(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路であって、前記回路は下記を備える、
メイン増幅器ステージおよびピーク増幅器ステージを備える電力増幅器、ここにおいて、前記ピーク増幅器ステージの出力は、インピーダンスインバータ回路を介して前記メイン増幅器ステージの出力へ結合され、前記ピーク増幅器ステージの前記出力は、前記電力増幅器の出力端子へ結合され、前記電力増幅器は、前記出力端子において出力電圧を生成し、前記メイン増幅器ステージは、第１の電力供給端子を備え、前記ピーク増幅器ステージは、第２の電力供給端子を備える、と、
前記メイン増幅器ステージへ、および前記ピーク増幅器ステージへ１つまたは複数の動的な供給電圧を供給するために、前記第１の電力供給端子および前記第２の電力供給端子に結合された電力供給回路と、
前記ピーク増幅器ステージにバイアスを供給するためのバイアス回路、ここにおいて、前記第２の電力供給端子における電圧が低下すると、前記バイアス回路によって生成された前記ピーク増幅器ステージへのバイアス電圧が増加し、前記バイアス回路は、前記第２の電力供給端子へ結合された入力と、前記ピーク増幅器ステージの入力へ結合された出力とを備える。
【請求項２】
回路であって、前記回路は下記を備える、
メイン増幅器ステージおよびピーク増幅器ステージを備える電力増幅器、ここにおいて、前記ピーク増幅器ステージの出力は、インピーダンスインバータ回路を介して前記メイン増幅器ステージの出力へ結合され、前記ピーク増幅器ステージの前記出力は、前記電力増幅器の出力端子へ結合され、前記電力増幅器は、前記出力端子において出力電圧を生成し、前記メイン増幅器ステージは、第１の電力供給端子を備え、前記ピーク増幅器ステージは、第２の電力供給端子を備える、と、
前記メイン増幅器ステージへ、および前記ピーク増幅器ステージへ１つまたは複数の動的な供給電圧を供給するために、前記第１の電力供給端子および前記第２の電力供給端子に結合された電力供給回路と、
前記ピーク増幅器ステージにバイアスを供給するためのバイアス回路、ここにおいて、前記第２の電力供給端子における電圧が低下すると、前記バイアス回路によって生成された前記ピーク増幅器ステージへのバイアス電圧が増加し、前記バイアス回路は、前記第２の電力供給端子へ結合された入力と、前記ピーク増幅器ステージの入力へ結合された出力とを備え、
前記回路はさらに、前記バイアス電圧と、前記第２の電力供給端子における前記電圧との関係を制御するための第２の回路を備える。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回路であって、前記バイアス回路は、減算回路を備える、前記回路。
【請求項４】
請求項３に記載の回路であって、前記減算回路は、
前記第２の回路の出力を受ける第１の入力、第２の入力、および出力を有する増幅器、ここにおいて、前記増幅器の前記出力は、インダクタを介して前記ピーク増幅器の入力へ結合される、と、
前記増幅器の前記第１の入力と前記第２の電力供給端子との間に結合された第１の抵抗と、
前記増幅器の前記第１の入力と前記増幅器の前記出力との間に結合された第２の抵抗と、
前記増幅器の前記第２の入力と基準電圧との間に結合された第３の抵抗と、
前記増幅器の前記第２の入力と接地との間に結合された第４の抵抗と、
を備える、前記回路。
【請求項５】
請求項１または２に記載の回路であって、前記第２の電力供給端子における前記電圧が低下すると、前記バイアス電圧が線形的に増加する、前記回路。
【請求項６】
請求項１または２に記載の回路であって、前記第２の電力供給端子における前記電圧が低下すると、前記バイアス電圧が単調に増加する、前記回路。
【請求項７】
請求項１または２に記載の回路であって、前記ピーク増幅器ステージは、入力電圧を受け取るために結合された制御端子を有するトランジスタと、接地へ結合された第１の端子と、インダクタを介して前記第２の電力供給端子へ結合された第２の端子とを備える、前記回路。
【請求項８】
請求項１または２の回路であって、前記電力増幅器は、ドハティー電力増幅器である、前記回路。
【請求項９】
方法であって、前記方法は下記を備える、
電力増幅器において出力電圧を生成すること、ここで、前記電力増幅器は、メイン増幅器ステージおよびピーク増幅器ステージを備え、ここにおいて、前記ピーク増幅器ステージの出力は、インピーダンスインバータ回路を介して前記メイン増幅器ステージの出力へ結合され、前記ピーク増幅器ステージの前記出力は、前記電力増幅器の出力端子へ結合され、前記メイン増幅器ステージは第１の電力供給端子を備え、前記ピーク増幅器ステージは第２の電力供給端子を備える、と、
