(57)【要約】  電力を配電し、かつバイアスするＲＦＰＡのための方法および装置である。配電回路網は最終より前の増幅段の配電回路網と最終増幅段の配電回路網とを含む。最終より前の増幅段の配電回路網は１つまたは複数の最終より前の増幅段の配電分岐を含み、これらは１つまたは複数の最終より前の増幅段の電源から１つまたは複数の最終より前の増幅段へ電力を配電するように構成することが可能である。各々の最終より前の増幅段の配電分岐は誘導負荷に接続されたπＣ−Ｒ−Ｃ回路網を具備する。最終増幅段の配電回路網は最終増幅段の電源から増幅回路の最終段へ電力を配電するように構成される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の増幅段を有する増幅回路と、
前記１つまたは複数の増幅段に１つまたは複数の電源電圧を配電するための１つまたは複数の配電分岐を有する配電回路網と、
を具備するＲＦ増幅器であって、
前記１つまたは複数の配電分岐のうち１つまたは複数は、誘導負荷に接続されたπＣ−Ｒ−Ｃ回路網を具備するＲＦ増幅器。
【請求項２】
前記増幅回路は位相変調されたＲＦ信号を受け入れるように構成された入力を含む請求項１に記載のＲＦ増幅器。
【請求項３】
前記位相変調されたＲＦ信号は一定の振幅を有する請求項２に記載のＲＦ増幅器。
【請求項４】
前記１つまたは複数の電源電圧のうち１つまたは複数は変化する振幅を有する請求項１に記載のＲＦ増幅器。
【請求項５】
前記１つまたは複数の電源電圧のうち１つまたは複数は変化する振幅を有する請求項２に記載のＲＦ増幅器。
【請求項６】
１つまたは複数のバイアス回路を有するバイアス回路網をさらに具備し、
前記バイアス回路の各々は、電力入力と前記１つまたは複数の増幅段のうち１つに対応するバイアス信号を供給するためのバイアス信号出力とを有する請求項１に記載のＲＦ増幅器。
【請求項７】
前記バイアス回路のうち１つまたは複数はＲＣフィルタに接続され、
前記ＲＣフィルタは、
前記１つまたは複数の増幅段のうち１つのＲＦ入力に接続された第１端と、第２端とを有する抵抗器と、
前記抵抗器の第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有するキャパシタと、
を具備する請求項６に記載のＲＦ増幅器。
【請求項８】
位相変調されたＲＦ信号を受け入れるように構成された入力を有する入力増幅段と、
前記入力増幅段からの増幅されたＲＦ信号または該ＲＦ信号から導き出された増幅されたＲＦ信号を受け入れるように構成された入力を有する少なくとも１つの中間増幅段と、
前記少なくとも１つの中間増幅段のうち１つの出力からさらに増幅された信号を受け入れるように構成された入力を有する最終増幅段と、
最終より前の増幅段の配電回路網と最終増幅段の配電回路網とを具備する配電回路網と、
を具備するＲＦ電力増幅器であって、
前記最終より前の増幅段の配電回路網は、各入力増幅段および各中間増幅段のための最終より前の増幅段の配電分岐を含み、
前記最終より前の増幅段の配電分岐の各々は、
最終より前の増幅段の電源に接続されるように構成された第１端と、第２端とを有する抵抗器と、
前記入力増幅段または中間増幅段のいずれかに接続された第１端と前記抵抗器の第２端に接続された第２端とを有するインダクタと、
前記最終より前の増幅段の電源に接続されるように構成された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第１キャパシタと、
前記抵抗器の第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第２キャパシタと、
を具備するＲＦ電力増幅器。
【請求項９】
前記最終増幅段の配電回路網は、
前記最終増幅段に接続された第１端と最終増幅段の電源に接続されるように構成された第２端とを有するインダクタと、
前記インダクタの第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有するキャパシタと、
を具備する請求項８に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１０】
前記入力増幅段は位相変調されたＲＦ信号を受け入れるように構成された請求項９に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１１】
前記位相変調されたＲＦ信号は一定の振幅を有する請求項１０に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１２】
前記最終増幅段の電源は変化する振幅の電源電圧を供給する請求項９に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１３】
前記入力増幅段、少なくとも１つの中間増幅段、および最終増幅段の各々に対応付けられたアクティブバイアス回路を有するバイアス回路網をさらに具備し、
前記アクティブバイアス回路の各々は、バイアス電源に接続されるように構成された入力と、対応付けられた増幅段にバイアス信号を供給するための出力とを有する請求項８に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１４】
前記バイアス回路網の前記アクティブバイアス回路の各々は対応付けられたＲＣフィルタを具備し、
前記対応付けられたＲＣフィルタは、
前記対応付けられたアクティブバイアス回路の出力と前記対応付けられた増幅段の入力との間に接続された抵抗器と、
前記対応付けられたアクティブバイアス回路とグランドとの間に接続されたキャパシタと、
を具備する請求項１３に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１５】
ＲＦ電力増幅器に電力を配電する方法であって、
前記ＲＦ電力増幅器の第１電源ノードにおいて第１電源電圧を受け入れる過程と、
