(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
差分電圧入力に基づいてスケール化電流をステアリングするように構成された電流ステアリングステージと、
前記電流ステアリングステージに接続され、前記スケール化電流からフィルタ中間信号を生成して、前記フィルタ中間信号から出力電流を生成するように構成されたフィルタ電流ミラーと、
前記出力電流を受信し、伝送のための出力電圧信号を生成するように構成された共振負荷と、
を備える電流モード電力増幅器。
【請求項２】
基準電流を受信し、電流スケーリング選択信号に基づいて、前記スケール化電流を生成するように接続された電流スケーリングトランジスタバンクをさらに備える請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
前記電流スケーリングトランジスタバンクは、
複数のトランジスタバンクと、
前記トランジスタバンクに接続され、前記電流スケーリング選択信号を受信するように構成された複数のスイッチバンクと、
を備え、前記電流スケーリング選択信号の選択されたビットは、前記トランジスタバンクのうちの選択されたトランジスタが前記スケール化電流を生成することを可能にするために、前記スイッチバンクのうちの選択されたスイッチを閉じる請求項２に記載の増幅器。
【請求項４】
前記電流ステアリングステージは、前記スケール化電流をステアリングするために、前記差分電圧入力を受信するように接続された差分トランジスタペアを備える請求項１に記載の増幅器。
【請求項５】
前記フィルタ電流ミラーは、
前記電流ステアリングステージから前記スケール化電流を受信し、中間電圧を生成するように接続された電流／電圧（Ｉ−Ｖ）コンバータと、
前記中間電圧を受信し、フィルタ電圧を生成するように接続された低通過フィルタと、
前記フィルタ電圧を受信し、出力選択信号に基づいて前記出力電流を生成するように接続された電圧／電流（Ｖ−Ｉ）コンバータと、
を備える請求項１に記載の増幅器。
【請求項６】
前記Ｖ−Ｉコンバータは、
トランジスタバンクと、
前記トランジスタバンクに接続され、前記出力選択信号を受信するように構成されたスイッチバンクと、
を備え、前記出力選択信号の選択されたビットは、前記トランジスタバンクのうちの選択されたトランジスタが前記出力電流を生成することを可能にするために、前記スイッチバンクのうちの選択されたスイッチを閉じる請求項５に記載の増幅器。
【請求項７】
前記共振負荷は、
キャパシタバンクと、
前記キャパシタバンクに接続され、キャパシタンス選択信号を受信するように構成されたスイッチバンクと、
を備え、前記キャパシタンス選択信号の選択されたビットは、前記キャパシタバンクのうちの選択されたキャパシタを組合わせることを可能にするため前記スイッチバンクの選択されたスイッチを閉じ、結果としてのキャパシタンスを生成する、請求項１に記載の増幅器。
【請求項８】
所与の電流消費でより高い電圧振幅を達成するために、共振インピーダンスを増加させることによってタンクＱを増加させるように前記共振負荷に接続されたカスコードステージをさらに備える請求項１に記載の増幅器。
【請求項９】
前記電流ステアリングステージに接続されたプリドライバステージをさらに備え、前記プリドライバステージは、第１及び第２ののこぎり波を前記差分電圧入力として生成するために、第１及び第２の矩形波を変形するように構成される請求項１に記載の増幅器。
【請求項１０】
前記電流ステアリングステージに結合された縮退レジスタをさらに備える請求項１に記載の増幅器。
【請求項１１】
前記共振負荷は、ＬＣタンク回路と、アンテナとを備える請求項１に記載の増幅器。
【請求項１２】
差分電圧入力に基づいて、スケール化電流をステアリングする手段と、
フィルタ出力電流を生成するために前記スケール化電流をミラーリングする手段と、
前記フィルタ出力電流を、伝送のための出力電圧信号に変換する手段と、
を備え、前記スケール化電流から生成されたフィルタ中間信号は、前記フィルタ出力電流を生成するために使用される電流モード電力増幅器。
【請求項１３】
基準電流を受信する手段と、
前記スケール化電流を生成するために、電流スケーリング選択信号に基づいて、前記基準電流をスケーリングする手段と、
をさらに備える請求項１２に記載の増幅器。
【請求項１４】
前記スケーリングする手段は、
複数のトランジスタバンクと、
前記トランジスタバンクに接続され、前記電流スケーリング選択入力を受信するように構成された複数のスイッチバンクと、
を備え、前記電流スケーリング選択入力の選択されたビットは、前記トランジスタバンクのうちの選択されたトランジスタが前記スケール化電流を生成することを可能にするために、前記スイッチバンクのうちの選択されたスイッチを閉じる請求項１３に記載の増幅器。
【請求項１５】
前記ステアリングする手段は、前記スケール化電流をステアリングするために、前記差分電圧入力を受信するように接続された差分トランジスタペアを備える請求項１２に記載の増幅器。
【請求項１６】
前記スケール化電流をミラーリングする手段は、
前記スケール化電流から中間電圧を生成する手段と、
前記中間電圧からフィルタ電圧を生成する手段と、
前記フィルタ電圧から前記フィルタ出力電流を生成する手段と
を備える請求項１２に記載の増幅器。
【請求項１７】
前記フィルタ出力電流を生成する手段は、
トランジスタバンクと、
前記トランジスタバンクに接続され、出力選択信号を受信するように構成されたスイッチバンクと、
を備え、前記出力選択信号の選択されたビットは、前記トランジスタバンクのうちの選択されたトランジスタが前記フィルタ出力電流を生成することを可能にするために、前記スイッチバンクのうちの選択されたスイッチを閉じる請求項１６に記載の増幅器。
【請求項１８】
前記フィルタ出力電流を変換する手段は、