電力供給回路において、１つまたは複数の動的な供給電圧を生成すること、ここにおいて、前記１つまたは複数の動的な供給電圧は、前記メイン増幅器ステージの前記第１の電力供給端子と、前記ピーク増幅器ステージの前記第２の電力供給端子とへ結合される、と、
前記ピーク増幅器ステージにバイアスをかけるためのバイアス電圧を生成すること、ここにおいて、前記第２の電力供給端子における電圧が低下すると、前記バイアス電圧が増加し、バイアス回路は前記バイアス電圧を生成し、前記バイアス回路は、前記第２の電力供給端子へ結合された入力と、前記ピーク増幅器ステージの入力へ結合された出力とを備える。
【請求項１０】
方法であって、前記方法は下記を備える、
電力増幅器において出力電圧を生成すること、ここで、前記電力増幅器は、メイン増幅器ステージおよびピーク増幅器ステージを備え、ここにおいて、前記ピーク増幅器ステージの出力は、インピーダンスインバータ回路を介して前記メイン増幅器ステージの出力へ結合され、前記ピーク増幅器ステージの前記出力は、前記電力増幅器の出力端子へ結合され、前記メイン増幅器ステージは第１の電力供給端子を備え、前記ピーク増幅器ステージは第２の電力供給端子を備える、と、
電力供給回路において、１つまたは複数の動的な供給電圧を生成すること、ここにおいて、前記１つまたは複数の動的な供給電圧は、前記メイン増幅器ステージの前記第１の電力供給端子と、前記ピーク増幅器ステージの前記第２の電力供給端子とへ結合される、と、
前記ピーク増幅器ステージにバイアスをかけるためのバイアス電圧を生成すること、ここにおいて、前記第２の電力供給端子における電圧が低下すると、前記バイアス電圧が増加し、バイアス回路は前記バイアス電圧を生成し、前記バイアス回路は、前記第２の電力供給端子へ結合された入力と、前記ピーク増幅器ステージの入力へ結合された出力とを備え、
前記方法はさらに、前記バイアス電圧と、前記第２の電力供給端子における前記電圧との関係を制御することを備える。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の方法であって、前記バイアス回路は、減算回路を備える、前記方法。
【請求項１２】
請求項９または１０に記載の方法であって、前記第２の電力供給端子における前記電圧が低下すると、前記バイアス電圧が線形的に増加する、前記方法。
【請求項１３】
請求項９または１０に記載の方法であって、前記第２の電力供給端子における前記電圧が低下すると、前記バイアス電圧が単調に増加する、前記方法。
【請求項１４】
請求項９または１０の方法であって、前記電力増幅器は、ドハティー電力増幅器である、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
[0001]本願は、２０１４年４月９日に出願された米国非仮出願第１４／２４８，９７１号に対する優先権を主張し、この内容は、すべての目的のために、その全体が参照によって本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
[0002]本開示は、電子回路および方法に関し、特に、増幅器バイアス回路および方法に関する。
【０００３】
[0003]無線システムは、典型的には、ＲＦ信号を送信および受信するためにアンテナに結合された送信機および受信機を含む。一般に、ベースバンドシステムは、エンコードされた情報（データ）を含むデジタル信号を生成し、デジタル信号は、送信のためにアナログ信号へ変換される。アナログ信号は、処理され、典型的には、ＲＦキャリア周波数へ変調（アップコンバート）される。アップコンバージョン後、ＲＦ信号は、電力増幅器を介してアンテナへ結合される。ＲＦ信号が、たとえば基地局のような遠隔のシステムと通信でき得るように、電力増幅器は、信号電力を増加させる。
【０００４】
[0004]無線システムは、相当な範囲の瞬間的および平均的な信号電力レベルでＲＦ信号を送信し得る電力増幅器を必要とする。一般に、電力増幅器は、最大瞬間出力電力においてのみ最適効率になるように、サイジングおよび設計され、この結果、動的な信号について、効率が著しく低下する。それゆえ、最大瞬間出力電力以外の出力電力レベルにおいて高い効率を提供する高度なアーキテクチャが要求される。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]本開示は、電力増幅器にバイアスをかけるための回路および方法を含む。本開示は、電力増幅器のための回路および方法を含む。一実施形態では、電力増幅器のメイン増幅器ステージおよびピーク増幅器ステージは、調整された供給電圧を受け取る。ピーク増幅器ステージは、電力供給電圧における変化を補償するために、ピークステージのバイアスを調節するために、動的にバイアスされる。ピークステージにおける供給電圧が低下すると、バイアス電圧が増加され得、ピークステージにおける供給電圧が増加すると、バイアス電圧が低下され得る。したがって、ピークステージのバイアス特性は、供給電圧変化にわたって維持され、電力増幅器の効率が向上される。
