(57)【要約】  数組の電力増幅器のブランチは、各増幅段内で電力合成され、各組のブランチは、異なるインピーダンス特性を持つバイアス回路によって、動作の異なる級にバイアスされる。その結果、電力レベルのある範囲にわたり、出力に存在する基本周波数成分は互いに同位相になり、ＩＭＤ３成分は逆位相になる。ＲＦ入力信号は前段の出力により供給され、各段は数組の電力増幅器のブランチを電力合成することにより構成される。各ブランチは、ＩＭ３成分は部分的にまたは完全にキャンセルする一方で、基本波成分は付加的になるように、個別にバイアスされる。フィードフォワード制御ループを使用して入力電力を監視すること、および個々のブランチに給電する前記バイアス回路のバイアス電流とインピーダンス特性を適切に調整することにより、出力電力の広い範囲にわたって、更なるＩＭ３の低減、または、キャンセルを提供することができる。
2010506514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個別増幅器の出力における少なくとも１つの歪成分をキャンセルするための個別増幅器であって、
ａ  少なくとも互いに並列に接続された第１のブランチおよび第２のブランチを有する第1の段において、前記第１および第２のブランチの各々は、互いに並列に接続された１つ以上のユニットセルを有する１つ以上のトランジスタレッグより構成された第１の段と、
ｂ  少なくとも互いに並列に接続された第３のブランチおよび第４のブランチを有する第２の段において、前記第３および第４のブランチの各々は、互いに並列に接続された１つ以上のユニットセルを有する１つ以上のトランジスタレッグより構成された第２の段と、
ｃ  第１のインピーダンスと第１のバイアスレベルとを有する第１のバイアス回路であって、前記第１のブランチを第１の動作モードにバイアスするために前記第１の段の第１のブランチに動作可能に接続された第１のバイアス回路と、
ｄ  第２のインピーダンスと第２のバイアスレベルとを有する第２のバイアス回路であって、前記第２のブランチを第２の動作モードにバイアスするために前記第１の段の第２のブランチに動作可能に接続された第２のバイアス回路と、
ｅ  第３のインピーダンスと第３のバイアスレベルとを有する第３のバイアス回路であって、前記第３のブランチを第３の動作モードにバイアスするために前記第２の段の第３のブランチに動作可能に接続された第３のバイアス回路と、
ｆ  第４のインピーダンスと第４のバイアスレベルとを有する第４のバイアス回路であって、前記第４のブランチを第４の動作モードにバイアスするために前記第２の段の第４のブランチに動作可能に接続された第４のバイアス回路と
を備え、
ａ  前記第１の動作モードおよび前記第２の動作モードと、
ｂ  前記第３の動作モードおよび前記第４の動作モードと
の内の少なくとも１つは、少なくとも１つの歪成分が前記第１の段および前記第２の段の内の少なくとも１つのそれぞれの出力において実質的にキャンセルされるように選択されることを特徴とする個別増幅器。
【請求項２】
前記第１のバイアス回路の第１のインピーダンスおよび第１のバイアスレベルは、前記第２のバイアス回路の第２のインピーダンスおよび第２のバイアスレベルと異なることを特徴とする請求項１に記載の個別増幅器。
【請求項３】
ａ  前記第１および第２のバイアス回路の前記インピーダンスと、前記第１および第２のブランチの前記バイアスレベルとは異なり、
ｂ  前記第３および第４のバイアス回路の前記インピーダンスと、前記第３および第４のブランチの前記バイアスレベルとは異なり、
前記個別増幅器の前記第１の段および前記第２の段の内の少なくとも１つの出力において、前記少なくとも１つの歪成分のキャンセルを最大にするように選択されることを特徴とする請求項１に記載の個別増幅器。
【請求項４】
前記第１の、前記第２の、前記第３の、および前記第４のブランチは、単一集積回路チップの上に形成され、前記第１のバイアス回路、前記第２のバイアス回路、前記第３のバイアス回路および前記第４のバイアス回路は、前記同一の単一集積回路チップの上に物理的に配置され、電気的寄生を最小にし、前記少なくとも１つの歪成分のキャンセルを最大にすることを特徴とする請求項１に記載の個別増幅器。
【請求項５】
前記個別増幅器への入力電力を感知して、前記バイアス回路レベルおよびインピーダンスの内の少なくとも１つを調整することにより、前記第１の、前記第２の、前記第３の、および前記第４のバイアス回路の内の少なくとも１つに、それぞれのブランチの動作モードを調整させて、前記少なくとも１つの歪成分のキャンセルを最大にするセンシング回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の個別増幅器。
【請求項６】
前記第１のモード、前記第２のモード、前記第３のモードおよび前記第４のモードは、Ａ級、Ｂ級、Ｃ級、およびＡＢ級の動作モードの内の１つから選択されることを特徴とする請求項１に記載の個別増幅器。
【請求項７】
前記第１、前記第２、前記第３および前記第４のバイアス回路は、前記それぞれのバイアス回路のインピーダンスを変化させ、前記少なくとも１つの歪成分のキャンセルを最大にするよう調整されることを特徴とする請求項６に記載の個別増幅器。
【請求項８】
前記第１のブランチの第１のモードおよび前記第２のブランチの第２のモードは、少なくとも１つの高調波の実質的なキャンセルを引き起こすことを特徴とする請求項６に記載の個別増幅器。
【請求項９】
前記第３のブランチの第３のモードおよび前記第４のブランチの第４のモードは、３次相互変調歪成分の実質的なキャンセルを引き起こすことを特徴とする請求項６に記載の個別増幅器。
【請求項１０】
前記第１の段の第１のブランチおよび前記第１の段の第２のブランチの内の１つは、複数のトランジスタレッグを有し、前記第１の段の第１のブランチおよび前記第１の段の第２のブランチの内の前記１つの出力電力を増加させることを特徴とする請求項６に記載の個別増幅器。
【請求項１１】
前記第１の段と前記第２の段とは直列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の個別増幅器。
【請求項１２】
個別増幅器の出力における少なくとも１つの歪成分をキャンセルするための個別増幅器であって、
ａ  第１の信号を受信するための入力ポートと、
ｂ  前記第１の信号に関連する第２の信号を出力するための出力ポートと、
ｃ  前記入力ポートと前記出力ポートとに動作可能に接続された第１のブランチと、前記第１のブランチに並列に接続され前記入力ポートと前記出力ポートとに動作可能に接続された第２のブランチと、
ｄ  前記第１のブランチを第１の動作モードにバイアスするために前記第１のブランチに動作可能に接続された第１のバイアス回路と、
ｅ  前記第２のブランチを第２の動作モードにバイアスするために前記第２のブランチに動作可能に接続された第２のバイアス回路と
を備え、
前記第１の動作モードおよび前記第２の動作モードは、前記第２の信号の中の前記少なくとも１つの歪成分が実質的に低減されるように選択され、
