(57)【要約】【課題】複数のセルを有するスイッチトキャパシタ電力増幅器を提供する。【解決手段】スイッチ信号線はそれぞれのキャパシタ（１１０，１２０）への供給を切り替える。スイッチ（１３０，１５０）はそれぞれの信号線を第１の電源（Ｖｄｄ）に接続し、スイッチ（１４０，１６０）はそれぞれの信号線を第２の電源（Ｖｓｓ）に接続する。各信号線上のスイッチの対は、一方がオフされ、他方はオンされる。「フル振幅」モードでは、スイッチの動作は、第１の電源によって決定されるピークを有する出力を提供する。各信号線のノード（２２０，２３０）間にスイッチ信号線が設けられ、スイッチ信号線にスイッチ（２１０）が設けられる。「半振幅」モードでは、スイッチ２１０は、信号線を第１及び第２の電源のそれぞれに接続するスイッチ（１３０，１６０）のそれとは反対方向の無線周波数でスイッチされ、他のスイッチ（１４０，１５０）は開放状態を保持する。【選択図】図３ａ
2019110523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチドキャパシタ電力増幅器のためのセルにおいて、
前記セルは、
第１及び第２の差動キャパシタから差動フル振幅出力信号を供給するように構成された第１及び第２の差動キャパシタと、
前記第１の差動キャパシタのそれぞれに接続されるように構成された第１及び第２の入力信号線と、
前記第１の入力信号線に設けられた第１及び第２のスイッチとを備えるセルであって、
前記第１のスイッチは前記第１の入力信号線に第１の電源電圧を供給するように構成され、前記第２のスイッチは、前記第１の入力信号線に第２の電源電圧を供給するように構成され、前記第１及び第２のスイッチは所定の無線周波数でスイッチングされ、
前記セルは、
前記第２の入力信号線に設けられた第３及び第４のスイッチを備え、
前記第３のスイッチは、第２の入力信号線に第１の電源電圧を供給するように構成され、前記第４のスイッチは、前記第２の入力信号線に前記第２の電源電圧を供給するように構成され、第３及び第４のスイッチは前記所定の無線周波数でスイッチングされ、ここで、前記第１及び第４のスイッチは一緒にスイッチングされ、前記第２及び第３のスイッチは一緒にスイッチングされ、
前記セルは、
前記第１の入力信号線と前記第２の入力信号線との間のスイッチ信号線を備え、
前記スイッチ信号線は、前記第１及び第４のスイッチに従って前記所定の無線周波数でスイッチングされるように構成される別のスイッチを含み、前記スイッチ信号線は、差動半振幅出力信号を提供するスイッチドキャパシタ電力増幅器のためのセル。
【請求項２】
前記別のスイッチは、第１及び第２の別のスイッチ素子を備え、
前記第１及び第２の別のスイッチ素子は、一緒にスイッチングされるように構成される請求項１に記載のセル。
【請求項３】
前記第１のスイッチは、第１及び第２のスイッチ素子を備え、
前記第２のスイッチは、第３及び第４のスイッチ素子を備え、
前記第２のスイッチ素子及び第３のスイッチ素子は互いに接続され、第３の電源電圧に接続され、
前記第３の電源電圧は前記第１の電源電圧よりも低いが前記第２の電源電圧より高い請求項１に記載のセル。
【請求項４】
前記第３のスイッチは、第５及び第６のスイッチ素子を備え、
前記第４のスイッチは、第７及び第８のスイッチ素子を備え、
前記第６のスイッチ素子と前記第７のスイッチ素子は互いに接続され、かつ前記第３の電源電圧に接続され、
前記第３の電源電圧は前記第１の電源電圧よりも低いが前記第２の電源電圧より高い請求項３に記載のセル。
【請求項５】
前記別のスイッチは２対のスイッチとして構成された４個のスイッチ素子を備え、
前記スイッチ信号線は、前記第３の電源電圧において中央ノードを規定する請求項４に記載のセル。
【請求項６】
前記第２の電源電圧は接地を備える請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載のセル。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の複数のセルを備えるスイッチトキャパシタ電力増幅器であって、
各セルからの差動出力信号は一緒に接続されて結合出力を形成するスイッチトキャパシタ電力増幅器。