【０００６】
[0006]以下の詳細な説明および添付図面は、本開示の性質および利点のより良い理解を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[0007]一実施形態に従う電力増幅器およびバイアス回路を例示する。
【図２】[0008]供給電圧とともに変化するピーク増幅器へのバイアス電圧の１つの例を例示する。
【図３Ａ】[0009]別の実施形態に従う別の例示的な電力増幅器およびバイアス回路を例示する。
【図３Ｂ】[0010]異なる供給電圧のためのピーク増幅器への入力信号を例示する。
【図４Ａ】[0011]一実施形態に従う例示的な電力増幅器のための性能曲線を例示する。
【図４Ｂ】一実施形態に従う例示的な電力増幅器のための性能曲線を例示する。
【図４Ｃ】一実施形態に従う例示的な電力増幅器のための性能曲線を例示する。
【図４Ｄ】一実施形態に従う例示的な電力増幅器のための性能曲線を例示する。
【図５】[0012]一実施形態に従うピーク増幅器の供給電圧調整および動的なバイアスを伴う電力増幅器のシミュレートされた効率を例示する。
【図６】[0013]別の実施形態に従って電力増幅器を動作させるための処理を例示する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0014]本開示は、電力増幅器にバイアスをかけることに関する。以下の記述では、説明の目的のために、本開示の完全な理解を提供するために、多くの例および具体的な詳細が記述されている。しかしながら、当業者にとって、特許請求の範囲で表現されるような本開示は、これら例における特性のうちのいくつかまたはすべてを、単独で、または、以下に記述された他の特性と組み合わせて含み得、さらに、本開示に記述された特性および概念の修正および等価物を含み得ることが明白になるであろう。
【０００９】
[0015]図１は、一実施形態に従う電力増幅器およびバイアス回路を例示する。本開示の実施形態は、メイン（またはキャリア）増幅器ステージ１０１とピーク（または補助）増幅器ステージ１０２とを備える電力増幅器１００を含む。ピーク増幅器ステージ１０２の出力は、インピーダンスインバータ回路１０４、たとえば１／４波長送信ラインとして実施され得る、を介してメイン増幅器ステージ１０１の出力へ結合される。ピーク増幅器ステージ１０２の出力は、電力増幅器１００の出力端子に結合される。ＲＦ入力信号Ｖｉは、メイン増幅器ステージ１０１の入力において受け取られる。電力増幅器１００は、アンテナ（図示せず）を駆動するように構成された無線周波数（ＲＦ）電力増幅器であり得る。ＲＦ入力信号Ｖｉはまた、たとえば１／４波長フェーズシフト回路１０３を介してピーク増幅器ステージ１０２の入力へ結合される。電力増幅器１００は、出力端子において出力電圧Ｖｏを生成し、それは、アンテナへ結合され得る。
【００１０】
[0016]図１に従う例示的な実施形態は、ドハティー増幅器（Doherty amplifier）を含み得る。ドハティー増幅器は、広い出力電力範囲にわたる高い効率を実証する。いくつかの実施形態では、メイン増幅器ステージは、クラスＡ、ＡＢ、またはＢであり得、ピーク増幅器ステージは、たとえば、クラスＣ、Ｆ、または別のスイッチモード電力増幅器であり得る。スイッチモード電力増幅器は、あるしきい値よりも低い小さな入力信号を受信している場合、通常オフされ、十分に高い入力駆動レベルが受信された場合にのみ出力を生成する。ピーク増幅器ステージは、小さな信号増幅についてオフであり得、より大きな信号増幅についてオンされ得る。たとえば、メイン増幅器は、クラスＡまたはクラスＡＢでバイアスされ得、ピーク増幅器は、（たとえば、メイン増幅器が、圧縮を開始する直前のように）入力電力がしきい値を上回る場合にピーク増幅器がオンとなるように、クラスＣにおいてバイアスされ得る。本開示の特性および利点は、たとえば、増幅器の効率を向上させるために、ピーク増幅器ステージにバイアスをかけるためのバイアス回路を含む。
【００１１】