前記ＲＦ電力増幅器の電力増幅回路の第１増幅段に前記第１電源電圧を配電する過程と、
前記ＲＦ電力増幅器の第２電源ノードにおいて第２電源電圧を受け入れる過程と、
前記電力増幅回路の第２増幅段に前記第２電源電圧を配電する過程と、
を有し、
前記第１電源電圧を配電する過程は、前記第１電源電圧をπＣ−Ｒ−Ｃ回路網を通過させる過程を含む、ＲＦ電力増幅器に電力を配電する方法。
【請求項１６】
バイアス信号を前記第１および第２増幅段に供給するアクティブバイアス回路の間をＲＦ信号が伝播することを防止する過程をさらに有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ＲＦ電力増幅器であって、
前記ＲＦ電力増幅器の電力増幅回路の第１増幅段に第１電源電圧を配電する手段と、
前記電力増幅回路の第２増幅段に第２電源電圧を配電する手段と、
を具備し、
前記第１電源電圧を配電する手段は、前記第１電源電圧をπＣ−Ｒ−Ｃ回路網を通過させる手段を含むＲＦ電力増幅器。
【請求項１８】
バイアス信号を前記第１および第２増幅段に供給するアクティブバイアス回路の間をＲＦ信号が伝播することを防止する手段をさらに具備する請求項１７に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１９】
ＲＦ電力増幅器であって、
ＲＦ入力信号を受け入れるように構成された入力を有する入力増幅段と、
増幅されたＲＦ出力信号を供給する動作が可能な出力増幅段と、
前記入力および出力増幅段の間に接続された１つまたは複数の中間増幅段と、
電源電圧を受け入れ、かつ該電源電圧を第１配電分岐を通して前記入力増幅段の電力入力に配電するように構成された配電回路網と、
を具備し、
前記第１配電分岐は、
前記電源電圧を受け入れるように構成された第１端を有する抵抗器と、
前記入力増幅段に接続された第１端と前記抵抗器の第２端に接続された第２端とを有するインダクタと、
前記電源電圧を受け入れるように構成された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第１キャパシタと、
前記抵抗器の第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第２キャパシタと、
を具備するＲＦ電力増幅器。
【請求項２０】
前記配電回路網は、
前記出力増幅段の電力入力に接続された第１端と第２電源電圧を受け入れるように構成された第２端とを有するインダクタと、
前記インダクタの第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有するキャパシタと、
を具備する第２配電分岐をさらに含む請求項１９に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項２１】
前記入力増幅段、１つまたは複数の中間増幅段、および出力増幅段の入力にバイアス電圧を供給する動作が可能なバイアス回路網をさらに具備し、
前記バイアス回路網は、
入力増幅段のアクティブバイアス回路と、
１つまたは複数の中間増幅段と、
出力増幅段のアクティブバイアス回路と、
を具備し、
前記入力増幅段のアクティブバイアス回路は、バイアス電源電圧を受け入れる入力と、前記入力増幅段の入力に入力増幅段バイアス電圧を供給する出力とを有し、
前記１つまたは複数の中間増幅段は、前記バイアス電源電圧を受け入れる入力と、前記１つまたは複数の中間増幅段の入力に対応する中間増幅段バイアス電圧を供給する出力とを有し、
前記出力増幅段のアクティブバイアス回路は、前記バイアス電源電圧を受け入れる入力と、前記出力増幅段の入力に出力増幅段バイアス電圧を供給する出力と
を有する請求項１９に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項２２】
前記アクティブバイアス回路の各々は対応付けられたＲＣフィルタを有し、
前記ＲＣフィルタの各々は、
前記対応付けられたアクティブバイアス回路の出力に接続された第１端と前記対応付けられた増幅段の入力に接続された第２端とを有する抵抗器と、
前記抵抗器の第１端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有するキャパシタと、
を具備する請求項２１に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項２３】
ＲＦ電力増幅器のための配電回路網であって、
ＲＦ電力増幅器の複数段の増幅回路の入力段に第１電源電圧を配電する第１配電分岐と、
前記増幅回路の出力段に第２電源電圧を配電する第２配電分岐と、
を具備し、
前記第１配電分岐は、
前記第１電源電圧を受け入れるように構成された第１端と、第２端とを有する抵抗器と、
第１増幅段に接続された第１端と前記抵抗器の第２端に接続された第２端とを有するインダクタと、
前記第１電源電圧を受け入れるように構成された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第１キャパシタと、
前記抵抗器の第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第２キャパシタと、
を具備する配電回路網。
【請求項２４】
前記増幅回路の中間増幅段に前記第１電源電圧を配電する中間増幅段の配電分岐をさらに具備し、
前記中間増幅段は、前記複数段の増幅回路の入力段と出力段との間に接続される請求項２３に記載の配電回路網。
【請求項２５】
前記増幅回路の中間増幅段に第３電源電圧を配電する中間増幅段の配電分岐をさらに具備し、
前記中間増幅段は、前記複数段の増幅回路の入力段と出力段との間に接続される請求項２３に記載の配電回路網。
【請求項２６】
ＲＦ電力増幅器のための配電回路網であって、