【請求項８】
スイッチドキャパシタ電力増幅器のためのセルを動作させる方法であって、
第１及び第２の入力信号線のそれぞれに第１及び第２の差動キャパシタを接続するステップであって、前記第１及び第２の差動キャパシタは差動フル振幅出力信号を提供するように構成されるステップと、
前記第１の入力信号線に第１のスイッチと第２のスイッチとを接続するステップと、
前記第１及び第２のスイッチのそれぞれを介して前記第１の入力信号線に第１及び第２の電源電圧を供給するステップと、
前記第１及び第２のスイッチを所定の無線周波数でスイッチングするステップと、
前記第２の入力信号線に第３及び第４のスイッチを接続するステップと、
前記第３及び第４のスイッチのそれぞれを介して前記第１及び第２の電源電圧を前記第２の入力信号線に供給するステップと、
前記第３及び第４のスイッチを前記所定の無線周波数でスイッチングするステップであって、前記第１及び第４のスイッチが一緒にスイッチングされかつ前記第２及び第３のスイッチが一緒にスイッチングされるステップと、
前記第１の入力信号線と前記第２の入力信号線との間に別のスイッチを接続するステップと、
前記第１及び第４のスイッチに従って、前記所定の無線周波数で前記別のスイッチをスイッチングすることで、差動半振幅出力信号を提供するステップであって、前記第２及び第３のスイッチは開放状態にあるステップとを含む、スイッチドキャパシタ電力増幅器のためのセルを動作させる方法。
【請求項９】
スイッチドキャパシタ電力増幅器のためのセルを動作させる方法であって、
前記方法は、各セルについて請求項８に記載の方法を実行するステップを含むスイッチドキャパシタ電力増幅器のためのセルを動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、スイッチトキャパシタ電力増幅器の改良に関し、より詳細には、バックオフ時にそのような増幅器の効率を改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力増幅器は、無線送信機の重要な構成ブロックである。スイッチトキャパシタＤ級電力増幅器では、フル出力電力の場合、すべてのセルが、無線周波（ＲＦ）周波数で電源電圧とグランドとの間で出力キャパシタを切り替える。振幅変調は、いくつかのセルをディスエーブルすることによって実行され、ディスエーブルされたセルは、キャパシタを電源電圧又はグランドのいずれかに短絡する。このような電力増幅器の効率は、出力振幅の関数である。ピーク出力電力での効率は通常良好であるが、低い出力振幅に対して急速に劣化する。この劣化した効率は、出力信号を減衰させその出力の一部を消費するオフセルにより発生される。
【０００３】
スイッチドキャパシタ電力増幅器がバックオフで動作するとき、例えば、約３０％の出力振幅（バックオフは０％から１００％の間の任意の割合である）では、ピーク出力に対して効率が低下し、前記出力信号がピーク対平均電力比を有するとき、ピーク効率に関して平均効率が低下する。バックオフは、出力がその最大値ではなく、その最大値より低い値であるときの電力増幅器の出力である。従って、出力電力は最大出力電力に対して低減される。それ故、振幅が一定でない信号に対しては、大きなピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）で、電力増幅器は連続的にバックオフで動作する。このことは、これらの信号に対して、最大出力電力での効率に関しても効率が低下するということを意味する。
【０００４】
バックオフ時の効率を向上させるための既存のアプローチがある。１つのアプローチでは、電源電圧を使用して、スイッチドキャパシタ電力増幅器（ＳＣＰＡ）の出力振幅を効率的に変調することができる。しかし、振幅の範囲は限られている。トランジスタのしきい値電圧に達すると、効率は急速に低下する。さらに、この方法は、電源電圧から出力振幅までの非常に非直線的な伝達を有する。別のアプローチでは、バックオフ時の効率を向上させるために２つの電源を用いることが提案される（非特許文献１参照）。しかし、そのようなアプローチは、第２の電源及びそれに関連する接続の提供によるオーバヘッドを増加させる。