前記第１のブランチ、前記第２のブランチ、前記第１のバイアス回路および前記第２のバイアス回路は、単一集積回路チップの上に配置され、電気的寄生を最小にして前記少なくとも１つの歪成分のキャンセルを最大にすることを特徴とする個別増幅器。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの歪成分は、前記第１の信号の第三高調波であることを特徴とする請求項１２に記載の個別増幅器。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの歪成分は、前記第１の信号の３次相互変調歪成分であることを特徴とする請求項１２に記載の個別増幅器。
【請求項１５】
前記動作モードは、Ａ級、Ｂ級、Ｃ級、およびＡＢ級の動作モードの内の１つから選択されることを特徴とする請求項１２に記載の個別増幅器。
【請求項１６】
前記第１の信号を感知して、バイアス回路レベルとバイアスインピーダンスのうちの少なくとも１つを調整することにより、前記第１のバイアス回路および前記第２のバイアス回路のうちの少なくとも１つにそれぞれのブランチの動作モードを変化させて、前記少なくとも１つの歪成分のキャンセルを最大にするセンシング回路をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の個別増幅器。
【請求項１７】
前記第１のバイアス回路の第１のインピーダンスおよび第１の電流は、前記第２のバイアス回路の第２のインピーダンスおよび第２の電流とは異なることを特徴とする請求項１２に記載の個別増幅器。
【請求項１８】
前記第１のバイアス回路および前記第２のバイアス回路は、前記それぞれのバイアス回路のインピーダンスを変化させ、前記少なくとも１つの歪成分のキャンセルを最大にするよう調整されることを特徴とする請求項１６に記載の個別増幅器。
【請求項１９】
前記第１のブランチおよび前記第２のブランチの内の１つは、複数のトランジスタレッグを有し、前記第１のブランチおよび前記第２のブランチの内の前記１つの出力電力を増加させることを特徴とする請求項１２に記載の個別増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年１０月６日に出願された米国特許仮出願第６０／８５０１４６号に対する優先権を主張するもので、その全ての開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に、通信デバイスのための無線周波数／マイクロ波増幅器に関し、より詳細には、自動的に３次相互変調積レベルを低減し、周波数の広い範囲にわたって通信システムに対する信号歪を低減して高いデータレートを維持するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
増幅器は、トランシーバからの変調信号を、携帯電話のフロントエンドを通して信号を流す前に増幅するために、全ての携帯電話の中で用いられる。フロントエンドは、典型的に、受動素子と、基地局へ信号を送信するアンテナへのスイッチとから成る。図１は、従来技術の携帯電話の中に含まれる回路の高レベルのトポグラフィー（topography）を示す。一般に、ベースバンド集積チップ１は、トランシーバ２に信号を供給する。トランシーバはＲＦ信号を電力増幅器３に送り、電力増幅器３はＲＦ信号をフロントエンドモジュール４に出力し、アンテナ５によって大気中に送出する。これらの全ての構成要素は典型的な携帯電話６の中に内蔵されている。
【０００４】
ＲＦ／マイクロ波電力増幅３の設計を推進する２つの重要な要因は、線形性と効率である。本明細書で使用されるように、線形性とは、歪なく増幅を行うデバイスの能力のことを言い、効率とは、無駄に消費するエネルギーを極力小さくしてＤＣ電力をＲＦ／マイクロ波電力に変換するデバイスの能力のことを言う。従来の電力増幅器の設計では、一方の領域での改善は、典型的に、他方の領域での性能劣化を引き起こす。ＲＦ／マイクロ波増幅器は、２つの動作領域を有する。すなわち、線形領域と非線形領域である。線形領域では、入力信号エンベロープは、増幅されて出力での歪は存在しない。大きなピークツーピークの入力信号レベルに対しては、増幅器は非線形の領域に入って出力信号は歪んでくる。
【０００５】
ＲＦ／マイクロ波増幅器における歪は、一般的に、振幅クリッピング、信号振幅の関数としての位相変動、および相互変調積によって引き起こされる。振幅クリッピングは、ピークツーピーク入力信号のエンベロープ振幅が増幅器の線形領域を超えて伸びるときに生ずる。信号振幅による位相変動もまた、ピークツーピーク入力信号のエンベロープ振幅が増幅器の線形領域を超えて伸びるときに生ずる。相互変調歪（ＩＭＤ）は、増幅器の伝達関数の非線形性の結果として生じ、入力信号の和周波数と差周波数のところで生成されているミキシング積を生じさせる。
【０００６】
３次相互変調積（ＩＭＤ３）は、周波数スペクトル上で、この積が搬送波信号に非常に近いので、重要な関心事である。ＩＭＤ３は、搬送波信号に近い位置に位置するので、除去、またはその低減さえもが非常に困難であり、しばしば、ＲＦ／マイクロ波増幅器の線形性における制限要因となる。出力３次インターセプトポイント（ＯＩＰ３、ｏｕｔｐｕｔ  ｔｈｉｒｄ−ｏｒｄｅｒ  ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ  ｐｏｉｎｔ）は、ＯＴＯＩ（Ｏｕｔｐｕｔ  Ｔｈｉｒｄ  Ｏｒｄｅｒ  Ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）としても知られ、基本波出力電力の１：１勾配の外挿線と３次相互変調積の３：１勾配の外挿線との交点として定義される。その外挿が線形領域の中でうまく行われた場合、ＯＩＰ３（ＯＴＯＩ）は、電力増幅器の線形性の予測に対する有益な仕様となる。従って、ＯＩＰ３（ＯＴＯＩ）点が高いほど、電力増幅器は高い線形性を有する。上記で述べたように、電力増幅器のＩＭＤを低減することは、その線形性を改善し、従ってＯＩＰ３（ＯＴＯＩ）を改善する。
【０００７】
図２を参照すると、電力増幅器３は、ゼロ個以上の抵抗、容量、およびインダクタの回路トポロジーから成る整合ネットワーク８ａ、８ｂ、８ｃ．．．８ｎによって直列に接続された１つ以上の段（ステージ）７ａ、７ｂ．．．７ｎを備える。各々の段７ａ、７ｂ．．．７ｎは、並列に接続された幾つかのブランチ１８ａ、１８ｂ．．．１８ｎから成る。各々のブランチ１８は、並列に接続された１つ以上のユニットセル２０を有する。ユニットセルは、ゼロ個以上の抵抗、容量、およびインダクタの回路トポロジーの中の１つ以上のトランジスタから構成される。
【０００８】