ＲＦ電力増幅器の複数段の増幅回路の入力段に電源電圧を配電する第１配電分岐と、
前記増幅回路の出力段に前記電源電圧を配電する第２配電分岐と、
を具備し、
前記第１配電分岐は、
前記電源電圧を受け入れるように構成された第１端と、第２端とを有する抵抗器と、
第１増幅段に接続された第１端と前記抵抗器の第２端に接続された第２端とを有するインダクタと、
前記電源電圧を受け入れるように構成された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第１キャパシタと、
前記抵抗器の第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第２キャパシタと、
を具備する配電回路網。
【請求項２７】
前記増幅回路の中間増幅段に第１電源電圧を配電する中間増幅段の配電分岐をさらに具備し、
前記中間増幅段は、前記複数段の増幅回路の入力段と出力段との間に接続される請求項２６に記載の配電回路網。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電力増幅器に関する。より詳しくは、本発明は、高周波スイッチモード電力増幅器における配電およびバイアスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＰＡ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；高周波電力増幅器）は、無線通信産業において広範囲に用いられている。例えば、セルラー電話の送信器または無線ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｉｓｔａｎｔ）における利用に適したＲＦＰＡの例が図１に表わされている。ＲＦＰＡ・１０は、複数の増幅段を有する増幅回路１２を含む。複数の増幅段は、所望のＲＦ周波数において単一の段のみを用いて実現することが可能でない全体の電力利得を達成するために用いられる。この方法において、電力増幅回路１２は、連続的に増加する単一の電力を供給する。図１のＲＦＰＡ・１０において、増幅回路１２は、第１段１４、中間段１６、最終段１８の３つの増幅段を含むことが表わされている。典型的には、結合キャパシタ２０が各段１４、１６、１８の入力に接続されている。各結合キャパシタ２０は、ＲＦ入力信号を対応付けられた増幅段の入力に接続し、かつＲＦ入力信号とともに存在する可能性がある直流成分を遮断する。
【０００３】
また、ＲＦＰＡ・１０は、電力を増幅回路１２に配電する配電回路網２６も含む。典型的には、動作電源ＶＯＰが第１段１４および中間段１６へ電力を供給するために配電回路網２６によって配電され、かつ別個の電力増幅電源ＶＰＡが最終段１８へ電力を供給するために配電回路網２６によって配電される。最終段１８は、たいてい第１段１４および中間段１６から独立して電力供給される。これは最終段が、典型的には、それ以前の段における電力の要求よりかなり大きい電力を要求するからである。ＶＯＰはインダクタ２８を通して第１段１４および中間段１６へ配電され、かつＶＰＡはインダクタ２９を通して最終段１８へ配電される。インダクタ２８、２９は、ＲＦ信号に高インピーダンスの経路を与え、かつＶＯＰ、ＶＰＡによって供給される直流電力に低インピーダンスの経路を与える。
【０００４】
図１に表わされているように、１つまたは複数のＲＦバイパスキャパシタ３０は動作電源ＶＯＰに接続され、かつＲＦバイパスキャパシタ３１は電力増幅電源ＶＰＡに接続されている。バイパスキャパシタ３０、３１の包含は、ＶＯＰとグランドとの間、およびＶＰＡとグランドとの間の交流インピーダンスがほぼ０となることを保証する。全体の信号電圧はインダクタ２８を通して現れなければならないので、これらの交流グランドは、ＲＦＰＡ・１０の意図された動作周波数において必須である。セルラーシステムにおいて用いられるＲＦ増幅器の典型的な動作周波数において、これらのバイパスキャパシタの値は典型的には１０ｐＦと３０ｐＦとの間である。
【０００５】
意図された増幅動作周波数より低い周波数において、バイパスキャパシタ３０、３１のインピーダンスは増加し、かつバイパスキャパシタ３０、３１は、低周波発振の減衰およびＶＯＰおよびＶＰＡとの間の交流グランドの提供において効果が少なくなる。また、低周波において、増幅段１４、１６、１８の１つまたは複数の利得は典型的には増加する。低周波における増加した利得は、低周波発振および不安定増幅に導く可能性があるため、好ましいものではない。したがって、低周波発振および不安定増幅を防止するため、追加のバイパスキャパシタ３４、３６が、通常は、動作電源ＶＯＰとグランドとの間、および増幅電源ＶＰＡとグランドとの間に接続される。バイパスキャパシタ３０、３１と比較して、低周波バイパスキャパシタ３４、３６はたいへん大容量であり、典型的には、１０，０００ｐＦから１０μＦの範囲またはより大きい容量を有する。
【０００６】
ＲＦＰＡ・１０は、さらに、１つまたは複数のアクティブバイアス回路３９を有するバイアス回路網３８を含む。アクティブバイアス回路３９は、増幅回路１２の各段１４、１６、１８におけるアクティブ素子のための動作条件をセットする。アクティブバイアス回路３９は、閾値条件をセットする一方、製造上の差異による素子の間での温度のばらつきおよび素子の間での物理的な差異のような、様々な影響によって引き起こされる動作条件のずれによるアクティブ素子の利得の変動および／または不安定を補償する。
【０００７】