【０００５】
別のアプローチでは、ドハティ増幅器は、正常範囲用とピーク出力振幅値用の２つの増幅器の出力を加算することによって、バックオフ時の効率が改善される。しかしながら、そのような増幅器は、小さな周波数範囲でのみ動作する傾向があり、かなりの設計努力を必要とする。
【０００６】
別のアプローチでは、バックオフ時の効率向上のために電力増幅器を積み重ねる（非特許文献２に記載されるように）。この回路は、出力電力が付加されるように並列に配置された２つの電力増幅器からなる。ピーク出力振幅の場合、両方の電力増幅器は完全な電源電圧によって供給される。要求される出力振幅がピーク出力振幅の半分である場合、１つの電力増幅器は最大電力供給と最大電力供給の半分で供給され、他方の電力増幅器には、最大供給及び接地の半分が供給される。このようにして、各電力増幅器は電源電圧の半分を受け取り、高い効率を維持しながら出力振幅の半分を発生する。
【０００７】
このような増幅器の実施例は、特許文献１に記載されており、ここで、電力増幅器は、別々の電源に接続されかつ中間ノードを形成するために一緒に接続された第１及び第２の増幅器ユニットを備える。第１の増幅器の接地端子と第２の増幅器の電源端子との間に第１のスイッチング素子が設けられ、第１の増幅器の接地端子と第１の基準電圧端子との間に第２のスイッチング素子が設けられ、第２の増幅器の電源端子と第２の基準電圧端子との間に第３のスイッチング素子が設けられている。制御ロジックは、第１及び第２の増幅器ユニットとそれらのそれぞれの電源端子との間の接続におけるスイッチを動作させるために使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０１５５８３２号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】"A Class-G Switched-Capacitor RF Power Amplifier", by S.M. Yoo et al., IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 48, No. 5, pages 1212 to 1224, May 2013.
【非特許文献２】"A 1.8GHz linear CMOS power amplifier with supply-path switching scheme for WCDMA/LTE applications", by K. Onizuka et al., IEEE International Solid-State Circuits Conference Digest of Technical Papers, San Francisco, CA, 2013, pages 90 to 91.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そのような増幅器構成を使用してバックオフ時の改善された効率を得ることができるが、この増幅器構成は、十分な分解能で振幅変調を実施するための複雑な回路と同様に、「電圧保持回路」を必要とする。
【００１１】
本開示の目的は、ピーク出力電力を損なうことなくバックオフ時の効率を改善し、１つの電源電圧しか使用しないスイッチトキャパシタ電力増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の１つの態様によれば、スイッチドキャパシタ電力増幅器のためのセルが提供され、このセルは、
第１及び第２の差動キャパシタから差動フル振幅出力信号を供給するように構成された第１及び第２の差動キャパシタと、
前記第１の差動キャパシタのそれぞれに接続されるように構成された第１及び第２の入力信号線と、
前記第１の入力信号線に設けられた第１及び第２のスイッチとを備え、
前記第１のスイッチは前記第１の入力信号線に第１の電源電圧を供給するように構成され、
前記第２のスイッチは前記第１の入力信号線に第２の電源電圧を供給するように構成され、
前記第１及び第２のスイッチは所定の無線周波数でスイッチングされ、
前記セルは、
前記第２の入力信号線に設けられた第３及び第４のスイッチを備え、