[0017]メイン増幅器ステージ１０１およびピーク増幅器ステージ１０２は、調整された電力供給回路１０６へそれぞれ結合された電力供給端子１１０および１１１を含む。メイン増幅器およびピーク増幅器の電力供給端子へ供給される電力供給電圧は、電力増幅器の効率を向上させるために経時的に変化し得る。したがって、このように変化する電力供給電圧は、動的な電力供給電圧と称され、異なる離散的な電圧レベルの間で変化し得るか、または、連続的に変化し得る。電力増幅器において使用される動的な電力供給回路の例は、発明者としてＪｏｏｎｈｏｉ  ＨｕｒとＰａｕｌ  Ｊ．Ｄｒａｘｌｅｒが名を連ねた２０１３年１１月１１日に出願された米国特許出願番号第１４／０８８，３２１号に記述されており、この内容は、本明細書において参照によって組み込まれている。
【００１２】
[0018]電力供給１０６は、たとえば、１つまたは複数の制御信号Ｖｃｔｒｌに基づいて、メイン増幅器とピーク増幅器とのいずれか一方または両方への電力供給電圧を変化させ得る。図１に例示されるように、入力信号Ｓｉは、プレディスト―ション（predistortion）ブロックのような前処理ブロック１０５において受信され得、制御信号Ｖｃｔｒｌは、増幅器の効率を向上させるために送信されるべき信号の特徴（たとえば、Ｖｏ）に基づいて、メイン増幅器とピーク増幅器とのうちのいずれか一方または両方へ供給される電力供給電圧を変化させ得る。
【００１３】
[0019]本開示の実施形態は、動的な電力供給によって駆動されるピーク増幅器ステージ１０２のバイアスを向上させる。たとえば、メイン増幅器１０１は、バイアス回路１１２によってバイアスされ得、ピーク増幅器１０２は、バイアス回路１１３によってバイアスされ得る。この例において、電力供給端子１１１は、バイアス回路１１３の入力に結合される。バイアス回路１１３の出力は、ピーク増幅器１０２の入力に結合される。
【００１４】
[0020]本開示の実施形態は、ピーク増幅器に対する電力供給電圧が変化すると、バイアス電圧を変化させるバイアス回路を含む。たとえば、ピーク増幅器１０２の電力供給端子１１１における電力供給電圧は、経時的にある範囲にわたって変化し得る。この範囲は、たとえば、最高電圧値および最低電圧値を有し得る。バイアス回路１１３の例示的な実施形態は、端子１１１において電力供給電圧を受け取り、電力供給電圧が高い場合により低く、電力供給電圧が低い場合により高い、バイアス電圧を生成し得る。言い換えれば、バイアス回路１１３は、電力供給端子１１１における電圧が低下すると増加する、ピーク増幅器へのバイアス電圧を生成する。いくつかの例示的な実施形態では、電力供給電圧および最大出力電圧が、経時的に変化するのに従って、適切なピークが発生するように、ピーク増幅器のバイアスポイントを維持するようにバイアス電圧が変更され得る。図１に図示される構成は、バイアス回路１１３が電力供給電圧へ直接に結合される実施形態を図示する一方、他の実施形態は、他の回路ブロックによって生成された信号を使用してバイアス回路１１３を制御し得る。一実施形態では、本開示に記述されるように、前処理回路１０５のようなアップストリーム回路が、ピーク増幅器１０２におけるバイアス電圧を調整するために、バイアス回路１１３への制御信号（破線を使用して図示されている）を生成し得る。
【００１５】
[0021]図２は、供給電圧とともに変化するピーク増幅器へのバイアス電圧のプロット２００である。図２におけるプロット２０１は、ポイント２２０に対応する、特定の電力供給電圧Ｖｓｕｐｐｌｙおよびバイアス電圧Ｖｇでの、ドハティー増幅器に関する電力増幅効率（ＰＡＥ）対瞬間出力信号電力（Ｐｏ）を例示する。ドハティー増幅器に関する０ｄＢのピーク効率は、典型的には、最大出力信号電力Ｐｏで生じる。規格化された瞬間出力信号電力が、特定の供給およびバイアス電圧で低減されるので、増幅器の効率（たとえば、ＰＡＥ）が変化する。プロット２０１に例示されるように、最大出力電力における第１のＰＡＥピークと、最大よりも低い（たとえば、この例では、最大よりも約−６ｄＢ低い）第２の出力電力における第２のＰＡＥピークとが存在する。効率のピークのあいだの領域はプラトーを形成し、ここでは、電力増幅器の効率は、この範囲にわたる出力電力に関して非常に高い。この例において、ＰＡＥは、最大出力電力における第１のＰＡＥピークから、最大出力電力から約−６ｄＢ下がった第２のＰＡＥピークまでおおよそ平坦である。−６ｄＢよりも大きな最大出力電力未満では、出力電力が低下すると、効率が低下する。
【００１６】