キャパシタバンクと、
前記キャパシタバンクに接続され、キャパシタンス選択信号を受信するように構成されたスイッチバンクと、
を備え、前記キャパシタンス選択信号の選択されたビットは、前記キャパシタバンクのうちの選択されたキャパシタを組み合わせることを可能にするために前記スイッチバンクの選択されたスイッチを閉じ、結果としてのキャパシタンスを生成する、請求項１２に記載の増幅器。
【請求項１９】
前記フィルタ出力電流を変換する手段は、所与の電流消費でより高い電圧振幅を達成するために、タンクＱを増加させるカスコード手段を備える請求項１２に記載の増幅器。
【請求項２０】
前記差分電圧入力をフィルタリングするプリドライバ手段をさらに備える請求項１２に記載の増幅器。
【請求項２１】
前記フィルタ出力電流を変換する手段は、ＬＣタンク回路と、アンテナとを備える請求項１２に記載の増幅器。
【請求項２２】
電流モード電力増幅を提供する方法であって、
差分電圧入力に基づいて、スケール化電流をステアリングすることと、
フィルタ出力電流を生成するために前記スケール化電流をミラーリングすることと、
前記フィルタ出力電流を、伝送のための出力電圧信号に変換することと、
を備え、前記スケール化電流から生成されたフィルタ中間信号は、前記フィルタ出力電流を生成するために使用される方法。
【請求項２３】
基準電流を受信することと、
前記スケール化電流を生成するために、電流スケーリング選択信号に基づいて前記基準電流をスケーリングすることと、
をさらに備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記スケール化電流をミラーリングすることは、
前記スケール化電流から中間電圧を生成することと、
前記中間電圧からフィルタ電圧を生成することと、
前記フィルタ電圧から前記フィルタ出力電流を生成することと、
を備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記変換することは、所与の電流消費でより高い電圧振幅を達成するために、タンクＱを増加させることを備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記差分電圧入力をフィルタリングすることをさらに備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記変換することは、前記フィルタ出力電流を、ＬＣタンク回路と、アンテナとを用いて変換すること備える請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は一般に、増幅器の動作及び設計に関し、特に、高調波歪み抑制を備える電流モード電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高品質信号の送信及び受信は、ポータブル機器において特に重要である。通常、このような機器は、望ましい情報を伝達する基本周波数を有する信号を送信するための電力増幅器を含む。それに加えて、多くの機器は、電力増幅器と同時に動作するさまざまなオンチップサブシステムを含む。
【０００３】
残念なことに、動作中、電力増幅器は、増幅される基本周波数と調和関係にある望ましくない周波数を備える高調波歪みを発生する可能性がある。このような高調波歪みの伝送は、システム性能を悪化させうる。さらに、発生された高調波歪みが、オンチップサブシステム内に連結し、それらの性能を同様に悪化させる可能性がある。
【０００４】
従って、このような歪みの伝送を回避し、その他のサブシステムに対するオンチップ連結を防止又は最小限にするために、高調波歪み抑制を備えた電力増幅器があることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本明細書において説明される上記態様は、下記の説明を付属の図面とともに考慮しながら参照することにより、より容易に明らかとなるだろう。
【図１】図１は、本発明に従って構築された典型的な電流モード電力増幅器を示す。
【図２】図２は、本発明に従って構築された典型的な電流スケーリングトランジスタバンクを示す。
【図３】図３は、本発明に従って構築された典型的なＶ−Ｉコンバータを示す。
【図４】図４は、本発明に従って構築された典型的なキャパシタバンクを示す図である。
【図５】図５は、カスコードトポロジにおいて構成された典型的な電流モード電力増幅器を示す。
【図６】図６は、電流モード電力増幅器と共に使用するための典型的なプリドライバステージを示す。
【図７】図７は、本発明に従って構築された典型的な電流モード電力増幅器を示す。
【図８】図８は、本発明に従って構築された典型的な増幅器装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
添付の図面に関連して以下に述べられる詳細な説明は、本発明の典型的な実施形態の説明を意図したものであり、本発明が実現され得る、唯一の実施形態を表すことを意図したものではない。本文書にわたって使用される用語「典型的（exemplary）」は、「実例、インスタンス、又は例示として役立つこと」を意味しており、必ずしもその他の実施形態よりも好ましい、若しくは有利である、と解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の典型的な実施形態の徹底的な理解を提供することを目的として具体的な詳細を含む。本発明の典型的な実施形態がこれらの具体的な詳細がなくても実現されうることは当業者にとっては明らかである。いくつかのインスタンスにおいて、周知の構造及び機器は、本明細書に示される典型的な実施形態の新規性を曖昧にすることを回避するために、ブロック図形態で示される。
【０００７】
開示されるシステムは、改良された高調波歪み抑制を提供する新規な電流モード電力増幅器を提供する。