前記第３のスイッチは前記第２の入力信号線に前記第１の電源電圧を供給するように構成され、
前記第４のスイッチは前記第２の入力信号線に前記第２の電源電圧を供給するように構成され、
前記第３及び第４のスイッチは、一緒にスイッチングされる第１及び第４のスイッチと、一緒にスイッチングされる第２及び第３のスイッチと前記所定の無線周波数でスイッチングされ、
前記セルは、
第１の入力信号線と第２の入力信号線との間のスイッチ信号線を備え、
前記スイッチ信号線は、前記第１及び第４のスイッチに応じて前記所定の無線周波数でスイッチングされるように構成され、
前記スイッチ信号線は差動半振幅出力信号を提供する。
【００１３】
各セルに「半振幅」モード及び「完全振幅」モードを設けることによって、複数のＰＡセルのうちのいくつかを「オフ」モードに構成することなく、それにより効率を失うことなく、最大出力振幅よりも低い出力振幅を発生することが可能である。さらに、「半振幅」モードの使用のために、バックオフ時の効率は最大出力振幅での効率にほぼ等しいままであり、それによって出力電力バックオフの各レベルで効率を高めることができ、これにより、効率の向上は、従来技術の特定の出力電力バックオフ値に限定されない。
【００１４】
一実施形態では、別のスイッチは、第１及び第２の別のスイッチ素子を備え、第１及び第２の別のスイッチ素子は一緒にスイッチングされるように構成される。
【００１５】
別の実施形態では、第１のスイッチは第１及び第２のスイッチ素子を備え、第２のスイッチは第３及び第４のスイッチ素子を備え、第２のスイッチ素子及び第３のスイッチ素子は互いに接続され、第３の電源電圧に接続され、第３の電源電圧は第１の電源電圧よりも低いが第２の電源電圧より高い。
【００１６】
同様に、前記第３のスイッチは、第５及び第６スイッチ素子を備え、前記第４のスイッチは、第７及び第８のスイッチ素子を備え、第６のスイッチ素子と第７のスイッチ素子は互いに接続されかつ第３の電源電圧に接続され、第３の電源電圧は第１の電源電圧よりも低いが第２の電源電圧より高い。
【００１７】
別の実施形態では、別のスイッチは、２対のスイッチとして構成された４つのスイッチ素子を備え、前記スイッチ信号線は、前記第３の電源電圧において中央ノードを規定する。
【００１８】
一実施形態では、第２の電源電圧はグラウンドを含む。
【００１９】
本開示の別の態様によれば、上述したように複数のセルを有するスイッチトキャパシタ型電力増幅器が提供され、各セルからの差動出力信号が一緒に接続されて、結合された差動出力信号を形成する。
【００２０】
本開示の別の態様によれば、スイッチドキャパシタ電力増幅器のためのセルを動作させる方法であって、前記方法は、
第１及び第２の入力信号線のそれぞれに第１及び第２の差動キャパシタを接続するステップを含み、前記第１及び第２の差動キャパシタは差動フル振幅出力信号を提供するように構成され、
前記方法は、
前記第１の入力信号線に第１のスイッチと第２のスイッチとを接続するステップと、
前記第１及び第２のスイッチのそれぞれを介して前記第１の入力信号線に第１及び第２の電源電圧を供給するステップと、
前記第１及び第２のスイッチを所定の無線周波数でスイッチングするステップと、
前記第２の入力信号線に第３及び第４のスイッチを接続するステップと、
前記第３及び第４のスイッチのそれぞれを介して前記第１及び第２の電源電圧を前記第２の入力信号線に供給するステップと、
前記第３及び第４のスイッチを前記所定の無線周波数でスイッチングするステップとを含み、前記第１及び第４のスイッチは一緒にスイッチングされ、前記第２及び第３のスイッチは一緒にスイッチングされ、
前記方法は、
前記第１の入力信号線と前記第２の入力信号線との間に別のスイッチを接続するステップと、
前記第１及び第４のスイッチに従って前記所定の無線周波数で前記別のスイッチをスイッチングして差動半振幅出力信号を供給するステップとを含み、
前記第２及び第３のスイッチは開放状態にある。
【００２１】
本開示のなお別の態様によれば、スイッチドキャパシタ電力増幅器を動作させる方法が提供され、この方法は、各セルに対して上述の方法を実行することを含む。
【００２２】