[0022]しかしながら、供給電圧が変化すると、ピークがシフトし得、特徴的なＰＡＥ曲線が、ピーク増幅器のバイアスに基づいて変化し得る。特に、ドハティー増幅器では、特定の供給電圧のための最大出力電力よりも低い約６ｄＢにおいてピーク増幅器ステージをオンさせることが望ましい。いくつかのアプリケーションは、異なる動作条件の下で、６ｄＢウィンドウを変化させ得、よって、本開示における６ｄＢウィンドウに対する参照は、ＸｄＢによって分離される、より一般的なドハティーピークの単なる例として理解され、ここでＸは、ｄＢの任意の数である。
【００１７】
[0023]適切にバイアスをかけることなしで、ドハティーにおけるピーク増幅器は、低い供給電圧で６ｄＢポイントに関して遅く（すなわち、高すぎる電力レベルで）オンし得る。たとえば、供給電圧が降下すると、クラスＣ増幅器のための導通角は、小さ過ぎ得、それは、クラスＣ増幅器を、（たとえば、−６ｄＢピークに対して遅すぎる）最大出力電力から−５ｄＢまたは−４ｄＢにおいてオンさせ得る。同様に、ピーク増幅器は、高い供給電圧レベルで早く（すなわち、低すぎる電力レベルで）オンし得る。たとえば、供給電圧が増加すると、クラスＣ増幅器の導通角が大きくなり過ぎ得、それは、クラスＣ増幅器を、（たとえば、−６ｄＢピークに対して早すぎる）最大出力電力から−７ｄＢ、−８ｄＢ、または−９ｄＢにおいてオンさせ得る。図２におけるプロット２００は、供給値の範囲にわたって一定のバイアス電圧を有するピーク増幅器のためのドハティーＰＡＥ曲線を例示する。線２３０に例示されるように、バイアスが一定に保たれると、プロット２０２に図示されているように、供給電圧が減少されると、ドハティーＰＡＥ曲線における最大出力電力ＰＡＥピークが降下する。同様に、プロット２０３に図示されるように、供給電圧が増加されると、ドハティーＰＡＥ曲線における−６ｄＢ  ＰＡＥピークが降下する。
【００１８】
[0024]上述したように、本開示の実施形態は、ピーク増幅器への供給電圧に基づいて、ピーク増幅器のバイアスを変化させるバイアス回路を含む。図２は、供給電圧が低下するとバイアス電圧Ｖｇが（線２１０において）線形的に増加される例を例示する。プロット２０４および２０５に図示されるように、より低い供給電圧においてバイアス電圧を増加させる（２２１におけるバイアスおよび供給電圧に対応するプロット２０４）ことによって、および、より高い供給電圧においてバイアス電圧を低下させる（２２２におけるバイアスおよび供給電圧に対応するプロット２０５）ことによって、特徴的なドハティーＰＡＥ曲線が維持され得る。図２におけるプロット２００にさらに例示されるように、他の実施形態は、異なる（非線形）関数にしたがって供給電圧に基づいてバイアス電圧を変化させ得る。図２は、供給電圧と、ピーク増幅器バイアス電圧との間の別の例示的な関係を形成する別の曲線２１１を例示する。例示的な曲線２１１は、供給電圧が低下すると、ピーク増幅器に対するバイアス電圧が単調に増加することを例示する。本開示を読んだ当業者は、種々の異なるバイアス電圧／電力供給電圧曲線が、ピーク増幅器の特定の構成および設計に基づいて、ドハティー増幅器において高い効率を維持するために使用され得ることを理解するであろう。
【００１９】
[0025]図３Ａは、別の実施形態に従って、別の例示的な電力増幅器３００およびバイアス回路を例示する。電力増幅器３００は、調整された電力供給Ｖｓｕｐｐｌｙを生成するための供給調整器３４０を含む。電力増幅器３００はさらに、コンデンサ３０２を介して入力信号を受け取るために結合された制御端子を有するトランジスタ３０１を含むメイン増幅器ステージを含む。制御端子は、たとえば、インダクタ３０３を介して基準電圧によってバイアスされる。トランジスタ３０１のソースは、接地へ結合され、ドレインが、チョークコイル３０４を介してＶｓｕｐｐｌｙへ結合される。
【００２０】
[0026]電力増幅器３００はさらに、１／４波長シフト回路３０６およびコンデンサ３０７を介して入力信号を受け取るために結合された制御端子を有するトランジスタ３０５を含むピーク増幅器ステージを含む。制御端子は、たとえば、インダクタ３０８を介してバイアス回路によってバイアスされる。トランジスタ３０５のソースが、接地へ結合され、ドレインが、チョークコイル３０９を介してＶｓｕｐｐｌｙへ結合される。トランジスタ３０５のドレインにおけるピークステージの出力は、出力負荷（ＯＬ）３１０およびインピーダンスインバータ回路３１１を介してトランジスタ３０１のドレインでメインステージの出力に結合される。ピークステージの出力はまた、たとえば、コンデンサ３１２を介して負荷３１３（たとえば、アンテナおよび恐らくは他の回路）へ結合される。
【００２１】