各々の電力増幅段７は、典型的に、ブランチが単一の動作級（ｃｌａｓｓ）で動作するように、適切な電流または電圧を供給するバイアス回路（図示せず）によってバイアスされる。本明細書で使用されるように、動作級は、各ブランチの中のユニットセルがオン状態で電流を流している間、入力正弦波信号の割合によって決定される。例えば、Ａ級動作では、ブランチは全て、入力正弦波信号の３６０度に対してオン状態で電流を流すように、バイアスされる。Ｂ級では、ブランチは、入力信号の１８０度に対してオン状態で電流を流している。近似Ｂ級（near-class  Ｂ）にバイアスする条件は、ブランチがオン状態であって、導通角が１８０度に近いが１８０度より上である場合に対するものである。ＡＢ級では、ブランチは、典型的には２７０度またはその周辺の値でオン状態であり導通状態にあるが、１８０度から３６０度の間を変化してもよい。各動作級の限界は、厳密に設定されるわけではなく、本明細書では、増幅器の動作条件の一般的理解の目的のために使用される。
【０００９】
電力増幅器の応答を改善するために、幾つかの方法が試行されてきた。１つの方法は、ＲＦ／マイクロ波増幅器をより低い電力レベルで動作させてデバイスが線形領域に停まることを保証することである。この方法の欠点は、デバイスがより低い電力レベルで動作するときには、より高い電力レベルで動作するときより、少ない効率で動作していることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、電力増幅器のＩＭ３レベルを低減しＯＩＰ３（ＯＴＯＩ）を改善することにより、ＲＦ／マイクロ波電力増幅器の出力応答を改善しようとする。この問題に対する１つの解決法は、線形領域および非線形領域において存在する歪を低減し、増幅器の動作をより高い電力レベルが実行できる非線形領域にまで延長できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、従来技術の構造および方法についての、前述した検討等を認識し取り扱う。
【００１２】
これらのおよび／または他の目的は、個別増幅器の出力で少なくとも１つの歪成分をキャンセルする個別増幅器の１つの好ましい実施形態で達成される。この個別増幅器は、互いに並列接続の第１のブランチと第２のブランチを少なくとも有する第１の段と、互いに並列接続の第３のブランチと第４のブランチを少なくとも有する第２の段とを備える。第１のブランチと第２のブランチの各々は、互いに並列接続された１つ以上のユニットセルを有する１つ以上のトランジスタレッグで構成され、第３のブランチと第４のブランチの各々は、互いに並列接続された１つ以上のユニットセルを有する１つ以上のトランジスタレッグで構成される。個別増幅器は、第１のインピーダンスと第１のバイアスレベルとを有する第１のバイアス回路と、第２のインピーダンスと第２のバイアスレベルとを有する第２のバイアス回路と、第３のインピーダンスと第３のバイアスレベルとを有する第３のバイアス回路と、第４のインピーダンスと第４のバイアスレベルとを有する第４のバイアス回路とをさらに備える。第１のバイアス回路は、第１のブランチを第１の動作モードにバイアスするために第１の段の第１のブランチに動作可能に接続されており、第２のバイアス回路は、第２のブランチを第２の動作モードにバイアスするために第１の段の第２のブランチに動作可能に接続されており、第３のバイアス回路は、第３のブランチを第３の動作モードにバイアスするために第２の段の第３のブランチに動作可能に接続されており、第４のバイアス回路は、第４のブランチを第４の動作モードにバイアスするために第２の段の第４のブランチに動作可能に接続されている。第１の動作モードおよび第２の動作モードの内の少なくとも１つ、ならびに第３の動作モードおよび第４の動作モードの内の少なくとも１つは、第１の段と第２の段の内の少なくとも１つのそれぞれの出力で、少なくとも１つの歪成分が実質的にキャンセルされるように選択される。
【００１３】
別の実施形態では、第１のバイアス回路の第１のインピーダンスおよび第１のバイアスレベルは、第２のバイアス回路の第２のインピーダンスおよび第２のバイアスレベルと異なる。他の実施形態では、第１のバイアス回路および第２のバイアス回路のインピーダンスと、第１のブランチおよび第２のブランチのバイアスレベルは異なり、また、第３のバイアス回路および第４のバイアス回路のインピーダンスと、第３のブランチおよび第４のブランチのバイアスレベルは異なって、個別増幅器の第１の段および第２の段の内の少なくとも一方の出力で、少なくとも１つの歪成分のキャンセルを最大にするように選択される。
【００１４】
さらに他の実施形態では、第１のブランチと第２のブランチと第３のブランチと第４のブランチは、単一の集積回路チップの上に形成され、第１のバイアス回路と第２のバイアス回路と第３のバイアス回路と第４のバイアス回路は、電気的寄生を最小にするよう同じ単一の集積回路チップの上に物理的に設置され、少なくとも１つの歪成分のキャンセルを最大にしている。他の実施形態は、センシング回路をさらに備え、このセンシング回路は、個別増幅器への入力電力を感知し、バイアス回路の電流とインピーダンスの内の少なくとも１つを調整することにより、第１のバイアス回路および第２のバイアス回路および第３のバイアス回路および第４のバイアス回路のうちの少なくとも１つに、それぞれのブランチの動作モードを調整させる。結果として、少なくとも１つの歪成分のキャンセルが最大になる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、第１のモードと第２のモードと第３のモードと第４のモードは、Ａ級動作モードとＢ級動作モードとＣ級動作モードとＡＢ級動作モードの内の１つから選択され、第１のバイアス回路と第２のバイアス回路と第３のバイアス回路と第４のバイアス回路は、それぞれのバイアス回路のインピーダンスを変化させて、少なくとも１つの歪成分のキャンセルを最大にするよう、調整される。
【００１６】
別の実施形態では、回路の出力における少なくとも１つの歪成分をキャンセルするための回路は、第１の入力ポート、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有する電力分割器と、第１の入力ポート、第２の入力ポートおよび第１の出力ポートを有する電力合成器とを備える。電力分割器では、第１の信号は電力分割器の第１の入力ポートに入力され、電力分割器の第１の出力ポートにおける第２の信号と電力分割器の第２の出力ポートにおける第３の信号とに分割される。第１の増幅器は、電力分割器の第１の出力ポートに結合した入力ポートと、電力合成器の第１の入力ポートに結合した出力ポートを有する。第２の増幅器は、第１の増幅器と並列接続であり、この第２の増幅器は、電力分割器の第２の出力ポートに結合した入力ポートと、電力合成器の第２の入力ポートに結合した出力ポートを有する。少なくとも１つのバイアス回路は、第１の増幅器および第２の増幅器の一方が、第１の増幅器および第２の増幅器の他方とは異なった動作級にバイアスするために、第１の増幅器および第２の増幅器の内の１つに動作可能に接続される。そして、少なくとも１つの制御論理回路は、第１の信号を感知して、第１の増幅器および第２の増幅器の内の１つの少なくとも１つのサイズを、第１の信号に基づいて変化させ、第１の増幅器および第２の増幅器の内の１つのバイアスレベルの大きさを第１の信号に基づいて変化させる。第４の信号は、少なくとも１つの歪成分が低減されて、電力合成器の第１の出力ポートから出力される。