【０００８】
図１は、本発明に従って構築された典型的な電流モード電力増幅器１００を示す。増幅器１００は、さまざまな機器に含まれている伝送回路における使用に適している。増幅器１００は、電流ステアリングステージ１０２と、バランシング負荷(balancing load)１０４と、フィルタ電流ミラー１０６と、共振負荷１０８とを備える。フィルタ電流ミラー１０６は、電流／電圧（Ｉ−Ｖ）コンバータ１１０と、低通過フィルタ１１２と、電圧／電流（Ｖ−Ｉ）コンバータ１１４とを備える。増幅器１００はさらに、コントローラ１１６を備える。
【０００９】
電流ステアリングステージ１０２は、基準電流（Ｉｒｅｆ）を電流スケーリングトランジスタバンク１２０に注入するように接続される電流源１１８を備える。電流源１１８は、任意の適切な電流源を備える。電流スケーリングトランジスタバンク１２０は、複数のＮＭＯＳトランジスタバンク（ＴＢＮ）及び（ＴＢＭ）を備える。電流スケーリングトランジスタバンク１２０は、コントローラ１１６から電流スケーリング選択信号（ＮＳＥＬ及びＭＳＥＬ）を受信する。電流スケーリング選択信号ＮＳＥＬ及びＭＳＥＬは、（ＴＢＮ）及び（ＴＢＭ）トランジスタバンクのうちの1つ以上のトランジスタの動作をイネイブルにするように動作する1つ以上のビットを備える。
【００１０】
電流スケーリングトランジスタバンク１２０は、基準電流（Ｉｒｅｆ）のスケールされたバージョンであるスケール化電流（scaled current）（Ｉｓｃａｌｅｄ）を生成するように動作する。ＮＳＥＬ及びＭＳＥＬ信号は、基準電流Ｉｒｅｆが、スケール化電流Ｉｓｃａｌｅｄを生成するためにどのようにスケールされるかを制御する。１つの実施において、スケール化電流（Ｉｓｃａｌｅｄ）は、トランジスタバンクＴＢＭにおけるオンにされたトランジスタの数と、トランジスタバンクＴＢＮにおけるオンにされたトランジスタの数との比から決定される。電流スケーリングトランジスタバンク１２０のより詳細な説明は、本文書の別のセクションにおいて提供される。
【００１１】
電流ステアリングステージ１０２はまた、差動ＮＭＯＳトランジスタペア１２２、１２４を備える。トランジスタペア１２２、１２４は、それらのゲート端子１２６、１２８に対する入力として差動入力電圧信号を受信する。例えば、１つの実施において、複数の差動入力電圧信号は、複数の相補大信号矩形波（complementary large signal square waveforms）である。
【００１２】
動作中、トランジスタ１２２、１２４は、差動入力電圧信号によって交互に「オン」にされる。例えば、トランジスタ１２２が、ゲート端子１２６において入力電圧信号によってオンにされる場合、Ｉｓｃａｌｅｄと等しい電流が、バランシング負荷１０４からトランジスタ１２２を介してステアリングされる。それと同時に、トランジスタ１２４が、そのゲート端子１２８において、その入力電圧信号によってオフにされる。バランシング負荷１０４は、ＰＭＯＳトランジスタ１３０を備え、Ｉｓｃａｌｅｄと等しい電流が、トランジスタ１２２のドレインへ流れることを可能にするように動作し、それにより、信号マッチングによる利益を提供する。
【００１３】
同様に、トランジスタ１２４がゲート端子１２８において入力電圧信号によってオンにされる場合、Ｉｓｃａｌｅｄと等しい電流が、Ｉ−Ｖコンバータ１１０からトランジスタ１２４を介してステアリングされる。それと同時に、トランジスタ１２２が、そのゲート端子１２６において、その入力電圧信号によってオフにされる。（Ｉ−Ｖ）ステージ１１０は、ＰＭＯＳトランジスタバンク（ＴＢＤ）を備え、Ｉｓｃａｌｅｄと等しい電流がトランジスタ１２４のドレインに対して流れることを可能にするように動作する。
【００１４】
ＰＭＯＳトランジスタバンクＴＢＤは、スケール化電流Ｉｓｃａｌｅｄを、ノード１３２において現れる中間電圧にコンバート（変換）するように動作する。ノード１３２における中間電圧は、低通過フィルタ１１２に入力される。ＰＭＯＳトランジスタバンクＴＢＤは、コントローラ１１６から選択信号ＤＳＥＬを受信する。これは、スケール化電流Ｉｓｃａｌｅｄをノード１３２における中間電圧に変換するために、トランジスタバンクＴＢＤにおけるオンにされるトランジスタの数を決定する。別の実施形態において、トランジスタバンクＴＢＤは、スケール化電流Ｉｓｃａｌｅｄをノード１３２における中間電圧に変換するために並列形式で接続される予め定められた数のＰＭＯＳトランジスタと配線で接続されている。
【００１５】
低通過フィルタ１１２は、レジスタ１３４及びキャパシタ１３６を備える。低通過フィルタ１１２は、中間電圧をフィルタして、ノード１３８において現れるフィルタ処理済電圧を生成するように動作する。ノード１３８におけるフィルタ電圧は、Ｖ−Ｉステージ１１４に入力される。低通過フィルタ１１２は、図１に示された実施に限定されることはなく、アクティブフィルタ、高次フィルタ、又はその他任意のタイプの低通過フィルタとして実施されうる。
【００１６】
Ｖ−Ｉステージ１１４は、ＰＭＯＳトランジスタバンクＴＢＯを備える。トランジスタバンクＴＢＯは、ノード１３８においてフィルタ電圧を受信し、このフィルタ電圧を出力電流（Ｉｏｕｔ）に変換する。これは、フィルタ出力電流とも称されうる。ＰＭＯＳトランジスタバンクＴＢＯは、コントローラ１１６から選択信号ＯＳＥＬを受信する。これは、フィルタ電圧を出力電流（Ｉｏｕｔ）に変換するために、トランジスタバンクＴＢＯにおけるオンにされるトランジスタの数を決定する。出力電流（Ｉｏｕｔ）のレベルは、コントローラ１１６から受信されたＤＳＥＬ及びＯＳＥＬ信号によって決定される。１つの実施において、出力電流（Ｉｏｕｔ）は、下記の式から決定される。  
Ｉｏｕｔ＝Ｉｓｃａｌｅｄ＊（ＣＳＯ／ＣＳＤ）  