従来の方形（ＩＱ）変調器において、十分に振幅変調および位相変調された信号が、ＲＦＰＡ・１０のＲＦ入力２２に印加され、かつ増幅回路１２は線形動作のためにアクティブバイアス回路網３８によってバイアスが印加される。しかし、図１における従来のＲＦＰＡ・１０の構造における主な問題は、極性変調において正しく機能しないことである。極性変調は、ＲＦ信号を２つの別個の信号経路に分割する変調技術であり、一方の経路は振幅変調された信号を伝送し、かつ他方は位相変調された信号を伝送する。ＩＱ変調と異なり、極性変調ではただ１つの一定の振幅の位相変調された信号がＲＦＰＡ・１０のＲＦ入力２２に印加される。位相変調された信号は、増幅回路１２の第１段１４におけるＦＥＴのゲート（またはＢＪＴならばベース）を駆動するための駆動信号を供給するオンチャネルの電圧制御発振器（ＶＣＯ）を制御するために用いられる。振幅変調された信号は、ドレイン（またはＢＪＴならばコレクタ）供給電圧ＶＰＡおよび／またはＶＯＰを変調するために用いられる。位相および振幅の情報は独立に処理されるが、増幅されていない入力信号の特性を回復することが可能であるように、これらはデジタル方式で同期される。極性変調のさらなる詳細は、McCuneらによる米国特許第６，３６６，１７７号明細書、および、M. Heimbach、”Digital Multimode Technology Redefines the Nature of RF Transmission”、Applied Microwave & Wireless、２００１年８月に記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前の段落で言及したように、極性変調のアプローチにおいて供給電圧ＶＰＡ、ＶＯＰの一方または両方の包絡線の変動は、既に適用された位相変調に同期した、各段における供給電圧の振幅を変化させることによって達成される。用いられるＲＦ技術に応じて、供給電圧ＶＰＡおよび／またはＶＯＰのドレイン変調の周波数は、かなり高くすることが可能である。例えば、ＥＤＧＥ（Enhanced Data GSM（Global System for Global Communications））技術において、その速度は１ＭＨｚのオーダーである。ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）において、速度は１０ＭＨｚのオーダーに上昇する。したがって、極性変調を実現するために、ＲＦＰＡ・１０の配電回路網２６は、ＶＯＰおよび／またはＶＰＡにおける高速な変動を追跡することが可能でなければならない。残念ながら、特にＥＤＧＥおよびＵＭＴＳ技術において、配電回路網２６はそのような高速な変動を追跡することは不可能である。その主な理由は、低周波バイパスキャパシタ３４、３６に起因し、それらは大きな容量のために供給電圧ＶＯＰおよび／またはＶＰＡを高速に変化させる能力を妨げる。
【０００９】
図１に表わされた従来のＲＦＰＡ・１０の構造に関するもう１つの問題は、伝播すなわち段１４、１６、１８の１つの入力からバイアス回路網３８を通してもう１つの段の入力へのＲＦ信号の望まない「フィードバック」を含むことである。この望まない結合は、ＲＦＰＡ・１０のＲＦ出力２４において供給されるＲＦ信号の歪み、および、増幅回路１２の利得の不安定に帰着する可能性がある。
【００１０】
増幅回路１２への供給電圧において高速な変動の追跡および供給が不可能であること、およびバイアス回路網３８に接続されたＲＦに起因する不安定の問題は、図１におけるＲＦＰＡ構造１０を極性変調方式において実用的でないものにする。したがって、極性変調をサポートすることが可能な改良されたＲＦＰＡの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
電力を配電し、かつＲＦＰＡにバイアスを印加するための方法および装置が開示される。本発明の１つの構成によれば、配電回路網は、最終より前の増幅段の配電回路網と最終増幅段の配電回路網とを含む。最終より前の増幅段の配電回路網は１つまたは複数の最終より前の増幅段の配電分岐を含み、これは１つまたは複数の最終より前の増幅段の電源から１つまたは複数の最終より前の増幅段へ電力を配電するように構成することが可能である。各々の最終より前の増幅段の配電分岐は、誘導負荷に接続されたπＣ−Ｒ−Ｃ回路網を具備する。最終増幅段の配電回路網は、最終増幅段の電源から増幅回路の最終段へ電力を配電するように構成される。他の変形例は、必ずしもそれに限定されないが、単一の電源から増幅回路の全ての段へ電力を配電するように構成された配電回路網と、複数の個々の電源から対応付けられた個々の増幅段の配電分岐へ電力を配電するように構成された配電回路網とを含む。
【００１２】
本発明のもう１つの構成によれば、１つまたは複数のバイアス回路を有するバイアス回路網が開示される。バイアス回路網の各バイアス回路は、前記増幅回路の増幅段の対応するバイアス入力にバイアス信号を供給するように構成される。各バイアス回路は、バイアス信号からＲＦ信号を除去し、かつＲＦ信号がバイアス回路網において１つのアクティブバイアス段からもう１つへ伝播することを防止するためにＲＣフィルタに接続することが可能である。
【００１３】
本発明のさらなる構成は以下の説明および特許請求の範囲に記載され、かつ本発明の特徴および効果のさらなる理解は明細書および添付図面の残りの部分を参照することによって理解することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この技術分野の当業者は、以下の本発明の詳細な記載が説明に過ぎず、かついかなる場合にも限定することを意図しないことを理解する。本発明の他の実施形態は、それ自体を、この開示の利益を受けるそのような当業者に容易に示唆する。ここでは添付図面に表わされた本発明の実施形態を詳細に参照する。図面および以下の詳細な説明を通して同一または類似の部分を参照するために同一の符号が用いられる。
【００１５】
図２を参照すると、本発明の一実施形態によるＲＦＰＡ・４０の簡略図が表わされている。ＲＦＰＡ・４０は、増幅回路１２、配電回路網４２、およびバイアス回路網５２を具備する。図示したように、増幅回路１２は複数段を具備することが可能であり、この例においては、第１段１４、中間段１６、最終段１８を具備する。結合キャパシタ２０は、各段１４、１６、１８の入力に接続されている。各結合キャパシタ２０は、対応付けられた段の入力へＲＦ入力信号を接続し、かつＲＦ信号とともに存在する可能性がある直流成分を遮断する。