本開示をより良く理解するために、一例として添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来のスイッチトキャパシタＤ級電力増幅器の概略図を示す。
【図２】図１の電力増幅器の典型的な効率を示すグラフである。
【図３ａ】「フル出力振幅」で本開示に従うスイッチドキャパシタ電力増幅器の概略図である。
【図３ｂ】「半出力振幅」で本開示に従うスイッチドキャパシタ電力増幅器の概略図である。
【図４ａ】所望の相対出力振幅に応じて、「全振幅」モード、「半振幅」モード及び「オフ」モードで、いくつかの細胞の比較を示すグラフである。
【図４ｂ】本開示によるスイッチトキャパシタ型電力増幅器の場合において、従来のスイッチドキャパシタ電力増幅器の効率の比較を示すグラフである。
【図５ａ】電源が最大安全トランジスタ電圧よりも低い場合において、本開示によるスイッチドキャパシタ電力増幅器の一実施形態の概略図を示す。
【図５ｂ】図５ａに示される実施形態の波形を示す。
【図６ａ】電源電圧が最大安全トランジスタ電圧と最大安全トランジスタ電圧の２倍の間にある場合において、本開示によるスイッチドキャパシタ電力増幅器の別の実施形態の概略図を示す。
【図６ｂ】図６ａに示す実施形態の波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本開示の説明
本開示は、特定の実施形態に関して、及び特定の図面を参照して説明されるが、本開示はそれに限定されない。記載された図面は概略的なものに過ぎず、限定的ではない。図面において、要素のいくつかのサイズは、説明のために誇張されており、縮尺通りに描かれていない場合がある。
【００２５】
図１は、複数のセルを備える従来のスイッチトキャパシタ電力増幅器（ＳＣＰＡ）１００を示し、各セルは差動キャパシタを含み、すなわち、第１及び第２のキャパシタ１１０，１２０を含む。第１のキャパシタ１１０は、第１の入力信号線において、スイッチ１３０，１４０の順番にそれぞれ、電源電圧Ｖｄｄに接続され、接地Ｖｓｓに接続される。スイッチ１３０，１４０は、印加された無線周波数（ＲＦ）でスイッチングされる（切り換えられる）。第２のキャパシタ１２０は、第２の入力信号線においてスイッチ１５０，１６０に接続され、当該スイッチ１５０，１６０は電源電圧Ｖｄｄ及び接地Ｖｓｓにそれぞれ接続される。スイッチ１５０，１６０もまた印加されたＲＦ（高周波）でスイッチングされる。動作中、スイッチ１３０及び１６０は、図示のようにスイッチ１４０及び１５０が開くときに閉じるように構成される。各セルの第１及び第２のキャパシタ１１０，１２０からの差動出力１７０，１８０は１９０で結合され、負荷１９５に接続される。１つのセルしか示されていないが、同じではないにしても、同様の配置が他のセルに設けられていることは容易に理解されるであろう。
【００２６】
Ｖｓｓは接地されると説明されるが、これは電源電圧Ｖｄｄよりも低い他の適切な任意電圧とすることができる。
【００２７】
フルパワー出力の場合、全てのセルは、第１及び第２の出力キャパシタ１１０，１２０をＲＦで電源電圧ＶｄｄとグランドＶｓｓとの間で切り換える。振幅変調は、キャパシタをＶｄｄ又はＶｓｓのいずれかに短絡することによってセルのいくつかをディスエーブルすることによって実行される。
【００２８】
上記のように、ＳＣＰＡの効率は出力振幅の関数である。標準化された出力振幅の関数としての典型的な効率曲線を図２に示す。図示されるように、ピーク出力振幅における効率は良好であるが、出力振幅が減少するにつれて低下する。
【００２９】
本開示によれば、バックオフ時の効率の低下という問題に対処し、すなわち、出力振幅が低減される、ＳＣＰＡのためのスイッチング方式が提供される。従来のＳＣＰＡとは対照的に、本開示は、「全振幅」モード及び「オフ」モードではなく「半振幅」モードを有するＳＣＰＡを提供する。低い出力振幅が必要な場合には、セルは「半振幅」に変更され、更に低い出力振幅が必要とされる場合、セルのいくつかは「オフ」モードに切り替えられる。
【００３０】
図３ａ及び図３ｂは、本開示によるＳＣＰＡのスイッチング方式を示す。図１を参照して先に説明した構成要素は、同じ参照番号を付している。