【００１７】
他の実施形態では、第４の信号内で少なくとも１つの歪成分が低減するよう、第１の増幅器および第２の増幅器の内の他方の増幅器を第１の増幅器および第２の増幅器の内の一方の増幅器と異なる動作級にバイアスするために、第２のバイアス回路が、第１の増幅器および第２の増幅器の内の他方の増幅器に動作可能に接続される。幾つかの実施形態では、この少なくとも１つの歪成分は、第１の信号の第三高調波である。さらに他の実施形態では、動作モードは、Ａ級動作モード、Ｂ級動作モード、Ｃ級動作モード、ＡＢ級動作モードの内の１つから選択される。他の実施形態では、電力分割器と電力合成器は、直交ハイブリッドである。
【００１８】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する付属図面は、本発明の１つ以上の実施形態を示し、本明細書の記述とともに、本発明の原理の説明に資する。
【００１９】
当業者の一人に向けられた本発明のベストモードを含む、本発明の完全かつ実施可能な開示は、本明細書で説明され、本明細書は添付図面について言及する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術の携帯電話における典型的なＲＦシステムを示す図である。
【図２】図１のシステムに使用するための、従来技術による多段ＲＦ／マイクロ波電力増幅器を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に従った電力合成増幅器を示す図である。
【図４】図３における増幅器のバイアスレベルに対する大信号Ｋ３曲線を示す図である。
【図５】図３の増幅器のＯＩＰ３のバイアス点依存性を示す図である。
【図６】Ｋ３と−Ｋ３’が等しいように図３の２つの増幅器のバイアス点が選択された場合に見られるＯＩＰ３における改善を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に従った、制御ループを持つ平衡増幅器を示す図である。
【図８】図７の制御論理に対するフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態に従った、電力増幅器の１段における電力合成ブランチを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に従った、制御論理を持つ電力増幅器の１段における電力合成ブランチを示す図である。
【図１１】図１０の制御論理に対するフローチャートである。
【００２１】
本明細書および本図面において、繰り返し使用する参照記号は、本発明の同一または類似の特徴または要素を示すことが意図される。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ここでは、本発明の現在の好ましい実施形態へ詳細に言及が行われる。これらの実施形態の一つまたは複数の事例は添付の図面に図示される。各々の例は、本発明の限定のためではなく、本発明の説明のために提供される。実際、本発明において、本発明の範囲および趣旨から逸脱しなければ、変更と変形を行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として説明されまたは記述された特徴を、別の実施形態で使用して、さらなる実施形態を生み出すことができる。このように、本発明は、このような変更と変形を、添付された特許請求の範囲およびその均等物の範囲の中から生じるものとして網羅することが意図される。
【００２３】
本発明は、増幅器の構成要素レベルおよび構成要素より下のレベルの1つまたは両方において、電力増幅器におけるＩＭ３レベルを低減しまたは大幅にキャンセルしようとする。図３に示される第１の実施形態では、構成要素レベルの直交平衡増幅器のトポロジーは、一般に、前置増幅器直交ハイブリッド１１０、並列かつ異なる動作級にバイアスされた２つの増幅器１１４および１１６からなる増幅段、および、後置増幅器直交ハイブリッド１１２とからなる。入力Ｖｉｎは２つの異なる周波数における正弦波の和からなり、
【００２４】
【数１】
2010506514.tif 000003
【００２５】
と表される。
【００２６】
入力信号Ｖｉｎは、増幅段の前に位置する直交ハイブリッド１１０に送られる。適切な直交ハイブリッドの１例は、Ｍｉｄ−Ａｔｌａｎｔｉｃ  ＲＦ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社によって製造されているＳＨＹ５５０  ９０度ハイブリッドカプラである。入力は、同じ周波数成分を持つが、入力電力の何分の一かである２つの信号に分割され、一方の信号ＶＩはπラジアンだけシフトし、他方の信号ＶＱはπ／２ラジアンだけシフトする。その結果、９０度の相対位相差が生じる。
【００２７】
【数２】
2010506514.tif 000004
【００２８】
その後これらの信号は、それぞれ、増幅器１１４および増幅器１１６に送られる。適切な増幅器の１例は、Ｅｘｃｅｌｉｃｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社によって製造されているＭｏｄｅｌ  ＥＩＣ５３５９−８  １０ボルト内部整合電力ＦＥＴである。各増幅器によって実行される信号の増幅は、それぞれ、次の近似式を用いてモデル化することができる。
【００２９】
【数３】
2010506514.tif 000005
【００３０】
ここで、Ｋｉは増幅器１１４の３次電圧伝達関数の係数を表し、Ｋｉ’は増幅器１１６の３次電圧伝達関数の係数を表す。この増幅器設計の１つの重要な特徴は、増幅器１１４におけるＫ３の項と増幅器１１６におけるＫ３’の項は、等しくかつ逆符号であることである。この条件に加えて、基本周波数成分の位相は実質的に等しく、その結果、基本波成分の最大電力合成が行われる。
【００３１】
下記の式によって１組のＩＭＤ３の項を調べる。他のＩＭＤ３の項も形において同様であり、同じ数学操作に従う。
１１４からの１つのＩＭ３の項：
【００３２】
【数４】
2010506514.tif 000006
【００３３】
恒等式
【００３４】
【数５】
2010506514.tif 000007
【００３５】
を用いて、
【００３６】
【数６】
2010506514.tif 000008
【００３７】
恒等式
【００３８】
【数７】
2010506514.tif 000009
【００３９】
を用いて、
【００４０】
【数８】
2010506514.tif 000010
【００４１】
１１６からの１つのＩＭ３の項：
【００４２】
【数９】
2010506514.tif 000011
【００４３】
恒等式
【００４４】
【数１０】
2010506514.tif 000012
【００４５】
を用いて、
【００４６】
【数１１】