ここで、ＣＳＯは、トランジスタバンクＴＢＯにおけるオンにされたユニットトランジスタの数であり、ＣＳＤは、トランジスタバンクＴＢＤにおけるオンにされたユニットトランジスタの数である。Ｖ−Ｉステージ１１４のより詳細な説明は、本文書の別のセクションにおいて提供される。出力電流（Ｉｏｕｔ）は、共振負荷１０８に入力される。
【００１７】
共振負荷１０８は、キャパシタバンク１４２と、インダクタ１４４と、アンテナ１４６とを備える。キャパシタバンク１４２は、コントローラ１１６から選択信号（ＣＳＥＬ）を受信する。選択信号ＣＳＥＬは、キャパシタバンク１４２によって提供される結果として生じるキャパシタンスの量を制御する。これは、負荷１０８のワイドレンジな共振周波数に対して便宜を図る。キャパシタバンク１４２のより詳細な説明は、本文書の別のセクションにおいて提供される。伝送のためにアンテナ１４６に接続される出力電圧（Ｖｏｕｔ）が生成される。共振負荷１０８はまた、誘導性回路、マッチングネットワーク、又はその他任意のタイプの共振回路を含むその他の実施を備えうることが留意されるべきである。
【００１８】
コントローラ１１６は、ハードウェア及び／又はソフトウェアを実行するハードウェアを備え、負荷１０８の望ましい出力ダイナミックレンジ及び望ましい共振周波数を取得するために、ＮＳＥＬ、ＭＳＥＬ、ＤＳＥＬ、ＯＳＥＬ、及びＣＳＥＬ選択信号を生成するように構成される。例えば、１つの実施において、コントローラ１１６は、ＮＳＥＬ、ＭＳＥＬ、ＤＳＥＬ、ＯＳＥＬ、及びＣＳＥＬ信号の値で初期化される。別の実施において、コントローラ１１６は、メモリ内のＮＳＥＬ、ＭＳＥＬ、ＤＳＥＬ、ＯＳＥＬ、及びＣＳＥＬ信号の値を維持し、増幅器１００のための望ましい性能レベルを達成するために、選択された値を出力する。さらに別の実施において、コントローラ１１６は、増幅器１００の動作中に、コントローラ１１６によって受信されたフィードバック又はその他の情報信号に基づいて、ＮＳＥＬ、ＭＳＥＬ、ＤＳＥＬ、ＯＳＥＬ、及びＣＳＥＬ信号の値を生成する。ＮＳＥＬ、ＭＳＥＬ、ＤＳＥＬ、ＯＳＥＬ、及びＣＳＥＬ信号のより詳細な説明は、本文書の別のセクションにおいて提供される。増幅器１００のさまざまなトランジスタバンクは、予め定められた構成のトランジスタと配線で接続されることができ、そのために、選択信号が望ましいレベルの性能を取得する必要がないということが留意されるべきである。
【００１９】
このように、電流モード電力増幅器１００は一般に２つのステージを備える。第１のステージは、電流ステアリングステージ１０２である。これは、電流スケーリング及び電流ステアリングを行う。例えば、電流スケーリングトランジスタバンク１２０は、基準電流Ｉｒｅｆをスケールして、スケール化電流Ｉｓｃａｌｅｄを生成するように動作する。差分ペア１２２、１２４は、ゲート端子１２６、１２８における入力電圧信号に基づいて、スケール化電流Ｉｓｃａｌｅｄをステアリングする。
【００２０】
第２のステージは、バランシング負荷１０４と、フィルタ電流ミラー１０６と、共振負荷１０８とを備える電流増幅器である。バランシング負荷１０４は、信号マッチングによる利益を提供する。フィルタ電流ミラー１０６は、スケール化電流Ｉｓｃａｌｅｄを出力電流Ｉｏｕｔに変換する。共振負荷１０８は、出力電流Ｉｏｕｔを受信し、それを出力電圧（Ｖｏｕｔ）に変換する。このように、生成されうる任意の非線形性は、第１のステージにおいてのみ生成され、フィルタ電流ミラー１０６の線形動作に起因して、第２のステージにおいて再生成されることはない。
【００２１】
さらに、低通過フィルタ１１２の実施に起因して、追加のＤＣ電流消費は存在しないが、このフィルタは、高次の高調波を減衰する際に有力である。増幅器１００の出力ダイナミックレンジは、ワイドレンジな出力電流スケーリングのために高くなる。入力電圧がスケール化電流をステアリングするためのスイッチとして使用されるので、出力電圧は入力電圧振幅に対して敏感ではない。これは、入力電圧振幅からはほとんど独立している。
【００２２】
従って、増幅器１００は、改良された高調波歪み抑制と、低減された電力消費と、増加した出力ダイナミックレンジと、入力電圧振幅に対する不感受性とを備えるように動作する。
【００２３】
図２は、図１に示される電流スケーリングトランジスタバンク１２０の詳細な図を示す。トランジスタバンク１２０は、基準電流Ｉｒｅｆを受信し、スケール化電流Ｉｓｃａｌｅｄを生成する。ＮＳＥＬ及びＭＳＥＬ信号は、Ｉｒｅｆ電流が、Ｉｓｃａｌｅｄ電流を生成するためにどのようにスケールされるかを決定する。
【００２４】
ＮＳＥＬ及びＭＳＥＬ信号は、２０２、２０４において一般的に示される２つのスイッチバンクに接続される複数の選択ビットを備える。例えば、ＮＳＥＬ信号はビット（０乃至Ｘ）を備え、ＭＳＥＬ信号はビット（０乃至Ｙ）を備える。スイッチバンク２０２、２０４は、２０６、２０８に一般的に示される２つのＮＭＯＳトランジスタバンク、ＴＢＮ、及びＴＢＭに接続される。
【００２５】
動作中、ＮＳＥＬ及びＭＳＥＬによってアクティベートされるＮＭＯＳトランジスタの数は、Ｉｒｅｆ電流が、Ｉｓｃａｌｅｄ電流を生成するためにどのようにスケールされるかを決定する。１つの実施において、Ｉｓｃａｌｅｄ電流は、下記の式から決定される。  
Ｉｓｃａｌｅｄ＝Ｉｒｅｆ＊（ＣＳＭ／ＣＳＮ）  
ここで、ＣＳＭは、ＴＢＭトランジスタバンクにおける、ＭＳＥＬ信号によってオンにされたユニットトランジスタの数であり、ＣＳＮは、ＴＢＮトランジスタバンクにおける、ＮＳＥＬ信号によってオンにされたユニットトランジスタの数である。
【００２６】
このように、ＴＢＭトランジスタバンクにおけるオンにされたユニットトランジスタの数と、ＴＢＮトランジスタバンクにおけるオンにされたユニットトランジスタの数との比は、Ｉｒｅｆ電流が、Ｉｓｃａｌｅｄ電流を生成するためにどのようにスケールされるのかを決定する。
【００２７】