【００３１】
図３ａにおいて、図１のＳＣＰＡ１００に類似しているが、追加のスイッチ２１０を有するＳＣＰＡ２００が示され、追加のスイッチ２１０は、スイッチ信号線において、示されるようにノード２２０，２３０においてキャパシタ１１０，１２０を一緒に接続する。図１を参照して上述したように、スイッチ１３０，１４０，１５０，１６０は、「フル振幅」モードのためにＲＦで動作する。
【００３２】
図３ｂは、ＲＦでまたスイッチングされたスイッチ２１０をスイッチ１４０、１５０、１３０、１６０とともに示し、ここで、スイッチ１４０，１５０は接地Ｖｓｓに接続されておらず、スイッチ１３０，１６０はＲＦでスイッチングされる。キャパシタ１１０からの出力２７０及びキャパシタ１２０からの出力２８０は、２９０で結合され、負荷ノード２９５に接続される。
【００３３】
この方法では、２つの差動キャパシタ１１０，１２０は、電源電圧ＶｄｄとグランドＶｓｓとの間でスイッチングされ、スイッチ２１０によって一緒に接続される。効果的に、キャパシタでの信号振幅は「フル振幅」モードの半分である。いずれのセルも「オフ」モードにないときは、電力は失われず、従って効率はピーク出力振幅の半分まで維持される。
【００３４】
「フル振幅」モード（図３ａに示す）では、ノード２２０は電源電圧ＶｄｄとグランドＶｓｓとの間を切り替える。ノード２３０に適用される信号は、ノード２２０に適用される信号の逆数又は補数である。すべてのセルがこのモードにある場合、出力パワーＰｏｕｔは次のようになる。
【００３５】
【数１】
2019110523.tif 000003
【００３６】
Ｒｌｏａｄは、Ｖｓｓ＝０と仮定したときの負荷ノード２９５における負荷インピーダンスである。
【００３７】
全てのセルが（図３ｂに示されるように）「半振幅」モードにあるとき、ノード２２０は、スイッチ１４０が開いているときに電源電圧Ｖｄｄと電源電圧の半分との間を切り替える。同様に、ノード２３０に印加される信号は、ノード２３０に印加される信号の逆数又は補数であり、接地電圧Ｖｓｓと電源電圧Ｖｄｄの半分との間でスイッチングされる。出力電力は次式で表される。
【００３８】
【数２】
2019110523.tif 000004
【００３９】
一般に、本開示によるＳＣＰＡの出力電力は次式で表される。
【００４０】
【数３】
2019110523.tif 000005
【００４１】
ここで、ｎｆは「フル振幅」モードのセルの数であり、ｎｈは「半振幅」モードのセルの数であり、Ｎはセルの総数である。
【００４２】
ｎｆとｎｈの和はＮ以下である必要がある。このことは、すべてのセルが等しい重みを有する（単調スケーリング）。しかしながら、これは必ずしも当てはまらない。バイナリスケーリング、又は単項スケーリングとバイナリスケーリングの組み合わせも可能である（セグメント化されています）。
【００４３】
効率を最適化するには、異なるモードを有効にする特定のシーケンスが必要である。しかし、異なるモードを可能にするために他のシーケンスを使用することができる。「フル振幅」、「半振幅」及び「オフ」セルの数は、図４ａに示すように出力振幅に依存する。ライン３００は「オフ」セルを指す。ライン３１０は、「半振幅」セルを指す。ライン３２０は「フル振幅」セルを指す。得られた効率曲線を図４ｂに示し、ここで、ライン３５０は、図２に示される従来のＳＣＰＡの効率を指し、ライン３６０は、本開示によるＳＣＰＡの効率を指す。図示のように、本開示によるＳＣＰＡの効率は、例えば、図１に示すように、従来のＳＣＰＡよりも低い正規化された出力振幅で良好である。
【００４４】
本開示のスイッチング方式は、以下により詳細に説明するように、図５ａ及び図５ｂ及び図６ａ及び図６ｂに示すようなトランジスタを使用する２つの方法を用いる。最大安全トランジスタ電圧Ｖｍａｘよりも低い電源電圧Ｖｄｄを使用する場合、図５ａに示す実施形態が使用され、最大安全トランジスタ電圧Ｖｍａｘよりも高いが、最大安全トランジスタ電圧Ｖｍａｘの２倍よりも低い電源電圧Ｖｄｄを使用する場合、図６ａの実施形態が使用される。
【００４５】