2010506514.tif 000013
【００４７】
恒等式
【００４８】
【数１２】
2010506514.tif 000014
【００４９】
を用いて、
【００５０】
【数１３】
2010506514.tif 000015
【００５１】
増幅器の出力は次に、第２のハイブリッド１１２に送られる。第２のハイブリッド１１２は、第１のハイブリッドと同じタイプであり、２つの増幅器の出力に存在するＲＦ信号を、１つのＲＦ出力信号に合成するのに使用される。ハイブリッドの適切な１例は、Ｍｉｄａｔｌａｎｔｉｃ  ＲＦ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社からのＭｏｄｅｌ  ＳＨＹ  ５５０  ９０度ハイブリッドカプラである。ハイブリッド１１２は２つの入力（ポート１とポート４）と２つの出力（ポート２とポート３）を有する。「上」の出力ポート、ポート２は、何分の一かの電力であってπラジアンだけシフトしたポート１からの信号と、何分の一かの電力であってπ／２ラジアンだけシフトしたポート４からの信号との加算よりなる。「下」の出力ポート、ポート３は、半分の電力であってπラジアンだけシフトしたポート４からの信号と、半分の電力であって位相がπ／２ラジアンだけシフトしたポート１からの信号との加算よりなる。下の出力ポートはデバイスの出力であると理解され、そして、理想的な条件下では、ＩＭＤ３積は周波数スペクトルから実質的に取り除かれ、基本波はそのままである。次式は、「下」の出力ポート、ＶＯ２に存在するＩＭＤ３の項に何が発生するかを示す。
【００５２】
【数１４】
2010506514.tif 000016
【００５３】
上記で導出されたこの１組のＩＭＤ３の項に対して、次式が得られる。
【００５４】
【数１５】
2010506514.tif 000017
【００５５】
恒等式
【００５６】
【数１６】
2010506514.tif 000018
【００５７】
を使用して、
【００５８】
【数１７】
2010506514.tif 000019
【００５９】
上記からわかるように、Ｋ３＝−Ｋ３’の場合には、この組のＩＭＤ３の項はキャンセルする。
【００６０】
【数１８】
2010506514.tif 000020
【００６１】
同様に、他のＩＭＤ３の項の全てもキャンセルし、これがＯＩＰ３における改善につながる。特に、ＩＭＤ３レベルにおける低減は、基本波出力電力の1：1勾配の外挿線と３次相互変調積の３：1勾配の外挿線との交点をより高い電力へ移動させ、その結果、より高いＯＩＰ３値を生じる。増幅器に存在する１次項を見ると、
増幅器１１４からの１次項：
【００６２】
【数１９】
2010506514.tif 000021
【００６３】
増幅器１１６からの第１次項：
【００６４】
【数２０】
2010506514.tif 000022
【００６５】
となる。これらの項による直交ハイブリッド１１２の出力は、次式であることがわかる。
【００６６】
【数２１】
2010506514.tif 000023
【００６７】
この項は、
【００６８】
【数２２】
2010506514.tif 000024
【００６９】
とまとめられる。Ｋ１の大きさと符号がＫ１’の大きさと符号に実質的に等しい場合は、基本波項が直交ハイブリッド１１２の出力に存在するだろう。Ｋ１の大きさと符号をＫ１’の大きさと符号に実質的に等しくすることは、また、両方の増幅器に対する基本波成分の位相が等しいことを保証する。
【００７０】
図４は増幅器のバイアスレベルに対するＫ３の依存性を示す。例えば、ＡＢ級の動作モードでは、増幅器は−αに等しいＫ３を有する。並列配置にある第２の増幅器がαに等しいＫ３’を達成するためには、この増幅器に対するバイアスレベルを、変化させなければならない。バイアスレベルが下がるにつれて、Ｋ３’の項は、ゼロ軸を渡って正符号になり、増幅器がＢ級の動作モードに近づくにつれてαに達する。このグラフから、Ｋ３が実質的に−Ｋ３’に等しい点にバイアス点を選択することにより、出力に存在するＩＭＤ３成分は、完全にキャンセルされないにしても、大幅に低減されるだろう。
【００７１】
さらに別の実施形態では、増幅器を利得圧縮（ｇａｉｎ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）モードまたは利得伸張（ｇａｉｎ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）モードのいずれかで動作させることにより、Ｋ３の位相を変化させることができる。利得圧縮モードでは、入力電力の増加とともに増幅器の利得は減少する。これに対して、利得伸張モードでは、入力電力の増加とともに増幅器の利得は増加する。基本周波数での出力電力は、次の項を使用してモデル化することができる。すなわち、Ｋ１＊Ａ＋Ｋ３＊Ａ３＋Ｋ５＊Ａ５である。ここで、Ａは入力電圧信号の振幅であり、Ｋの項は入力電圧の伝達特性に対する増幅器出力電圧を記述するテイラー級数展開の係数を表す。偶数次のＫの項は、ＩＭＤ３成分に寄与せず、従って、この式の中には含まれていない。利得伸張に対しては、Ｋ１が正であれば、Ｋ３およびＫ５の項は正である。そして、利得圧縮に対しては、Ｋ３およびＫ５の項は負である。ツートーンの励起（ｔｗｏ  ｔｏｎｅ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）に対する３次ＩＭＤ３成分も、同様にＫ３およびＫ５の項を含む。このことは、ＩＭＤ３成分は、利得伸張の間は同位相であり、利得圧縮に対しては、基本波に対して１８０度位相がずれているということを意味する。ＲＦ増幅器では、バイアスレベルを変化させる、および／または、特定の入力インピーダンス値を持つバイアス回路ブロックを使用することにより、増幅器のバイアスを調整することにより、これを達成することができる。
【００７２】
増幅器１１４と増幅器１１６においてＫ３の項の大きさが実質的に等しいことを保証するために、各増幅器に対して正しいサイズが選択されなければならない。増幅器のサイズは、増幅器がどれくらいの電力を生成することができるのかに直接関係する。増幅器自体は、並列に接続された多くの単一トランジスタから作られる。各個々のトランジスタは、製作工程に依存した標準サイズを有する。トランジスタが並列に接続されるとき、各々のトランジスタもまた、全出力電力の一部に寄与する。並列に接続されるトランジスタの数が増加するにつれて、増幅器によって供給される全出力電力も増加する。従って、この場合には、サイズとは、トランジスタの数と各トランジスタの有効領域の量との積のことをいう。
【００７３】