[0027]本例では、トランジスタ３０１および３０５は、ＭＯＳデバイスであるが、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）、バイポーラ、または他のデバイスタイプのような他のデバイスが使用され得ることが理解されるべきである。
【００２２】
[0028]一実施形態では、バイアス回路は、減算回路を備える。この例示的な実施では、減算回路は、抵抗Ｒ１および機能回路３５０（「Ｆ（Ｖｓ）」）を介してＶｓｕｐｐｌｙに結合された負の入力端子を有する増幅器３２０を含む。増幅器３２０の出力は、フィードバック抵抗Ｒ２を介して負の入力に結合される。正の入力端子は、抵抗Ｒ３を介して基準電圧Ｖｒｅｆへ、抵抗Ｒ４を介して接地へ結合される。いくつかの実施形態では、（たとえば、Ｖｓｕｐｐｌｙと同じ調整に従って）Ｖｒｅｆもまた良好に調整され得る。増幅器は、コンデンサ３２１において、インダクタ３０８の１つの端子へのバイアス電圧Ｖｇ（ピーク）を生成する。低周波数では、インダクタ３０８は、短絡しており、Ｖｇ（ピーク）が、ピークステージにおいてバイアスを設定するために、トランジスタ３０５のゲートへ結合される。
【００２３】
[0029]バイアス電圧Ｖｇ（ピーク）とＶｓｕｐｐｌｙとの間の関係を制御するために、機能回路３５０が使用され得る。１つの例において、バイアス電圧が、Ｖｓｕｐｐｌｙにほぼ線形に関連するように、回路３５０は短絡回路であり得る。他の実施形態では、機能回路３５０は、ＶｓｕｐｐｌｙとＶ１との間の他の機能的な関係を生成し得、Ｖ１は、減算回路へ提供される。たとえば、機能回路は、Ｖ１を、Ｖｓｕｐｐｌｙの２乗（たとえば、「Ｖ１＝（Ｖｓｕｐｐｌｙ）２」にし得る。別の例として、機能回路３５０は、Ｖ１を、Ｖｓｕｐｐｌｙの多項式（たとえば、「Ｖ１＝Ｖｓｕｐｐｌｙ＋Ａ（Ｖｓｕｐｐｌｙ）２」、ここでＡは定数）にし得る。
【００２４】
[0030]線形の例に関して、バイアス回路は、Ｖｓｕｐｐｌｙに比例した値をＶｒｅｆに比例する別の値から減算する。したがって、Ｖｓｕｐｐｌｙが大きい場合、出力電圧は低く、Ｖｓｕｐｐｌｙが減少すると、Ｖｒｅｆから減算される量が減少し、バイアス電圧が増加する。図３におけるバイアス回路は、図２に図示されるように線形的に変化するバイアス電圧を生成するために使用され得る１つの例示的な実施である。本開示に基づいて、電力増幅器の効率を向上させるために、ピーク増幅器におけるバイアス電圧を変化させるために、他の種々の減算回路が使用され得ることが理解されるべきである。
【００２５】
[0031]図３Ｂは、異なる供給電圧に関するピーク増幅器への入力信号を例示する。特定のしきい値よりも高い電圧を持つ入力信号のみが出力を生成し得るように、トランジスタ３０５は、導通ちょうどより低くバイアス（たとえば、オフ）され得る。プロット３４０Ａは、最大出力電力のための第１の供給電圧でのピーク増幅器への入力電圧信号３４１と、より低い供給電圧でのより低い出力電力のためのピーク増幅器への入力電圧信号３４２とを例示する。最大電力において、ピーク増幅器は、第１のバイアスレベルＢＩＡＳ１でバイアスされ、これによって、ピーク増幅器は、入力電圧が、３９０において例示される第１のレベルよりも上にある場合、入力信号に基づいて出力を生成する。正弦曲線信号の場合、位相角「θ」（たとえば、出力を生成する入力の位相）によって示される、入力信号の一部のみを出力するようにバイアスされ得る。しかしながら、出力電力が最大値から後退すると、システムは、ピーク増幅器への電力供給電圧と入力電圧信号とを減少させ得る。同じバイアス電圧ＢＩＡＳ１の場合、減少された入力電圧信号３４２は、出力に結合された入力信号の小さな部分となり（たとえば、位相角「θ」が減少され）、電力増幅器は、より低い効率で動作するであろう。したがって、出力電力が減少されると、たとえば、３４０Ｂに図示されるように、電力供給電圧および入力電圧における対応する減少は、バイアス電圧をＢＩＡＳ１からＢＩＡＳ２へ増加することによって補償され得る。ここで、入力信号３４２は、出力にて増幅された信号のほぼ一定の部分を維持するように（たとえば、位相角θは、供給電圧の変化にわたって維持される）、より低い電力供給電圧で、大きなバイアス電圧で直流分上へシフトされる。
【００２６】