図３は、図１に示されたＶ−Ｉコンバータ１１４の詳細な図を示す。Ｖ−Ｉコンバータ１１４は、ノード１３８においてフィルタ電圧を受信し、この電圧を出力電流Ｉｏｕｔに変換する。ＤＳＥＬ及びＯＳＥＬ信号は、フィルタ電圧がどのようにＩｏｕｔ電流に変換されるかを決定する。
【００２８】
１つの実施において、Ｖ−Ｉコンバータ１１４は、３０４において一般的に示されるスイッチバンクに接続される、３０２において一般的に示されるＰＭＯＳトランジスタバンクＴＢＯを備える。ＯＳＥＬ信号は、スイッチバンク３０４に接続される複数の選択ビットを備える。例えば、ＯＳＥＬ信号はビット（０乃至Ｘ）を備える。
【００２９】
動作中、ＯＳＥＬ選択信号のビットは、スイッチバンク３０４の1つ以上のスイッチを閉じ、それにより、ＴＢＯトランジスタバンク３０２のうちの対応するトランジスタを信号経路に接続する。
【００３０】
トランジスタバンクＴＢＤは、トランジスタバンクＴＢＯに類似して構成され、従って、個々の図において示されない。動作中、ＤＳＥＬ選択信号のビットは、ＴＢＤトランジスタバンクのうちの対応するトランジスタを信号経路に接続するために、スイッチバンクのうちの1つ以上のスイッチを閉じる。
【００３１】
トランジスタバンクＴＢＤ及びＴＢＯのトランジスタの接続は、Ｉｏｕｔ信号のレベルを調節するように動作する。例えば、上述されたように、電流Ｉｏｕｔは、トランジスタバンクＴＢＯ及びトランジスタバンクＴＢＤにおけるオンにされたトランジスタの数から決定される。
【００３２】
図４は、図１に示されるキャパシタバンク１４２の詳細な図を示す。キャパシタバンク１４２及びインダクタ１４４は並行に接続され、出力電圧Ｖｏｕｔを生成するためにＩｏｕｔ電流を受信する。ＣＳＥＬ信号は、どれくらいのキャパシタンスがキャパシタバンク１４２によって提供されるかを決定する。
【００３３】
１つの実施において、キャパシタバンク１４２は、４０４において一般的に示されたスイッチバンクに接続される、４０２において一般的に示されたユニットキャパシタのバンクを備える。ＣＳＥＬ信号は、スイッチバンク４０４に接続される複数の選択ビット（０乃至Ｘ）を備える。
【００３４】
動作中、ＣＳＥＬ選択信号のビットは、スイッチバンク４０４の1つ以上のスイッチを閉じ、それにより、ユニットキャパシタ４０２のバンクのうちの対応するキャパシタを信号経路内に接続する。1つ以上のキャパシタの信号経路への接続は、キャパシタバンク１４２の結果として生じるキャパシタンスを調節するように動作する。
【００３５】
図５は、カスコードトポロジにおいて構成された典型的な電流モード電力増幅器５００を示す。例えば、増幅器５００は、図１に示される増幅器１００を備え、さらに、カスコードステージ５０２を備える。
【００３６】
カスコードステージ５０２は、ＰＭＯＳトランジスタ５０４、５０６、及び５０８を備える。ＰＭＯＳトランジスタ５０４、５０６は、電流ステアリングステージ１０２と、バランシング負荷１０４と、フィルタ電流ミラー１０６との間で接続される。ＰＭＯＳトランジスタ５０８は、フィルタ電流ミラー１０６と共振負荷１０８との間で接続される。トランジスタ５０４、５０６、５０８のゲート端子は、カスコードステージ５０２にバイアスをかけるように動作するカスコードバイアス信号（ＶＣＡＳ）に接続される。
【００３７】
動作中、カスコードステージ５０２によって提供される出力抵抗は、増幅器１００において利用されるトランジスタによって提供されるものより大きい。例えば、トランジスタ５０８を参照すると、このトランジスタは、所与の電流消費でより高い電圧振幅を達成するために、共振インピーダンスを増加させることによって、負荷のトータルタンクＱを増加させる。カスコードトポロジは、より高いタンクＱを提供するので、より高次の高調波歪みがさらに減衰される。従って、増幅器５００は、増幅器１００よりはるかに高調波歪み抑制をもたらすように動作する。
【００３８】
図６は、上述された電流モード電力増幅器１００、５００と共に使用するための典型的なプリドライバステージ６００を示す。
【００３９】
プリドライバステージ６００は、ＰＭＯＳトランジスタ６０２及びＮＭＯＳトランジスタ６０４を備える。トランジスタ６０２、６０４は、第１の矩形波形電圧入力を受信するために、入力端子６０６において一緒に接続されたゲート端子を有する。トランジスタ６０２は、レジスタ６０８を介して電力源に接続されたソース端子を有する。トランジスタ６０４は、レジスタ６１０を介してグラウンドに接続されたソース端子を有する。トランジスタ６０２、６０４は、第１ののこぎり形波形（Ｖ１）を出力するために、出力端子６１２において一緒に接続されたドレイン端子を有する。出力端子６１２はまた、キャパシタ６１４を介してグラウンドに接続される。
【００４０】
同様の回路がまた、出力端子６１８において第２ののこぎり形波形を生成するために、入力端子６１６において第２の矩形波形電圧入力を受信するように提供される。
【００４１】
従って、Ｖ１及びＶ２は、差分のこぎり形波形を形成する。プリドライバ６００は、差分矩形波形電圧入力を、増幅器１００、５００への入力信号として使用されうる差分のこぎり形波形電圧出力に変換するように動作する。増幅器１００、５００への入力としてのこぎり形波形を用いることは、図７を参照して以下に例示される、追加の高調波歪み抑制をもたらしうる。
【００４２】
図７は、本発明に従って構築された典型的な電流モード電力増幅器７００を示す。例えば、増幅器７００は、図５に示される増幅器５００を備え、さらに、縮退（degeneration）レジスタ７０２を備える。増幅器７００はまた、図６に示されたプリドライバステージ６００によって生成された差分のこぎり形電圧信号Ｖ１、Ｖ２を入力として受信する。
【００４３】