本発明に使用するための増幅器を設計する場合、適切な数の並列トランジスタを使用することができるように、どのくらいの出力電力が必要であるかを知ることが重要である。ひいては、トランジスタのこの総数が増幅器のサイズを設定する。しかしながら、異なる点にバイアスされた同じサイズの２つの増幅器は、異なるＩＭＤ３レベルを生成するであろう。例えば、ＡＢ級の動作モードにバイアスされたあるサイズの増幅器は、近似Ｂ級の動作モードにバイアスされた同じサイズの増幅器より、同じ入力電力レベルにおいて、大幅に低いレベルのＩＭＤ３の項を生成するであろう。従って、近似Ｂ級モード増幅器は、そのＩＭＤ３の大きさが、同じ入力電力レベルにおいて、ＡＢ級モード増幅器のＩＭＤ３の大きさに実質的に等しいようなサイズでなければならない。サイズを決定する１つの方法は、適切な入力電力レベルに対して、異なったサイズの複数の近似Ｂ級モード増幅器を試験することにより、適切なＩＭＤ３の大きさを決定することである。すなわち、２つの並列増幅器のＩＭＤ３レベルが実質的に大きさで等しく位相で逆であったとしても、それらのＩＭＤ３の大きさの差が広がるにつれて、出力直交ハイブリッド１１２の出力で見たＯＩＰ３の改善は、それほどは大きくなくなるであろう。さらに、増幅器１１４および増幅器１１６のＩＭＤ３の大きさは、ある電力レベルでは実質的に等しくても、別の電力レベルでは等しくない可能性がある。
【００７４】
図７に示すように、この問題を克服する１つの方法は、ハイブリッド１１０でＲＦ入力信号を監視することにより生成される訂正信号を使用することによって、増幅器１１６のサイズとバイアスレベルを制御することである。すなわち、ＲＦ入力信号Ｖｉｎをサンプル化して制御論理ブロック１１８に供給する。制御論理ブロック１１８は、入力電力レベルＶｉｎをルックアップテーブルの中に格納されたレベルと比較することにより、デジタルワードまたは訂正信号を生成する。ルックアップテーブルの中に格納されたレベルは、近似Ｂ級増幅器１１６に対する適切なサイズとバイアスレベルとに関連づけられている。訂正信号は、近似Ｂ級増幅器のある部分をオン・オフすることで近似Ｂ級増幅器の中のアクティブな並列トランジスタの数を制御することにより、近似Ｂ級増幅器１１６のサイズを制御する。
【００７５】
さらに具体的には、制御論理１１８が近似Ｂ級増幅器のある部分をオフにするべきであると判定した場合には、近似Ｂ級増幅器中の幾つかのトランジスタは、それらのバイアスレベルをゼロまで減じることにより、遮断される。他方、制御論理１１８が近似Ｂ級増幅器のある部分をオンにするべきであると判定した場合には、ゼロでのバイアスレベルを有した幾つかのトランジスタは、近似Ｂ級のレベルまで引き上げられるであろう。バイアス制御論理１１８は近似Ｂ級増幅器１１６に対するバイアス回路の中に設置される。近似Ｂ級増幅器がサイズにおいて減少するにつれて、そのＩＭＤ３成分も減少する。同様に、近似Ｂ級増幅器がサイズにおいて増加するにつれて、これに伴うＩＭＤ３成分も増加する。サイズ調整機能の結果として、入力電力レベルの広い範囲にわたってＯＩＰ３の改善を見ることができる。
【００７６】
図８は、制御論理が、近似Ｂ級増幅器に加えられる変化を扱うステップを示す。入力電力レベルは、最初にステップ１２０で感知され、その情報は、ステップ１２４で使用されて、近似Ｂ級増幅器に何の変化が加えられるべきかを判定する。ステップ１２６およびステップ１２８で、ＩＭＤ３のキャンセルを強化するため、それぞれ、増幅器のサイズを増加させるか減少させるか、および、増幅器のバイアスを増加させるか減少させるかの判定が行われるであろう。ステップ１２６およびステップ１２８において判定が行われると、ステップ１３０において近似Ｂ級増幅器に適切な変化が加えられ、２つの増幅器のＩＭＤ３成分の大きさは実質的に等しくなり、ＩＭＤ３成分の位相は互いに１８０度位相がずれて、基本波の位相は等しくなる。
【００７７】
次に、本提案のトポロジーにおけるバイアスの効果の１例が、５．７ＧＨｚで民生部品を使用して得られた実験結果により説明される。図５は、ＯＩＰ３のバイアスに対する依存性を示す。図６は、Ｋ３が実質的に−Ｋ３’に等しいようにバイアス点が選択されたときに見られるＯＩＰ３における改善を示す。２つの実験は両方とも、ここで提案するトポロジーおよび同じサイズの増幅器（Ｅｘｃｅｌｉｃｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社からのＥＩＣ５３５９‐８  １０ボルト内部整合電力ＦＥＴ）を使用して行われた。入力ハイブリッドおよび出力ハイブリッドの両方に対して、Ｍｉｄａｔｌａｎｔｉｃ  ＲＦ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社からのＳＨＹ５５０  ９０度ハイブリッドカプラが選択された。１つの場合では、両方の増幅器はＡＢ級動作モードの同じレベルにバイアスされ、図５のＣｌａｓｓＡ＆Ａで示される。このバイアス点では、ＩＭＤ３成分の大きさは実質的に等しい。しかし、ＩＭＤ３成分は互いに同位相であり、従ってＩＭＤ３成分のキャンセルまたは低減は生じない。
【００７８】
第２の場合では、一方の増幅器は上記と同様にＡＢ級動作モードにバイアスされたが、他方の増幅器は近似Ｂ級動作モードにバイアスされた。異なる動作モードの各増幅器により、ＩＭＤ３成分は互いに１８０度位相がずれている。しかし、入力電力の狭い範囲にわたってそれらの大きさは実質的に等しい。この実験は、図５においてＣｌａｓｓＡ＆Ｂで示される。従って、異なる級にバイアスされた２つの増幅器により、入力電力レベルの狭い範囲にわたってＯＩＰ３の改善が存在する。数理的導出に関して、この実験的観察は、Ｋ３の項の入力電力に対する依存性の結果である。
【００７９】
図６は、入力電力レベルの狭い範囲に対して、４ｄＢまでのＯＩＰ３の改善があることを示すことにより、図５に示された改善をさらに示す。実験が図７に示す制御ループ１１８を取り入れたならば、より広い電力範囲にわたってＯＩＰ３の改善があることとなる。従って、同様のサイズの増幅器を選択することにより改善は得られるが、近似Ｂ級増幅器のサイズとバイアスとを可変にすることは、広い電力範囲にわたってＯＩＰ３の改善を生じさせる。このように、近似Ｂ級増幅器のサイズおよび／またはバイアスレベルを調整することにより、近似Ｂ級増幅器のＩＭＤ３の大きさを、入力電力の広い範囲にわたってＡＢ級増幅器のＩＭＤ３の大きさとよりよく整合するように調整することができ、その結果、入力電力のより広い範囲にわたってＯＩＰ３の改善をもたらす。
【００８０】
本発明のさらに別の実施形態では、ＩＭ３レベルを、サブコンポーネントのレベルで大幅に低減またはキャンセルすることができる。さらに詳細には、２つの別個のバイアス回路で電力増幅段中の２組のブランチを、動作級によって表されるような動作（すなわち、Ａ級、Ｂ級、ＡＢ級）の異なる導通角にバイアスすることにより、電力増幅器３の各段７ａ，７ｂ．．．７ｎにおけるＩＭ３レベルを、大幅に低減またはキャンセルすることができる。各バイアス回路は、ベースバンド周波数で特に重要なインピーダンスを示す、別個の出力インピーダンスを有することとなる。ベースバンド周波数は、関心のある入力信号に対する変調周波数の範囲として定義され、典型的にはｋＨｚから数１０ＭＨｚに及ぶ。並列ブランチをバイアスすることにより、各々の組のブランチのＩＭ３成分の間の位相差を１８０度に近づけることができる。加えて、バイアス回路のベースバンド周波数での出力インピーダンスの差異は、ＩＭ３成分に対するさらなる位相シフトを可能にし、ＩＭ３成分の間で１８０度の差を達成することができるようになる。各々の組におけるブランチの数は、ＩＭ３成分の大きさが実質的に等しくなるように調整される。すなわち、この組のブランチの増幅度を、実質的に等しくして性能を最大にしなければならないので、各々の組におけるブランチの数は、振幅利得の差異を補償するように調整される。