最初に図５ａを参照すると、本開示によるＳＣＰＡ４００が示され、ここで、図３ａ及び図３ｂのスイッチはトランジスタによって実現される。ＳＣＰＡ４００は、第１及び第２のキャパシタ４１０，４２０を備え、第１のキャパシタ１１０はトランジスタ４３０，４４０に第１の入力信号線で接続され、第１の入力信号線は電源電圧Ｖｄｄ及び接地電圧Ｖｓｓにそれぞれ接続される。トランジスタ４３０，４４０は、印加されたＲＦでスイッチングされる。第２のキャパシタ４２０は、トランジスタ４５０，４６０に第２の入力信号線で接続され、順番に、電源電圧Ｖｄｄに接続され、接地Ｖｓｓに接続される。トランジスタ４５０，４６０はまた、印加されたＲＦでスイッチングされる。
【００４６】
トランジスタ４３０及び４６０への入力信号は、トランジスタ４３０が信号Ｂを受信し、トランジスタ４６０が信号
【数４】
2019110523.tif 000006
を受信するように設定される。同様に、トランジスタ４４０及び４５０への入力信号は、トランジスタ４４０が信号Ａを受信し、トランジスタ４５０が信号
【数５】
2019110523.tif 000007
を受信するように設定される。
【００４７】
第１及び第２のキャパシタ４１０，４２０からの差動出力４７０，４８０は４９０で結合され、負荷ノード４９５に接続される。トランジスタ４５０及び４６０への入力信号は、トランジスタ４４０及び４３０への入力信号の事実上反転された信号である。
【００４８】
追加のトランジスタ構成５１０が、スイッチ信号線において、ノード５２０，５３０でキャパシタ４１０，４２０を一緒に接続するように図示される。トランジスタ構成５１０は、第１及び第２のトランジスタ５４０，５５０を備え、トランジスタ５５０，５４０への入力信号は、トランジスタ５４０が入力信号Ｃを受信し、トランジスタ５５０が信号
【数６】
2019110523.tif 000008
を受信するように設定される。
【００４９】
図示されていない実施形態では、第１及び第２のトランジスタ５４０，５５０の一方のみがスイッチ５１０を実現する必要がある。
【００５０】
前述のように、１つのセルしか示されていないが、同一ではないにしても同様の構成が他のセルに設けられ、また、各セルからの出力は、それぞれ差動出力４７０及び４８０を形成するように接続されることは容易に理解されるであろう。
【００５１】
「フル振幅」モードでは、トランジスタ４３０，４４０，４５０，４６０はＲＦ周波数でスイッチングされ、ノード５２０及びノード５３０に（Ｖｓｓ＝０と仮定して）Ｖｄｄの振幅を有する方形波を発生する。
【００５２】
「半振幅」モードでは、トランジスタ４３０，４６０，５４０，５５０はＲＦ周波数でスイッチングされ、ノード５２０及び５３０において０．５＊Ｖｄｄの振幅を有する方形波を発生する。従って、「半振幅」モードの出力振幅は、「フル振幅」モードの半分である。
【００５３】
「オフ」モードでは、トランジスタ４４０，４５０，５４０及び５５０はオフであり、トランジスタ４３０及び４６０は、ノード５２０及び５３０をそれぞれＶｄｄ及びＶｓｓに接続する。「オフ」モードのための他のオプションも可能であり、ノード５２０及び５３０は、Ｖｄｄ又はＶｓｓのいずれかに接続されるか、又は一緒に接続される。
【００５４】
図５ｂは、３つのモードすべてについて、トランジスタ４４０，４６０，５４０、ノード５２０，５３０（Ａｃｔ＿ｐ、Ａｃｔ＿ｎ）、及び負荷ノード４９５（Ｏｕｔ）における入力における波形Ａ、Ｂ及びＣを示す。波形４４０Ｗ、４３０Ｗ、５４０Ｗ、５２０Ｗ、５３０Ｗ、及び４９５Ｗは、トランジスタ４４０，４３０，５４０，５５０への入力のそれぞれに対応する。ノード５２０，５３０、及び負荷ノード４９５において、３つのモードの全てに対して、波形４９５Ｗのセクション４９５ａ、４９５ｂ及び４９５ｃは、それぞれ、「フル振幅」モード、「半振幅」モード及び「オフ」モードに対応する。トランジスタ４５０，４６０及び５５０への入力信号がトランジスタ４４０，４３０及び５４０への入力信号に対してそれぞれ反転されるので、トランジスタ４５０，４６０及び５５０に印加される入力信号の波形は、トランジスタ４４０，４３０、及び５４０にそれぞれ印加される入力信号の波形に対して反転されることは容易に理解されるであろう。
【００５５】