【００１６】
ＲＦＰＡ・４０は配電回路網４２を含み、これは動作電源ＶＯＰから増幅回路１２の第１段１４および中間段１６へ電力を配電し、かつ別個の増幅電源ＶＰＡから増幅回路１２の最終段１８へ電力を配電する。最終段１８は、第１段１４および中間段１６とは別個に電力供給される。これは最終段１８が、典型的に、それ以前の段の電力要求よりかなり大きい電力要求を有するからである。最終段１８のために別個の電源ＶＰＡを用いることは、ＲＦＰＡ・４０が単一の電源のみを用いるよりも、より広いダイナミックレンジにわたって増幅することを可能とする。
【００１７】
配電分岐４６は、動作電源ＶＯＰと増幅回路１２の第１段１４との間に接続されている。配電分岐４６は、第１キャパシタ４８、抵抗器５０および第２キャパシタ３０を含むπＣ−Ｒ−Ｃ回路網に接続されたインダクタを具備する。類似または同一の配電分岐４６は、動作電源ＶＯＰと増幅回路１２の中間段１６との間に接続されている。増幅電源ＶＰＡからの電力は、インダクタ２９およびバイパスキャパシタ３１を具備する配電分岐４７を介して最終段１８へ配電される。バイパスキャパシタ３１は、図１のＲＦＰＡ・１０の配電回路網２６におけるバイパスキャパシタ３１と同様に交流グランドを提供する。
【００１８】
ＲＦＰＡの配電回路網において発振が発生することを防止するために、２つの基本条件が充足されなければならない。第１に、配電回路網の利得は単位量より小さくなければならない。第２に、周波数制御素子を通して全体の位相シフトは３６０度の整数倍であってはならない。先行技術の配電回路網（例えば、図１のＲＦＰＡ・１０における配電回路網２６）は、キャパシタ３４の大きな容量に依存し、それは上述したように１０，０００ｐＦから１０μＦまたはそれを超える。図３Ａは、単一の大容量バイパスキャパシタを用いた先行技術のＲＣ回路網についてのＲＣ振幅周波数応答を表わす。大容量バイパスキャパシタ（図１のキャパシタ３４、３６に関する）は、容量３．９μＦの値を有する。１−１０ＭＨｚ周辺（一般に、発振が発生する周波数帯域）において、回路利得は３５ｄＢまたはそれ以上、低下する。図３Ｂは、図３Ａと同様な周波数帯域で先行技術のＲＣ回路網についてのＲＣ位相応答を表わす。この同様な１−１０ＭＨｚの帯域において、位相シフトは相対的に一定の９０度であり、これは利得が低く維持される限り安定性に影響しない。上述したように、大容量のバイパスキャパシタを利用した配電回路網は低周波発振を減衰させることにおいていくらか効果的であるが、大容量の低周波バイパスキャパシタは電源電圧のドレイン変調をひどく阻害するので、例えば、極性変調を用いた増幅器構造においてそのような配電回路網を用いることは魅力的でない。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、位相シフトは、ＲＦＰＡ・４０の配電回路網４２において低周波発振が発生しないことを保証するために活用される。これは、配電分岐４６に小さな抵抗器５０を挿入し、かつ同時に低周波バイパスキャパシタの値を削減することによって達成される。図４Ａおよび４Ｂは、図２のＲＦＰＡ・４０の配電回路網４２のπＣ−Ｒ−Ｃ回路網のＲＣ振幅および位相応答を表わす。典型的な周波数応答曲線において、バイパスキャパシタ４８は０．００３９μＦの値を有し、これは先行技術の配電回路網において用いられた低周波バイパスキャパシタの１０００分の１より小さい。小さな抵抗器５０の抵抗値は１０Ωである。図４Ａおよび４Ｂは、利得は重要な周波数帯域（１−１０ＭＨｚ）にわたってより高いが、この帯域において位相はシフトすることを表わす。実際、図３Ｂの先行技術の位相応答とは異なり、本発明によるπＣ−Ｒ−Ｃ回路網を用いた位相応答は、ほぼ３つの大きさの次数にわたってシフトする位相となる。
【００２０】
図４Ａ、４Ｂを図３Ａ、３Ｂと比較すると、図２におけるＲＦＰＡ・４０の配電回路網４２は、効果的に、すなわち図１における先行技術のＲＦＰＡ・１０の配電回路網２６より良好に、低周波発振を減衰させることが実証される。一方、大容量のキャパシタが存在しないので、図２におけるＲＦＰＡ・４０の配電回路網４２は、電源ＶＯＰおよびＶＰＡの包絡線の変動を阻害しない。したがって、先行技術のＰＡと異なり、図２におけるＲＦＰＡ・４０は極性変調を用いた増幅器において用いることが可能であり、かつＥＤＧＥおよびＵＭＴＳのような高速データ通信技術において用いることが可能である。
【００２１】
次の範囲に限定されないが、約１００ｐＦから０．０１μＦの範囲の容量のキャパシタ４８、および約２から１０Ωの範囲の抵抗値の抵抗器５０は、効果的な低周波バイパスの提供において有効である。１つの具体的な実装において、キャパシタ４８の容量は１００ｐＦであり、かつ抵抗器５０の抵抗値は２．２Ωであった。ここで具体例としての素子の値が与えられるが、この技術分野の当業者は、素子の値がこれらの範囲内であることも、あるいは、これらの範囲を超えることも可能であり、かつ実際の値は、例えば、ＲＦＰＡ・４０の動作周波数、除去される望まない不要な信号の周波数、用いられる具体的なＰＡの素子、および周辺回路の配置のような要因に依存することを容易に理解する。キャパシタ３０、３１の容量も同様な事状に依存して変化する。キャパシタ３０、３１の典型的な値は、動作周波数９００ＭＨｚにおいて２７ｐＦ、２．４ＧＨｚ動作において４．７ｐＦである。
【００２２】