縮退レジスタ７０２は、ＮＭＯＳトランジスタ１２２、１２４のソース端子と、トランジスタバンクＴＢＭのＮＭＯＳトランジスタのドレイン端子との間で接続される。入力差分ペアにおける縮退レジスタ７０２は、差分ペアをより線形にする。電流ステアリングステージ１０２の差分ペアは、プリドライバ６００の出力電圧の処理のバリエーションに対して敏感ではない。シミュレーションは、プリドライバ６００と連結した増幅器７００が追加の高調波歪み抑制のおよそ１０〜１５ｄＢを提供するということを示す。
【００４４】
図８は、本発明に従って構築された典型的な増幅器装置８００を示す。例えば、増幅器装置８００は、図１に示された増幅器１００として使用するのに適している。態様において、増幅器装置８００は、本明細書に説明された機能を提供するように構成された1つ以上のモジュールによって実現される。例えば、態様において、各モジュールは、ハードウェア及び／又はソフトウェアを実行するハードウェアを備える。
【００４５】
増幅器装置８００は、差分電圧入力に基づいてスケール化電流をステアリングする手段（８０２）を備える第１のモジュールを備える。これは、態様において、電流ステアリングステージ１０２を備える。
【００４６】
増幅器装置８００はまた、フィルタ出力電流を生成するためにスケール化電流をミラーリングする手段（８０４）を備える第２のモジュールを備える。これは、態様において、フィルタ電流ミラー１０６を備える。
【００４７】
装置８００はまた、フィルタ出力電流を、伝送のための出力電圧信号に変換する手段（８０６）を備える第３のモジュールを備える。これは、態様において、共振負荷１０８を備える。
【００４８】
当業者は、情報及び信号が、さまざまな異なる技術及び技法のいずれかを使用して表される、又は処理されうることを理解するだろう。例えば、上記説明全体を通して言及されうるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、及びチップは、電圧、電流、電磁波、磁場又は磁性粒子、光場又は光粒子、又はそれらの任意の組み合わせによって表されることができる。さらに、トランジスタのタイプ及び技術は、同じ結果を達成するために、代用されるか、再調整されるか、さもなければ変形されうるということに留意されたい。例えば、ＰＭＯＳトランジスタを利用するよう示された回路は、ＮＭＯＳトランジスタを使用するように変形されうる、また、逆もまた同様である。このように、本明細書において開示された増幅器は、さまざまなトランジスタのタイプ及び技術を用いて実現され、図面に例示されたトランジスタのタイプ及び技術に限定されることはない。
【００４９】
当業者はさらに、本明細書に開示された実施形態と関連して記述されているさまざまな例示的な論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムステップが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア又はそれら両方の組み合わせとして実現されうることを認識するだろう。ハードウェア及びソフトウェアのこの互換性を明確に例示するために、さまざまな例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、及びステップが、それらの機能の観点から一般的に上述されている。そのような機能がハードウェアとして実現されるかソフトウェアとして実現されるかは、システム全体に課された特定のアプリケーション及び設計の制約に依存する。当業者が、特定のアプリケーションごとにさまざまな方法で、説明された機能性を実現しうるが、このような実現の決定は、本発明の典型的な実施形態の範囲からの逸脱を招くものとして解釈されるべきでない。
【００５０】
本明細書に開示された実施形態と関連して説明されるさまざまな実例的な論理ブロック、モジュール、回路は、汎用のプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又はその他のプログラマブル論理機器、離散ゲート又はトランジスタ論理、離散ハードウェアコンポーネント、若しくは、本明細書に説明された機能を実行するよう設計されたこれらの任意の組み合わせと共に実現又は実行されうる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサでありうるが、代替的に、プロセッサは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、又はステートマシンでありうる。プロセッサはまた、コンピューティング機器の組み合わせ、例えば、ＤＳＰと１つのマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと結合された1つ以上のマイクロプロセッサ、又は任意の他のそのような構成として、実現されることもできる。
【００５１】
本明細書において開示された実施形態に関連して説明された方法又はアルゴリズムのステップは、ハードウェアにおいて直接的に、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて、又は両者の組み合わせにおいて、具現化されることができる。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハードディスク、リムーバルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は当該技術分野において周知の記憶媒体のその他の何らかの形態の中に存在しうる。例示的な記憶媒体は、プロセッサが、記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替的に、記憶媒体は、プロセッサと一体化されうる。プロセッサ及び記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に存在しうる。ＡＳＩＣは、ユーザ端末内に存在しうる。代替的に、プロセッサ及び記憶媒体は、ユーザ端末内の離散コンポーネントとして存在しうる。