[0032]図４は、一実施形態に従って、例示的な電力増幅器についてシミュレートされた性能曲線を例示する。プロット４０１および４０２は、ピーク増幅器の静的なゲートバイアスで、供給電圧（ここで、Ｖｈｉｇｈと示される）と出力電圧Ｐｏの範囲にわたる利得およびＰＡＥをそれぞれ図示する。プロット４０３および４０４は、本開示に記述されるように、ピーク増幅器の動的なゲートバイアスで、供給電圧と出力電力との範囲にわたる利得およびＰＡＥをそれぞれ図示する。プロット４０１および４０３は、ピーク増幅器の動的なゲートバイアスで、システムの利得が向上されることを例示する。同様に、プロット４０２および４０４は、ピーク増幅器の動的なゲートバイアスで、ドハティーピークの完全性が向上されることを例示する。
【００２７】
[0033]図５は、一実施形態に従うピーク増幅器の供給電圧調整および動的なバイアスを伴う電力増幅器のシミュレートされた効率を例示する。この例は、２つの異なる無線プロトコルへ適用されるような１つの例示的な設定の出力電力に対するＰＡＥを例示する。プロット５０１は、高速パックアクセス（ＨＳＰＡ）プロトコルへ適用された増幅効率を図示する。曲線５１０は、ＨＳＰＡ信号の確率分布関数を図示し、それは、この信号がどれくらい頻繁に、平均送信電力が与えられた特定の瞬間電力レベルにあるのかを図示する。曲線５１１は、本開示に記述されるような、ピークステージの動的なバイアスを伴うドハティー電力増幅器のＰＡＥの包絡線を図示し、それは、ＨＳＰＡ信号のスペクトル全体にわたって高い効率を示す。同様に、プロット５０２は、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ（登録商標））プロトコルに適用された増幅効率を図示する。曲線５１２は、ＬＴＥ信号の確率分布関数を図示し、それは、この信号がどれくらい頻繁に、平均送信電力が与えられた特定の瞬間電力レベルにあるのかを図示する。曲線５１３は、本開示に記述されるように、ピークステージの動的なバイアスを備えたドハティー電力増幅器のＰＡＥの包絡線を図示し、それは、ＬＴＥ信号のスペクトル全体にわたって高い効率を示す。本開示に記述された技術は、他の多くのプロトコルへ適用され得、上記の例は、単に例示的であることが理解されるべきである。
【００２８】
[0034]図６は、別の実施形態に従って電力増幅器を動作させるための処理を例示する。６０１において、電力増幅器のメイン増幅器ステージおよびピーク増幅器ステージへの動的な供給電圧が生成され得る。たとえば、電力増幅器は、ドハティー電力増幅器であり得る。６０２において、ピークステージへのバイアス電圧が生成される。バイアス電圧は、ピークステージへの電力供給電圧における変化に従って変化し得る。たとえば、ピークステージの供給電圧が低下すると、ピークステージへのバイアス電圧が増加し得、ピークステージの供給電圧が増加すると、ピークステージへのバイアス電圧が低下し得る。６０３において、出力信号（たとえば、電圧）は、電力増幅器から生成され得る。電力増幅器の出力端子は、電力増幅器によって受信されたＲＦ信号を、電波でのブロードキャストのためにアンテナへ送るために、アンテナへ結合され得る。
【００２９】
[0035]上記記述は、本開示のさまざまな実施形態を、特定の実施形態の態様がどのようにして実施され得るのかの例とともに例示している。上述された例は、唯一の実施形態であると考えられるべきではなく、以下の特許請求の範囲によって定義されるような特定の実施形態の柔軟性および利点を例示するために提示されている。上記の開示および以下の特許請求の範囲に基づいて、他の構成、実施形態、実施、および等価物が、特許請求の範囲によって定義されたような本開示の範囲から逸脱することなく、適用され得る。
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］
回路であって、前記回路は下記を備える、
メイン増幅器ステージおよびピーク増幅器ステージを備える電力増幅器、ここにおいて、前記ピーク増幅器ステージの出力は、インピーダンスインバータ回路を介して前記メイン増幅器ステージの出力へ結合され、前記ピーク増幅器ステージの前記出力は、前記電力増幅器の出力端子へ結合され、前記電力増幅器は、前記出力端子において出力電圧を生成し、前記メイン増幅器ステージは、第１の電力供給端子を備え、前記ピーク増幅器ステージは、第２の電力供給端子を備える、と、
前記メイン増幅器ステージへ、および前記ピーク増幅器ステージへ１つまたは複数の動的な供給電圧を供給するために、前記第１の電力供給端子および前記第２の電力供給端子に結合された電力供給回路と、
前記ピーク増幅器ステージにバイアスするためのバイアス回路、ここにおいて、前記第２の電力供給端子における電圧が低下すると、前記バイアス回路によって生成された前記ピーク増幅器へのバイアス電圧が増加する。
［Ｃ２］