本発明のもう１つの実施形態において、ＲＦＰＡ・４０は、さらに、１つまたは複数のアクティブバイアス回路５４を有するバイアス回路網５２を具備する。アクティブバイアス回路５４は、増幅回路１２の各段１４、１６、１８におけるアクティブ素子のための動作条件をセットする。アクティブバイアス回路５４は、閾値条件をセットする一方、製造上の差異による、素子の間での温度のばらつきおよび素子の間での物理的な差異のような、様々な影響によって引き起こされる動作条件のずれによるアクティブ素子の利得の変動および／または不安定を補償する。増幅性能における製造上のおよび温度のばらつきによる影響を削減するために、各アクティブバイアス回路５４は、カレントミラー（例えば、カスコード型カレントミラー）を含むことが可能であり、これは、アクティブバイアス回路５４のアクティブ素子を通して一定の直流の流れを維持することを助け、かつ増幅回路１２の向上した温度の安定性を提供する。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、抵抗器５６およびキャパシタ５８を具備するＲＦフィルタは、各アクティブバイアス回路５４のバイアス出力と第１段１４、中間段１６、最終段１８のＲＦ入力との間に接続することが可能である。抵抗器５６およびキャパシタ５８の抵抗値および容量は、アクティブバイアス回路５４によって供給されるバイアス電圧から望まないＲＦ信号を効果的に除去し、かつバイアス回路網５２に存在する望まないＲＦ信号がアクティブバイアス回路５４の間で、すなわち１つのアクティブバイアス回路５４から他のアクティブバイアス回路５４へ伝播することを防止するように選択される。したがって、各段の間でのＲＦ信号の伝播によって引き起こされる利得の歪みおよび望まない変動はかなり削減される。
【００２４】
典型的な実施形態によれば、抵抗器５６は約２００Ωと１００ｋΩとの間の抵抗値を有し、かつキャパシタ５８は約０．０１から０．１μＦのオーダーの値を有する。抵抗器５６およびキャパシタ５８の素子の値は、開示された典型的な実施形態を実践するために用いることが可能であるが、この技術分野の当業者は、素子の値は例に過ぎず、かつ典型的な実施形態を表わすためにのみ提供されたことを容易に理解する。したがって、増幅段１４、１６、１８の入力インピーダンスに関して、および／または、配電回路網４２において決定され、用いられる素子の値に関して、所望のＲＦ信号帯域、除去される望まない不要な信号の周波数の観点から、ＲＦＰＡ・４０において用いられる適用に依存して、異なる素子の値が決定され、用いられることも可能である。
【００２５】
図２における典型的なＲＦＰＡ・４０は３段の増幅回路１２を有するが、この技術分野の当業者は、本発明のＲＦＰＡは単一の段または任意の数の段を含むことが可能であることを容易に理解する。さらに、図２におけるＲＦＰＡ・４０の最終段１８は別個の電源ＶＰＡによって電力供給され、かつそれ以前の段が単一の動作電源ＶＯＰによって電力供給されることを表わすが、この技術分野の当業者は、適用に依存して、他の電源構成および電源数が用いられることが可能であることを容易に理解する。例えば、広いダイナミックレンジは大きな関心事でない適用においては、図５および図６に表わされた本発明の変形例を用いることが可能である。
最後に、動作において、図２における電源ＶＯＰおよびＶＰＡのいずれかまたは両方は、ＲＦＰＡ・４０の効率を向上させるために振幅変調されることが可能である。同様に、電源ＶＳＵＰＰ、ＶＳＵＰＰ１、ＶＳＵＰＰ２、ＶＳＵＰＰ３の１つまたは複数が図５および図６に表わされた実施形態において変調されることが可能である。本発明の各種のＲＦＰＡの実施形態の電源の電力制御および変調を提供および実行するために用いることが可能である方法および装置は、発明の名称を「１つまたは複数の段を有するスイッチモード電力増幅器の電力制御および変調」とする同時係属かつ本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第０９／６８４，４９７号明細書、および、発明の名称を「独立の電力制御および振幅変調を有する通信信号増幅器」とする同時係属かつ本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第０９／８３４，０２４号明細書に詳細に記載され、両出願を引用してこの開示に組み込む。
【００２６】
上記は本発明の好ましい実施形態の完結した説明であるが、各種の代替、変更、および均等物を用いることが可能である。したがって、上記の説明は本発明の範囲を限定するものとして捉えるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】先行技術のＲＦＰＡの簡略図である。
【図２】本発明の一実施形態による、増幅器の最終段が増幅電源ＶＰＡによって電力供給され、かつそれ以前の段が別個の動作電源ＶＯＰによって電力供給されるＲＦＰＡの簡略図である。
【図３Ａ】図１の先行技術のＲＦＰＡにおいて大容量の低周波バイパスキャパシタを用いるときのＲＣ振幅周波数応答曲線を表わす。
【図３Ｂ】図１の先行技術のＲＦＰＡにおいて大容量の低周波バイパスキャパシタを用いるときのＲＣ位相周波数応答曲線を表わす。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、図２のＲＦＰＡの配電回路網においてπＣ−Ｒ−Ｃ回路網を用いるときのＲＣ振幅周波数応答曲線を表わす。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、図２のＲＦＰＡの配電回路網においてπＣ−Ｒ−Ｃ回路網を用いるときのＲＣ位相周波数応答曲線を表わす。
【図５】本発明の一実施形態による、増幅器の全ての段が単一の電源ＶＳＵＰＰによって電力供給されるＲＦＰＡの簡略図である。
【図６】本発明の一実施形態による、増幅器の各段が別個の電源ＶＳＵＰＰ１、ＶＳＵＰＰ２、ＶＰＡによって電力供給されるＲＦＰＡの簡略図である。
【符号の説明】
【００２８】
１２  増幅回路
１４  第１段
１６  中間段
１８  最終段
２０  結合キャパシタ
２９  インダクタ
３０  第２キャパシタ
