器に電力を供給する請求項１のモジュール。
3. 前記ドライバ段増幅器は固定電源から電力が供給される請求項２のモジュール。
4. 前記固定電源は電池を含む請求項３のモジュール。
5. 前記包絡線追跡モジュールは前記ドライバ段増幅器及び前記最終段増幅器の双方に電力を供給する請求項２のモジュール。
6. 前記第１トランジスタのベースは前記ドライバ段増幅器の入力部を形成し、
   前記第１トランジスタのコレクタは、前記ドライバ段増幅器の出力部を形成し、かつ、前記第２トランジスタのベースに接続され、
   前記第２トランジスタのベースは前記最終段増幅器の入力部を形成し、
   前記第２トランジスタのコレクタは前記最終段増幅器の出力部を形成する請求項１のモジュール。
7. 前記第２トランジスタのベースは、電流によってバイアスがかけられかつ前記ドライバ段増幅器のエミッタに電気的に接続される請求項６のモジュール。
8. 前記ドライバ段増幅器に電力を供給するべく前記最終段増幅器のベース電流バイアスを再使用することにより、３％電力付加効率の近似的効率改善が得られる請求項１のモジュール。
9. 無線周波数通信のデバイスであって、
   無線周波数入力部及び無線周波数出力部と、
   第１増幅器及び第２増幅器を有する二段電力モジュールと、
   前記第１増幅器及び前記第２増幅器の双方に電力を供給する電力供給部と、
   前記第１増幅器と前記第２増幅器とを相互接続する相互接続部と
   を含み、
   前記第１増幅器は第１トランジスタを含み、
   前記第２増幅器は第２トランジスタを含み、
   前記第２増幅器には、前記第２トランジスタに並列接続されるトランジスタが存在せず、
   前記第１トランジスタのベースは前記無線周波数入力部からの無線周波数信号を受信し、
   前記第１トランジスタのコレクタにおける出力は前記第２トランジスタのベースに与えられ、
   前記第２トランジスタのベースはさらにバイアス信号を受信し、
   前記第２トランジスタのコレクタが前記無線周波数出力部へと与えられ、
   前記第１増幅器及び前記第２増幅器の少なくとも一方には、包絡線追跡モジュールによる前記無線周波数信号の包絡線追跡に基づいて前記電力供給部により電力が与えられ、
   前記相互接続部は、前記バイアス信号が、前記第１増幅器に電力を供給するべく前記第１増幅器に与えられるように、前記第２トランジスタのベースと前記第１トランジスタのエミッタとを相互接続するデバイス。
10. 前記包絡線追跡モジュールは前記第２増幅器に電力を供給する請求項９のデバイス。
11. 前記第１増幅器は固定電源から電力が供給される請求項１０のデバイス。
12. 前記固定電源は電池を含む請求項１１のデバイス。
13. 前記包絡線追跡モジュールは前記第１増幅器及び前記第２増幅器の双方に電力を供給する請求項１０のデバイス。
14. 前記第２トランジスタのベースは、電流によってバイアスがかけられかつ前記第１増幅器のエミッタに電気的に接続される請求項９のデバイス。
15. 送信モード及び受信モード間のスイッチングを行うスイッチングネットワークをさらに含む請求項９のデバイス。
16. 前記包絡線追跡モジュール及び前記スイッチングネットワークを制御するプロセッサ及びコンピュータ可読媒体をさらに含む請求項１５のデバイス。
17. 無線周波数信号を増幅する方法であって、
    第１トランジスタを有する第１増幅器において第１信号を増幅することと、
    前記第１トランジスタのコレクタの出力を、第２のトランジスタを有する第２増幅器に与えることと、
    前記第１増幅器及び前記第２増幅器に電力を供給することと、
    前記第２のトランジスタのベースに対してバイアス信号によってバイアスをかけることと、
    前記第２増幅器に適用された前記バイアス信号の少なくとも一部を、前記第１トランジスタのエミッタに電力を供給するべく前記第１増幅器に与えることと
    を含み、
    前記第２増幅器には、前記第２のトランジスタに並列接続されるトランジスタが存在しない方法。
18. 前記第１増幅器及び前記第２増幅器に電力を供給することは、
    前記第１信号の包絡線を検出することと、
    前記第１信号の包絡線の少なくとも一部に基づいて前記第１増幅器及び前記第２増幅器の少なくとも一方に可変電力を供給することと
    を含む請求項１７の方法。
19. 前記第１増幅器及び前記第２増幅器の少なくとも一方に可変電力を供給することは、
    前記第２増幅器に可変電力を供給することと、
    前記第１増幅器に固定電力を供給することと
    を含む請求項１８の方法。

Images