【００８１】
電力増幅器のブランチの動作（すなわち、Ａ級、ＡＢ級、Ｂ級、近似Ｂ級）の導通角は、バイアス回路でブランチの直流動作電流を変化させることにより調整される。典型的には、制御電圧および／または制御電流がバイアス回路の中で変化され、直流動作電流が変化し、それにより動作導通角が変化する。ある実装では、バイアス回路のインピーダンスを、バイアス回路に直列の抵抗を使用することにより調整することができる。抵抗値を変化させて異なるインピーダンス値を得ることができる。
【００８２】
図９を参照すると、電力増幅器７ａの１段は、３つの構成要素から構成される。すなわち、オンチップ電力分割器１０と、２組のブランチ１２および１４と、それに続くオンチップ電力合成器１６である。ブランチ１２およびブランチ１４は、ブランチの各々の組をバイアスする別のバイアス回路（図示せず）を持つ増幅器の１段に属する。ブランチ１２およびブランチ１４の各々の組は、セル２０の１つ以上のブランチ１８ａ、１８ｂ．．．１８ｎを備える。セル２０は、１つ以上のトランジスタと他の受動回路素子とから構成することができる。入力Ｖ１は、２つの異なる周波数での正弦波の和で構成される。
【００８３】
【数２３】
2010506514.tif 000025
【００８４】
入力信号Ｖ１はオンチップ電力分割器１０に送られる。適切なオンチップ電力分割器の１例は、特性インピーダンスＺ０＊√２の２つの４分の１波長線路に分離された特性インピーダンスがＺ０であるマイクロストリップ線路である。入力は、同じ周波数成分を持つが、入力電力の何文の一で、２つの信号に分割される。ここで、一方の信号をＶ２、他方の信号をＶ３とすると、それらは位相差を有しない。
【００８５】
【数２４】
2010506514.tif 000026
【００８６】
これらの信号は次に、それぞれ、ブランチの組１２および１４に送られる。各増幅器により受信された信号は、増幅器の伝達関数に従って増幅され、それらは、下記のそれぞれの式を使用して近似的にモデル化することができる。
【００８７】
【数２５】
2010506514.tif 000027
【００８８】
ここで、ＫｉＡはブランチの組１２の３次電圧伝達関数の係数を表し、ＫｉＢはブランチの組１４の３次電圧伝達関数の係数を表す。この増幅段の設計の一つの重要な特徴は、ブランチの組１２におけるＫ３Ａの項とブランチの組１４におけるＫ３Ｂの項とは、実質的に等しくかつ反対であることである。この条件に加えて、基本周波数成分の位相は実質的に等しく、その結果、基本波成分の最大の電力合成が生じる。次式により１組のＩＭＤ３の項を調べる。その他のＩＭＤ３の項も形において同様であり、同じ数学操作に従う。
１２からの１つのＩＭ３の項：
【００８９】
【数２６】
2010506514.tif 000028
【００９０】
恒等式
【００９１】
【数２７】
2010506514.tif 000029
【００９２】
を使用して、
【００９３】
【数２８】
2010506514.tif 000030
【００９４】
と求められる。恒等式
【００９５】
【数２９】
2010506514.tif 000031
【００９６】
を使用して、
【００９７】
【数３０】
2010506514.tif 000032
【００９８】
と求められる。
１４からの１つのＩＭ３の項：
【００９９】
【数３１】
2010506514.tif 000033
【０１００】
恒等式
【０１０１】
【数３２】
2010506514.tif 000034
【０１０２】
を使用して、
【０１０３】
【数３３】
2010506514.tif 000035
【０１０４】
と求められる。恒等式
【０１０５】
【数３４】
2010506514.tif 000036
【０１０６】
を使用して、
【０１０７】
【数３５】
2010506514.tif 000037
【０１０８】
と求められる。
【０１０９】
ブランチの組１２および１４の出力は、第２のオンチップ電力合成器１６に送られる。第２のオンチップ電力合成器１６は、第１のオンチップ電力分割器１０と同じタイプであってもよいし同じタイプでなくともよく、２つのブランチの組の出力に存在するＲＦ信号を１つのＲＦ出力信号に合成するために使用される。上記で見ることができるように、Ｋ３Ａ＝−Ｋ３Ｂの場合には、この組のＩＭＤ３の項は相殺するだろう。同様に、他の全てのＩＭＤ３の項も同様に相殺し、ＯＩＰ３における改善につながる。具体的には、ＩＭＤ３レベルの低減は、基本波出力電力の1：1勾配の外挿線と３次相互変調積の３：1勾配の外挿線との間の交点をより高い電力へ移動させるだろう。その結果、より高いＯＩＰ３値を生じる。増幅器ブランチ１２および増幅器ブランチ１４に存在する１次項を見ると、
１２からの１次項：
【０１１０】
【数３６】
2010506514.tif 000038
【０１１１】
１４からの１次項：
【０１１２】
【数３７】
2010506514.tif 000039
【０１１３】
と求められる。
【０１１４】
これらの項によるオンチップ電力合成器１６の出力は次式のとおりである。
【０１１５】
【数３８】
2010506514.tif 000040
【０１１６】
Ｋ１Ａが実質的にＫ１Ｂに等しい場合、オンチップ電力合成器１６の出力には基本波の項が存在するだろう。実質的にＫ１Ｂに等しいＫ１Ａを有することはまた、両方のブランチの組に対し基本波成分の位相が等しいことを保証する。
【０１１７】
ブランチ１２および１４の並列の組においてＩＭＤ３成分の大きさが実質的に等しいということを保証するためには、ブランチの各組に対して正しいサイズが選択されなければならない。ブランチの各組のサイズは、そのブランチの生成できる電力に直接に関係する。異なる点（すなわち、各々のブランチに対して動作の異なる導通角）にバイアスされている同じ数のユニットセルを持つ２つのブランチは、異なるＩＭＤ３レベルを生成するだろう。例えば、ＡＢ級動作モードにバイアスされた、ある数のユニットセル２０を持つブランチは、近似Ｂ級動作モードにバイアスされた同じサイズのブランチより、同じ入力電力レベルで、大幅に低いＩＭＤ３の項を生成するだろう。このように、近似Ｂ級モード増幅器は、ＩＭＤ３の大きさが、同じ入力電力レベルでＡＢ級モード増幅器のＩＭＤ３の大きさと実質的に等しいようなサイズにしなければならない。サイズを決定するための１つの方法は、複数の近似Ｂ級モードのブランチの組を試験し、適切なＩＭＤ３の大きさを決定することである。すなわち、２つの並列のブランチの組のＩＭＤ３レベルが実質的に大きさにおいて等しく位相において逆であったとしても、それらのＩＭＤ３の大きさが異なるにつれて、出力電力合成器１６の出力で見られるＯＩＰ３の改善は、それほど大きくはなくなるだろう。さらに、ブランチの組１２および１４に対するＩＭＤ３の大きさは、ある電力レベルでは実質的に等しくても、別の電力レベルでは等しくない可能性がある。