【００５２】
1つ以上の典型的な実施形態において、記述された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせにおいて実現されうる。ソフトウェアにおいて実現される場合、機能は、1つ以上の命令又はコードとして、コンピュータ読取可能な媒体に記憶されることができる、又はそれによって伝送されることができる。コンピュータ読取可能な媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体とコンピュータ記憶媒体との両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされることができる任意の入手可能な媒体でありうる。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ読取可能な媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶機器、又は、命令若しくはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを搬送又は記憶するために使用されることができ、かつ、コンピュータによってアクセスされることができるその他任意の媒体を備えうる。さらに、任意の接続は適切にコンピュータ読取可能な媒体と称される。例えば、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、又は赤外線、無線、マイクロ波などの無線技術を使用してウェブサイト、サーバ、若しくは他の遠隔ソースからソフトウェアが送信される場合、この同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、又は赤外線、無線、マイクロ波などの無線技術は媒体の定義に含まれる。本明細書で使用される場合に、ディスク（disk）及びディスク（disc）は、コンパクトディスク（disc）（ＣＤ）、レーザディスク（disc）、光学ディスク（disc）、デジタルバーサタイルディスク（disc）（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク（disk）及びブルーレイディスク（disc）を含み、ここにおいてディスク（disc）がレーザを用いて光学的にデータを再現するのに対し、ディスク（disk）は通常、磁気的にデータを再現する。上記の組み合わせもコンピュータ読取可能な媒体の範囲に含まれるものとする。
【００５３】
当業者が本発明を実施及び使用することを可能にするために、開示された典型的な実施例の前述の説明が提供される。これらの典型的な実施形態に対するさまざまな変更は当業者には容易に明らかであり、本明細書において定義された包括的な原理は、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく他の実施形態に適用可能でありうる。このように、本発明は、ここに示された典型的な実施形態に限定されることは意図しておらず、ここに開示された原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲が付与されるべきである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
差分電圧入力に基づいてスケール化電流をステアリングするように構成された電流ステアリングステージと、
前記スケール化電流を受信し、出力電流を生成するように前記電流ステアリングステージに接続されたフィルタ電流ミラーと、
前記出力電流と、伝送のための出力電圧信号を生成するように構成された共振負荷と、
を備える電流モード電力増幅器。
［Ｃ２］
基準電流を受信し、電流スケーリング選択信号に基づいて、前記スケール化電流を生成するように接続された電流スケーリングトランジスタバンクをさらに備えるＣ１に記載の増幅器。
［Ｃ３］
前記電流スケーリングトランジスタバンクは、
少なくとも１つのトランジスタバンクと、
前記少なくとも１つのトランジスタバンクに接続され、前記電流スケーリング選択信号を受信するように構成された少なくとも１つのスイッチバンクと、
を備え、前記電流スケーリング選択信号の選択されたビットは、前記少なくとも１つのトランジスタバンクのうちの選択されたトランジスタが前記スケール化電流を生成することを可能にするために、前記少なくとも１つのスイッチバンクのうちの選択されたスイッチを閉じるＣ２に記載の増幅器。
［Ｃ４］
前記電流ステアリングステージは、前記スケール化電流をステアリングするために、前記差分電圧入力を受信するように接続された差分トランジスタペアを備えるＣ１に記載の増幅器。
［Ｃ５］
前記フィルタ電流ミラーは、
前記電流ステアリングステージから前記スケール化電流を受信し、中間電圧を生成するように接続された電流／電圧（Ｉ−Ｖ）コンバータと、
前記中間電圧を受信し、フィルタ電圧を生成するように接続された低通過フィルタと、
前記フィルタ電圧を受信し、出力選択信号に基づいて前記出力電流を生成するように接続された電圧／電流（Ｖ−Ｉ）コンバータと、
を備えるＣ１に記載の増幅器。
［Ｃ６］
前記Ｖ−Ｉコンバータは、
トランジスタバンクと、
前記トランジスタバンクに接続され、前記出力選択信号を受信するように構成されたスイッチバンクと、
を備え、前記出力選択信号の選択されたビットは、前記トランジスタバンクのうちの選択されたトランジスタが前記出力電流を生成することを可能にするために、前記スイッチバンクのうちの選択されたスイッチを閉じるＣ５に記載の増幅器。
［Ｃ７］
前記共振負荷は、
キャパシタバンクと、
前記キャパシタバンクに接続され、キャパシタンス選択信号を受信するように構成されたスイッチバンクと、