ここで、図６ａを参照すると、最大トランジスタ電圧Ｖｍａｘよりも高いが最大トランジスタ電圧２Ｖｍａｘの２倍よりも低い電源電圧Ｖｄｄを使用されるＳＣＰＡ６００が図示される。各セルは、出力６７０及び６８０のそれぞれに接続された第１及び第２のキャパシタ６１０及び６２０を備え、第１及び第２のキャパシタ６１０及び６２０は６９０で結合されて出力負荷ノード６９５を提供する。前述のように、第１のキャパシタ６１０は第１の入力信号線にあり、第２のキャパシタ６２０は第２の入力信号線にある。
【００５６】
この実施形態では、図５ａと比較して、電源電圧の２倍である２Ｖｄｄと、以前と同様に接地Ｖｓｓとの２つの電源電圧が存在する。トランジスタ６３０及び６５０は、より高い電源電圧２Ｖｄｄに接続され、トランジスタ６４０及び６６０はグランドＶｓｓに接続される。バイアス電圧Ｖｄｄは、図示のように、トランジスタ６３５，６４５，６６５，６６５に接続される。トランジスタ６４０は入力信号Ａを受信し、トランジスタ６６０は入力信号Ａ’を受信し、トランジスタ６３０は入力信号Ｂ及びトランジスタ６５０の入力信号Ｂ’を受信する。
【００５７】
ノード７２０，７３０は、トランジスタ構成７１０によってスイッチ信号線に一緒に接続される。この実施形態では、トランジスタ構成７１０は、図示のようにトランジスタ７４０，７４５，７５０及び７５５を備え、ここで、トランジスタ７４０への入力信号がＤ’であり、トランジスタ７４５への入力信号はＣであり、トランジスタ７５５への入力信号はＣ’である。この実施形態では、図示のように、トランジスタ７４５と７５０との間にＶｄｄが存在し、外部に電圧源又は安定化回路を設ける必要はない。しかしながら、この実施形態は、電圧源又は安定化回路の使用を排除するものではない。電圧Ｖｄｄは、トランジスタ６３５，６４５，６６５，６６５のゲートと同じであるが、本質的に、そのようになる可能性はあるが、ゲート側とスイッチング側とを接続する必要はない。
【００５８】
「フル振幅」モードでは、トランジスタ６４０，６３０，６５０及び６６０は、印加されたＲＦでスイッチングされ、ノード７２０及び７３０に２Ｖｄｄの振幅を有する方形波を発生する。トランジスタ７４５，７４０，７５５、及び７５０は、ノード７２０と７３０との間の接続が開放されるように制御される。
【００５９】
「半振幅」モードでは、トランジスタ６３０，７４０，７５５及び６６０はＲＦ周波数でスイッチングされ、ノード７２０，７３０に０．５＊２Ｖｄｄの振幅を有する方形波を発生する。従って、「半振幅」モードの出力振幅は、「フル振幅」モードの半分である。
【００６０】
「オフ」モードでは、トランジスタ７４５，７４０，７５５及び７５０は、ノード７２０，７３０が一緒に静的に接続されるように構成される。「オフ」モードのための他のオプションも可能であり、ここで、ノード７２０及び７３０は、Ｖｓｓ又はＶｄｄのいずれかに接続される。
【００６１】
トランジスタ６４０，６６０，６３０，６５０，７４５，７５５，７４０，７５０に対する、入力信号の対応する波形６４０Ｗ（Ａ）、６６０Ｗ（Ａ’）、６３０Ｗ（Ｂ）、６５０Ｗ（Ｂ’）、７４５Ｗ（Ｃ）、７５５Ｗ（Ｃ’）、７４０Ｗ（Ｄ）、７５０Ｗと、ノード７２０，７３０（Ａｃｔ＿ｐ、Ａｃｔ＿ｎ）及び負荷ノード７９５（Ｏｕｔ）における波形が図６ｂにおいて、すべての３つのモードに対して図示される。セクション７９５ａ、７９５ｂ及び７９５ｃはそれぞれ、「フル振幅」、「半振幅」及び「オフ」モードを示す。
【００６２】
本開示による方法の利点は、
（１）バックオフ時に電力増幅器の効率が向上すること、
（２）ＰＡＰＲが高い信号に対して電力増幅器の効率が改善されること、
（３）効率の改善は周波数又は帯域幅に依存しないこと（独立であること）、
（４）「半振幅」モードを発生するために追加の電源は必要がないこと
である。
【００６３】
本開示にかかる、ＳＣＰＡのセルを切り替えるための具体的な実施形態は、同じスイッチング方法を達成するための他の実施例も可能であることが容易に理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【外国語明細書】
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