３１  バイパスキャパシタ
３４  キャパシタ
４０  ＲＦＰＡ
４２  配電回路網
４６、４７  配電分岐
４８  第１キャパシタ
５０、５６  抵抗器
５２  バイアス回路網
５４  アクティブバイアス回路
【図１】
2007500971.tif 000002
【図２】
2007500971.tif 000003
【図３Ａ】
2007500971.tif 000004
【図３Ｂ】
2007500971.tif 000005
【図４Ａ】
2007500971.tif 000006
【図４Ｂ】
2007500971.tif 000007
【図５】
2007500971.tif 000008
【図６】
2007500971.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月31日(2006.1.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の増幅段を有する増幅回路と、
前記複数の増幅段に１つまたは複数の電源電圧を配電するように構成された対応する複数の配電分岐と、
を具備するＲＦ増幅器であって、
前記配電分岐のうち少なくとも１つは、それ自身の固有のπＣ−Ｒ−Ｃ回路網を含むＲＦ増幅器。
【請求項２】
前記増幅回路は位相変調されたＲＦ信号を受け入れるように構成された入力を含む請求項１に記載のＲＦ増幅器。
【請求項３】
前記位相変調されたＲＦ信号は一定の振幅を有する請求項２に記載のＲＦ増幅器。
【請求項４】
前記１つまたは複数の電源電圧のうち１つまたは複数は変化する振幅を有する請求項１に記載のＲＦ増幅器。
【請求項５】
前記１つまたは複数の電源電圧のうち１つまたは複数は変化する振幅を有する請求項２に記載のＲＦ増幅器。
【請求項６】
１つまたは複数のバイアス回路を有するバイアス回路網をさらに具備し、
前記バイアス回路の各々は、電力入力と前記１つまたは複数の増幅段のうち１つに対応するバイアス信号を供給するためのバイアス信号出力とを有する請求項１に記載のＲＦ増幅器。
【請求項７】
前記バイアス回路のうち１つまたは複数はＲＣフィルタに接続され、
前記ＲＣフィルタは、
前記１つまたは複数の増幅段のうち１つのＲＦ入力に接続された第１端と、第２端とを有する抵抗器と、
前記抵抗器の第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有するキャパシタと、
を具備する請求項６に記載のＲＦ増幅器。
【請求項８】
位相変調されたＲＦ信号を受け入れるように構成された入力を有する入力増幅段と、
前記入力増幅段からの増幅されたＲＦ信号または該ＲＦ信号から導き出された増幅されたＲＦ信号を受け入れるように構成された入力を有する少なくとも１つの中間増幅段と、
前記少なくとも１つの中間増幅段のうち１つの出力からさらに増幅された信号を受け入れるように構成された入力を有する最終増幅段と、
最終より前の増幅段の配電回路網と最終増幅段の配電回路網とを具備する配電回路網と、
を具備するＲＦ電力増幅器であって、
前記最終より前の増幅段の配電回路網は、各入力増幅段および各中間増幅段のための最終より前の増幅段の配電分岐を含み、
前記最終より前の増幅段の配電分岐の各々は、
最終より前の増幅段の電源に接続されるように構成された第１端と、第２端とを有する抵抗器と、
前記入力増幅段または中間増幅段のいずれかに接続された第１端と前記抵抗器の第２端に接続された第２端とを有するインダクタと、
前記最終より前の増幅段の電源に接続されるように構成された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第１キャパシタと、
前記抵抗器の第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第２キャパシタと、
を具備するＲＦ電力増幅器。
【請求項９】
前記最終増幅段の配電回路網は、
前記最終増幅段に接続された第１端と最終増幅段の電源に接続されるように構成された第２端とを有するインダクタと、
前記インダクタの第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有するキャパシタと、
を具備する請求項８に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１０】
前記入力増幅段は位相変調されたＲＦ信号を受け入れるように構成された請求項９に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１１】
前記位相変調されたＲＦ信号は一定の振幅を有する請求項１０に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１２】
前記最終増幅段の電源は変化する振幅の電源電圧を供給する請求項９に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１３】
前記入力増幅段、少なくとも１つの中間増幅段、および最終増幅段の各々に対応付けられたアクティブバイアス回路を有するバイアス回路網をさらに具備し、
前記アクティブバイアス回路の各々は、バイアス電源に接続されるように構成された入力と、対応付けられた増幅段にバイアス信号を供給するための出力とを有する請求項８に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１４】
前記バイアス回路網の前記アクティブバイアス回路の各々は対応付けられたＲＣフィルタを具備し、
前記対応付けられたＲＣフィルタは、
前記対応付けられたアクティブバイアス回路の出力と前記対応付けられた増幅段の入力との間に接続された抵抗器と、
前記対応付けられたアクティブバイアス回路とグランドとの間に接続されたキャパシタと、
を具備する請求項１３に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１５】