を備え、前記キャパシタンス選択信号の選択されたビットは、前記キャパシタバンクのうちの選択されたキャパシタを組合わせることを可能にするため前記スイッチバンクの選択されたスイッチを閉じ、結果としてのキャパシタンスを生成する、Ｃ１に記載の増幅器。
［Ｃ８］
所与の電流消費でより高い電圧振幅を達成するために、共振インピーダンスを増加させることによってタンクＱを増加させるように前記共振負荷に接続されたカスコードステージをさらに備えるＣ１に記載の増幅器。
［Ｃ９］
前記電流ステアリングステージに接続されたプリドライバステージをさらに備え、前記プリドライバステージは、第１及び第２ののこぎり波を前記差分電圧入力として生成するために、第１及び第２の矩形波を変形するように構成されるＣ１に記載の増幅器。
［Ｃ１０］
前記電流ステアリングステージに結合された縮退レジスタをさらに備えるＣ１に記載の増幅器。
［Ｃ１１］
前記共振負荷は、誘導負荷と、ＬＣタンク回路と、マッチングネットワークと、アンテナとのうちの少なくとも１つ以上を備えるＣ１に記載の増幅器。
［Ｃ１２］
差分電圧入力に基づいて、スケール化電流をステアリングする手段と、
フィルタ出力電流を生成するために前記スケール化電流をミラーリングする手段と、
前記フィルタ出力電流を、伝送のための出力電圧信号に変換する手段と、
を備える電流モード電力増幅器。
［Ｃ１３］
基準電流を受信する手段と、
前記スケール化電流を生成するために、電流スケーリング選択信号に基づいて、前記基準電流をスケーリングする手段と、
をさらに備えるＣ１２に記載の増幅器。
［Ｃ１４］
前記スケーリングする手段は、
少なくとも１つのトランジスタバンクと、
前記少なくとも１つのトランジスタバンクに接続され、前記電流スケーリング選択入力を受信するように構成された少なくとも１つのスイッチバンクと、
を備え、前記電流スケーリング選択入力の選択されたビットは、前記少なくとも１つのトランジスタバンクのうちの選択されたトランジスタが前記スケール化電流を生成することを可能にするために、前記少なくとも１つのスイッチバンクのうちの選択されたスイッチを閉じる請求１３に記載の増幅器。
［Ｃ１５］
前記ステアリングする手段は、前記スケール化電流をステアリングするために、前記差分電圧入力を受信するように接続された差分トランジスタペアを備えるＣ１２に記載の増幅器。
［Ｃ１６］
前記スケール化電流をミラーリングする手段は、
前記スケール化電流から中間電圧を生成する手段と、
前記中間電圧からフィルタ電圧を生成する手段と、
前記フィルタ電圧から前記出力電流を生成する手段と
を備えるＣ１２に記載の増幅器。
［Ｃ１７］
前記フィルタ出力電流を生成する手段は、
トランジスタバンクと、
前記トランジスタバンクに接続され、出力選択信号を受信するように構成されたスイッチバンクと、
を備え、前記出力選択信号の選択されたビットは、前記トランジスタバンクのうちの選択されたトランジスタが前記フィルタ出力電流を生成することを可能にするために、前記スイッチバンクのうちの選択されたスイッチを閉じるＣ１６に記載の増幅器。
［Ｃ１８］
前記フィルタ出力電流を変換する手段は、
キャパシタバンクと、
前記キャパシタキャパシタバンクに接続され、キャパシタンス選択信号を受信するように構成されたスイッチバンクと、
を備え、前記キャパシタンス選択信号の選択されたビットは、前記キャパシタキャパシタバンクのうちの選択されたキャパシタを組み合わせることを可能にするために前記スイッチバンクの選択されたスイッチを閉じ、結果としてのキャパシタンスを生成する、Ｃ１２に記載の増幅器。
［Ｃ１９］
前記フィルタ出力電流を変換する手段は、所与の電流消費でより高い電圧振幅を達成するために、タンクＱを増加させるカスコード手段を備えるＣ１２に記載の増幅器。
［Ｃ２０］
前記差分電圧入力をフィルタリングするプリドライバ手段をさらに備えるＣ１２に記載の増幅器。
［Ｃ２１］
前記フィルタ出力電流を変換する手段は、誘導負荷と、ＬＣタンク回路と、マッチングネットワークと、アンテナとのうちの１つ以上を備えるＣ１２に記載の増幅器。
［Ｃ２２］
電流モード電力増幅を提供する方法であって、
差分電圧入力に基づいて、スケール化電流をステアリングすることと、
フィルタ処理済出力電流を生成するために前記スケール化電流をミラーリングすることと、
前記フィルタ処理済出力電流を、伝送のための出力電圧信号に変換することと、
を備える方法。
［Ｃ２３］
基準電流を受信することと、
前記スケール化電流を生成するために、電流スケーリング選択信号に基づいて前記基準電流をスケーリングすることと、
をさらに備えるＣ２２に記載の方法。
［Ｃ２４］
前記スケール化電流をミラーリングすることは、
前記スケール化電流から中間電圧を生成することと、
前記中間電圧からフィルタ電圧を生成することと、
前記フィルタ電圧から前記フィルタ出力電流を生成することと、
を備えるＣ２２に記載の方法。
［Ｃ２５］
前記変換することは、所与の電流消費でより高い電圧振幅を達成するために、タンクＱを増加させることを備えるＣ２２に記載の方法。
［Ｃ２６］
前記差分電圧入力をフィルタリングすることをさらに備えるＣ２２に記載の方法。
［Ｃ２７］
前記変換することは、前記フィルタ出力電流を、誘導負荷と、ＬＣタンク回路と、マッチングネットワークと、アンテナとのうちの１つ以上を用いて変換すること備えるＣ２２に記載の増幅器。
【図１】
0005628442.tif 000002
【図２】
0005628442.tif 000003
【図３】
0005628442.tif 000004
【図４】
0005628442.tif 000005
【図５】
0005628442.tif 000006
【図６】
0005628442.tif 000007
【図７】
0005628442.tif 000008
【図８】
0005628442.tif 000009