Ｃ１に記載の回路であって、前記バイアス回路は、前記第２の電力供給端子へ結合された入力と、前記ピーク増幅器ステージの入力へ結合された出力とを備える、前記回路。
［Ｃ３］
Ｃ１に記載の回路であって、前記バイアス回路は、減算回路を備える、前記回路。
［Ｃ４］
Ｃ３に記載の回路であって、前記減算回路は、
第１の入力、第２の入力、および出力を有する増幅器、ここにおいて、前記増幅器の前記出力は、インダクタを介して前記ピーク増幅器の入力へ結合される、と、
前記増幅器の前記第１の入力と前記第２の電力供給端子との間に結合された第１の抵抗と、
前記増幅器の前記第１の入力と前記増幅器の前記出力との間に結合された第２の抵抗と、
前記増幅器の前記第２の入力と基準電圧との間に結合された第３の抵抗と、
前記増幅器の前記第２の入力と接地との間に結合された第４の抵抗と、
を備える、前記回路。
［Ｃ５］
Ｃ１に記載の回路であって、前記第２の電力供給端子における前記電圧が低下すると、前記バイアス電圧が線形的に増加する、前記回路。
［Ｃ６］
Ｃ１に記載の回路であって、前記第２の電力供給端子における前記電圧が低下すると、前記バイアス電圧が単調に増加する、前記回路。
［Ｃ７］
Ｃ１に記載の回路であって、前記ピーク増幅器は、入力電圧を受け取るために結合された制御端子を有するトランジスタと、接地へ結合された第１の端子と、インダクタを介して前記第２の電力供給端子へ結合された第２の端子とを備える、前記回路。
［Ｃ８］
Ｃ１の回路であって、前記電力増幅器は、ドハティー電力増幅器である、前記回路。
［Ｃ９］
方法であって、前記方法は下記を備える、
電力増幅器において出力電圧を生成すること、ここで、前記電力増幅器は、メイン増幅器ステージおよびピーク増幅器ステージを備え、ここにおいて、前記ピーク増幅器ステージの出力は、インピーダンスインバータ回路を介して前記メイン増幅器ステージの出力へ結合され、前記ピーク増幅器ステージの前記出力は、前記電力増幅器の出力端子へ結合され、前記メイン増幅器ステージは第１の電力供給端子を備え、前記ピーク増幅器ステージは第２の電力供給端子を備える、と、
電力供給回路において、１つまたは複数の動的な供給電圧を生成すること、ここにおいて、前記１つまたは複数の動的な供給電圧は、前記メイン増幅器ステージの前記第１の電力供給端子と、前記ピーク増幅器ステージの前記第２の電力供給端子とへ結合される、と、
前記ピーク増幅器ステージにバイアスをかけるためのバイアス電圧を生成すること、ここにおいて、前記第２の電力供給端子における電圧が低下すると、前記バイアス電圧が増加する。
［Ｃ１０］
Ｃ９に記載の方法であって、前記バイアス電圧は、前記第２の電力供給端子における電圧に基づいて、バイアス回路において生成される、前記方法。
［Ｃ１１］
Ｃ９に記載の方法であって、前記バイアス電圧を生成することは、前記第２の電力供給端子における前記電圧に対応する第１の電圧を、第１の基準電圧から減算することを備える、前記方法。
［Ｃ１２］
Ｃ１１に記載の方法であって、前記第１の基準電圧は調整される、前記方法。
［Ｃ１３］
Ｃ１１に記載の方法であって、前記減算することは、
第１の抵抗を介して、前記第２の電力供給端子における前記電圧を増幅器の第１の入力へ結合すること、ここにおいて、前記増幅器の出力は、第２の抵抗を介して前記第１の入力へ結合され、前記出力は、インダクタを介して前記ピーク増幅器の入力へ結合される、と、
第３の抵抗を介して、第２の基準電圧、前記増幅器の第２の入力へ結合すること、ここにおいて、前記増幅器の前記第２の入力は、第４の抵抗を介して接地へ結合される、と、
を備える、前記方法。
［Ｃ１４］
Ｃ９に記載の方法であって、前記第２の電力供給端子における前記電圧が低下すると、前記バイアス電圧が線形的に増加する、前記方法。
［Ｃ１５］
Ｃ９に記載の方法であって、前記第２の電力供給端子における前記電圧が低下すると、前記バイアス電圧が単調に増加する、前記方法。
［Ｃ１６］
Ｃ９に記載の方法であって、前記ピーク増幅器は、入力電圧を受け取るために結合された制御端子と、接地へ結合された第１の端子と、インダクタを介して前記第２の電力供給端子へ結合された第２の端子とを有するトランジスタを備える、前記方法。
［Ｃ１７］
Ｃ９に記載の方法であって、前記電力増幅器は、ドハティー電力増幅器である、前記方法。
【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４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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