ＲＦ電力増幅器に電力を配電する方法であって、
前記ＲＦ電力増幅器の第１電源ノードにおいて第１電源電圧を受け入れる過程と、
前記ＲＦ電力増幅器の電力増幅回路の第１増幅段に前記第１電源電圧を配電する過程と、
前記ＲＦ電力増幅器の第２電源ノードにおいて第２電源電圧を受け入れる過程と、
前記電力増幅回路の第２増幅段に前記第２電源電圧を配電する過程と、
を有し、
前記第１電源電圧を配電する過程は、前記第１電源電圧をπＣ−Ｒ−Ｃ回路網を通過させる過程を含む、ＲＦ電力増幅器に電力を配電する方法。
【請求項１６】
バイアス信号を前記第１および第２増幅段に供給するアクティブバイアス回路の間をＲＦ信号が伝播することを防止する過程をさらに有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ＲＦ電力増幅器であって、
前記ＲＦ電力増幅器の電力増幅回路の第１増幅段に第１電源電圧を配電する手段と、
前記電力増幅回路の第２増幅段に第２電源電圧を配電する手段と、
を具備し、
前記第１電源電圧を配電する手段は、前記第１電源電圧をπＣ−Ｒ−Ｃ回路網を通過させる手段を含むＲＦ電力増幅器。
【請求項１８】
バイアス信号を前記第１および第２増幅段に供給するアクティブバイアス回路の間をＲＦ信号が伝播することを防止する手段をさらに具備する請求項１７に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項１９】
ＲＦ電力増幅器であって、
ＲＦ入力信号を受け入れるように構成された入力を有する入力増幅段と、
増幅されたＲＦ出力信号を供給する動作が可能な出力増幅段と、
前記入力および出力増幅段の間に接続された１つまたは複数の中間増幅段と、
電源電圧を受け入れ、かつ該電源電圧を第１配電分岐を通して前記入力増幅段の電力入力に配電するように構成された配電回路網と、
を具備し、
前記第１配電分岐は、
前記電源電圧を受け入れるように構成された第１端を有する抵抗器と、
前記入力増幅段に接続された第１端と前記抵抗器の第２端に接続された第２端とを有するインダクタと、
前記電源電圧を受け入れるように構成された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第１キャパシタと、
前記抵抗器の第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第２キャパシタと、
を具備するＲＦ電力増幅器。
【請求項２０】
前記配電回路網は、
前記出力増幅段の電力入力に接続された第１端と第２電源電圧を受け入れるように構成された第２端とを有するインダクタと、
前記インダクタの第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有するキャパシタと、
を具備する第２配電分岐をさらに含む請求項１９に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項２１】
前記入力増幅段、１つまたは複数の中間増幅段、および出力増幅段の入力にバイアス電圧を供給する動作が可能なバイアス回路網をさらに具備し、
前記バイアス回路網は、
入力増幅段のアクティブバイアス回路と、
１つまたは複数の中間増幅段と、
出力増幅段のアクティブバイアス回路と、
を具備し、
前記入力増幅段のアクティブバイアス回路は、バイアス電源電圧を受け入れる入力と、前記入力増幅段の入力に入力増幅段バイアス電圧を供給する出力とを有し、
前記１つまたは複数の中間増幅段は、前記バイアス電源電圧を受け入れる入力と、前記１つまたは複数の中間増幅段の入力に対応する中間増幅段バイアス電圧を供給する出力とを有し、
前記出力増幅段のアクティブバイアス回路は、前記バイアス電源電圧を受け入れる入力と、前記出力増幅段の入力に出力増幅段バイアス電圧を供給する出力と
を有する請求項１９に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項２２】
前記アクティブバイアス回路の各々は対応付けられたＲＣフィルタを有し、
前記ＲＣフィルタの各々は、
前記対応付けられたアクティブバイアス回路の出力に接続された第１端と前記対応付けられた増幅段の入力に接続された第２端とを有する抵抗器と、
前記抵抗器の第１端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有するキャパシタと、
を具備する請求項２１に記載のＲＦ電力増幅器。
【請求項２３】
ＲＦ電力増幅器のための配電回路網であって、
ＲＦ電力増幅器の複数段の増幅回路の入力段に第１電源電圧を配電する第１配電分岐と、
前記増幅回路の出力段に第２電源電圧を配電する第２配電分岐と、
を具備し、
前記第１配電分岐は、
前記第１電源電圧を受け入れるように構成された第１端と、第２端とを有する抵抗器と、
第１増幅段に接続された第１端と前記抵抗器の第２端に接続された第２端とを有するインダクタと、
前記第１電源電圧を受け入れるように構成された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第１キャパシタと、
前記抵抗器の第２端に接続された第１端とグランドに接続された第２端とを有する第２キャパシタと、
を具備する配電回路網。
【請求項２４】
前記増幅回路の中間増幅段に前記第１電源電圧を配電する中間増幅段の配電分岐をさらに具備し、
前記中間増幅段は、前記複数段の増幅回路の入力段と出力段との間に接続される請求項２３に記載の配電回路網。
【請求項２５】
前記増幅回路の中間増幅段に第３電源電圧を配電する中間増幅段の配電分岐をさらに具備し、
前記中間増幅段は、前記複数段の増幅回路の入力段と出力段との間に接続される請求項２３に記載の配電回路網。
【国際調査報告】
2007500971.tif 000010