【０１１８】
個々のブランチの組のサイズに加えて、特定の増幅段におけるブランチの組の数もまた、増幅器の適用に基づいて変えることができる。従って、電力増幅器でのある段が３つのブランチの組を有する場合、オンチップ電力分割器１０および１６は、入力Ｖ１を３方路に分割し、また３つのブランチの組の出力を単一の出力信号Ｖ６に合成するように設計しなければならない。このように、任意の１つの増幅段７におけるブランチの組の数は、電力増幅器３の適用によって変化する可能性があると理解されるべきである。
【０１１９】
さらに別の実施形態では、増幅器を利得圧縮モードまたは利得伸張モードのいずれかで動作させることによって、Ｋ３の位相を変化させることができる。利得圧縮モードでは、ブランチまたはブランチの組の利得は、入力電力を増加させるに従って減少する。これに対して、利得伸張モードでは、ブランチ利得は、入力電力を増加させるに従って増加する。基本周波数における出力電力は、次の項を使用してモデル化することができる。すなわち、Ｋ１＊Ａ＋Ｋ３＊Ａ３＋Ｋ５＊Ａ５において、Ａは入力電圧信号の振幅であり、Ｋの項は、ブランチ出力電圧の入力電圧に対する伝達特性を記述するＴａｙｌｏｒ級数展開の係数を表す。偶数次のＫの項はＩＭＤ３成分に寄与せず、従って式の中には含まれない。
【０１２０】
利得伸張に対しては、Ｋ１が正であれば、Ｋ３の項とＫ５の項とは正であり、また、利得圧縮に対しては、Ｋ３の項とＫ５の項とは負である。ツートーンの励振に対する３次ＩＭＤ成分もまた、Ｋ３の項とＫ５の項とを含む。このことは、ＩＭＤ３成分は、利得伸張の間は基本波について同位相であり、利得圧縮に対しては基本波について逆位相であることを意味する。ＲＦ増幅器においては、このことは、バイアスレベルを変化させ異なるインピーダンスを持つバイアス回路を使用することにより、１つ以上のブランチのバイアスを調整することで達成することができる。
【０１２１】
本技術は異なる半導体ＩＣ工程で使用されるので、改善が観測される電力レベルの範囲を変化させることができる。また、制御ループの組み込みは、広い電力範囲にわたっての改善を保証することができる。共通の課題は、数学的導出式に関連するＫ３の項がＲＦ入力電力の関数として変化し得ることである。従って、制御ループを使用して、両方の電力増幅器ブランチの組のバイアスレベル（すなわち、導通角）とバイアス回路のインピーダンスを調整することにより、Ｋ３の変化を補うことができる。ＲＦ電力の関数としてのＫ３の変化に対するこの動的補償は、入力電力の広い範囲にわたる最適なＩＭ３キャンセル／低減のために、ＩＭＤ３の大きさと位相とを調整することを可能にする。
【０１２２】
図１０を参照すると、入力Ｖ１から増幅段７ａのブランチの組１２および１４に対するバイアス回路（図示せず）へ制御ループ２２が接続されて示される。訂正信号２４は、ＲＦ入力信号Ｖ１を監視することにより生成され、電力の関数として、ブランチの組１２および１４のバイアスレベルとバイアス回路（図示せず）のインピーダンスを制御する。すなわち、ＲＦ入力信号Ｖ１はサンプルされて制御論理ブロック２２に供給され、制御論理ブロック２２は印加されたＲＦ電力に対する適切なバイアスレベルを生成する。これらのバイアスレベルを、あらゆる手段によって、例えば、入力電力レベルＶ１をルックアップテーブルに格納されたレベルと比較すること、または、特定の入力電力レベルに対してそれぞれのバイアスレベルを直接生成する回路ブロックを使用ことによって（これらに限定はされない）、生成することができる。訂正信号２４は、バイアス回路（図示せず）に対する制御電圧を変化させることにより、ブランチの組１２および１４のバイアスレベルとバイアス回路インピーダンスとを制御する。より具体的には、制御論理２２がブランチの組１４がよりＡＢ級モードの方へバイアスされるべきであると判定した場合、バイアス回路の制御電圧は、それに従って調整されるだろう。一実施形態では、バイアス制御論理２２は、ブランチの組１４に対するバイアス電気回路の中に、そして、ブランチの組１２の中にも設置することができる。さらに、バイアス回路のインピーダンスは、並列抵抗アレイ（図示せず）のセグメントを開閉するスイッチを用いて調整することもできる。バイアス回路（図示せず）のバイアス／インピーダンス調整機能の結果として、電力レベルの広い範囲にわたってＯＩＰ３の改善を得ることができる。
【０１２３】
図１１には、制御論理２２に対するフローチャートが示されている。最初に、ステップ２６において入力電力レベルＶ１が感知される。そして、感知した信号を、例えば、（１）ステップ２８において、ルックアップテーブルの中に格納された値と比較することにより、または、（２）感知した信号をバイアス回路に対するそれぞれのバイアス／インピーダンスレベルに変換することにより、その情報を使用してブランチの組１２および１４に与えるべき変化を決定する。バイアス回路に対する可能な変化は、（１）バイアス回路のインピーダンスの変化、ステップ３４または、（２）ブランチのバイアスの増加／減少、ステップ３２である。制御論理ブロック２２の中で決定がなされると、ステップ３６においてブランチの組１２および１４には適切な変化が与えられ、ブランチの組１２および１４のＩＭＤ３成分の大きさは実質的に等しくなり、ＩＭＤ３成分の位相は互いに１８０度位相がずれて、基本波の位相は大体等しくなる。
【０１２４】
上記のＩＭ３の低減に対する増幅器の改善は、非常に広帯域な解決法をもたらすもので、完全にオンチップで実装することができる。本技術は、増幅器のブランチレベルにおける新規なバイアス技術と組み合わされた独自の電力増幅器の回路方式に基づいている。本技術は非常に柔軟性に富み、いずれのＩＣ工程（すなわち、Ｓｉ  ＣＭＯＳ、ＳｉＧｅ  ＢｉＣＭＯＳ、ＧａＡｓ  ＨＢＴ等）にも適用することができる。
【０１２５】
本発明の範囲と趣旨を逸脱することなく、本発明に種々の変更と変形を加えることができることが、当業者によって理解されるべきである。本発明は、このような変更と変形を、添付の特許請求の範囲の範囲と趣旨、およびこれらの均等物内で生じるとして、包含することを意図している。
【図１】
2010506514.tif 000041
【図２】
2010506514.tif 000042
【図３】
2010506514.tif 000043
【図４】
2010506514.tif 000044
【図５】
2010506514.tif 000045
【図６】
2010506514.tif 000046
【図７】
2010506514.tif 000047
【図８】
2010506514.tif 000048
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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