(57)【要約】増幅器回路は、入力ノードで位相変調信号を受信する。増幅器回路の電源端子は、振幅エンベロープ信号に従って変調される。電源端子での電圧は、エンベロープ信号の大きさに依存して１又はそれ以上の線形レギュレータにより変調される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子、出力端子、及び電源端子を有する増幅器回路と、
第１の電源ノードと前記増幅器回路の前記電源端子との間に結合される第１の線形レギュレータと、
第２の電源ノードと前記増幅器回路の前記電源端子との間に結合される第２の線形レギュレータと
を有する装置。
【請求項２】
前記第１の線形レギュレータ及び前記第２の線形レギュレータは、前記増幅器回路の前記入力端子に存在する位相変調信号の振幅についての振幅エンベロープ信号に応答するよう結合される、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第１の線形レギュレータは、前記電源端子での電圧が前記第１の電源ノードでの電圧を下回る場合に前記第１の電源ノードから前記電源端子へ電流を供給する第１の制御回路を有する、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記第１の制御回路は、
前記第１の電源ノードと前記電源端子との間でソース−ドレイン間を結合される第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのゲートに結合される出力ノードと、前記電源端子での電圧及び前記振幅エンベロープ信号を受けるよう結合される入力ノードとを有する第１の制御増幅器と
を有する、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記第２の線形レギュレータは、前記電源端子での電圧が前記第１の電源ノードでの電圧を上回る場合に前記第２の電源ノードから前記電源端子へ電流を供給する第２の制御回路を有する、請求項３記載の装置。
【請求項６】
前記第２の制御回路は、
前記第２の電源ノードと前記電源端子との間でソース−ドレイン間を結合される第２のトランジスタと、
前記第２のトランジスタのゲートに結合される出力ノードと、前記電源端子での電圧及び前記振幅エンベロープ信号を受けるよう結合される入力ノードとを有する第２の制御増幅器と
を有する、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記電源端子での電圧が前記第１の電源ノードでの電圧を上回る場合に前記第１のトランジスタが導通することを防ぐアクティブ整流器を更に有する請求項３記載の装置。
【請求項８】
前記増幅器回路の前記入力端子は、入力信号の位相変調成分に応答するよう結合され、
前記第１の線形レギュレータ及び前記第２の線形レギュレータは、前記入力信号の振幅エンベロープ成分に応答するよう結合される、
請求項１記載の装置。
【請求項９】
入力信号の位相変調成分を受けるよう結合される増幅器と、
前記入力信号の振幅エンベロープ成分に応答して異なる電源電圧から前記増幅器の電源端子への電源電流を得るよう結合される複数の線形レギュレータと
を有する装置。
【請求項１０】
前記複数の線形レギュレータは、
Ｖ／２の電源電圧を有する電源ノードから電源電流を供給する第１の線形レギュレータと、
略Ｖの電源電圧を有する電源ノードから電源電流を供給する第２の線形レギュレータと
を有する、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の線形レギュレータは、前記電源端子での電圧がＶ／２を下回る場合に電源電流を供給するよう結合される、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記第２の線形レギュレータは、前記電源端子での電圧がＶ／２を上回る場合に電源電流を供給するよう結合される、請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
前記電源端子での電圧がＶ／２を上回る場合に前記第１の線形レギュレータをオフする整流器を更に有する請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の線形レギュレータは、第１の電源ノードと前記増幅器の前記電源端子との間でソース−ドレイン間を結合される第１のトランジスタを有する、請求項９記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の線形レギュレータは、前記入力信号の前記振幅エンベロープ成分と前記増幅器の前記電源端子での電圧とに応答して、前記第１のトランジスタを流れるソース−ドレイン間電流を調整するよう結合される第１の制御増幅器を更に有する、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記第２の線形レギュレータは、第２の電源ノードと前記増幅器の前記電源端子との間でソース−ドレイン間を結合される第２のトランジスタを有する、請求項９記載の装置。
【請求項１７】
前記第２の線形レギュレータは、前記入力信号の前記振幅エンベロープ成分と前記増幅器の前記電源端子での電圧とに応答して、前記第２のトランジスタを流れるソース−ドレイン間電流を調整するよう結合される第２の制御増幅器を更に有する、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
位相変調信号により増幅器回路の入力端子を駆動するステップと、
振幅エンベロープ信号が第１の電圧を下回る場合に第１の線形レギュレータから前記増幅器回路の電源端子へ電源電流を供給するステップと、
前記振幅エンベロープ信号が前記第１の電圧を上回る場合に第２の線形レギュレータから前記電源端子へ電源電流を供給するステップと
を有する方法。
【請求項１９】
前記第１の線形レギュレータから電源電流を供給するステップは、前記振幅エンベロープ信号に応答して第１の電源電圧を調整するステップを有する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の線形レギュレータから電源電流を供給するステップは、前記振幅エンベロープ信号に応答して第２の電源電圧を調整するステップを有する、請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、増幅器回路、より具体的には、ポーラ（polar）増幅器回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力増幅器は、通信システムでアンテナを駆動するために使用されてよい。高いダイナミックレンジを有する信号について、電力増幅器は、出力信号が全振幅より小さい場合は低い効率レベルで動作しうる。電力増幅器がより低い出力電力レベルにおいてより効率的にされ得る場合は、エネルギ消費は低減され得、バッテリ寿命はより長くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】本発明の様々な実施形態に従う増幅器回路を示す。
【図２】本発明の様々な実施形態に従う増幅器回路を示す。
【図３】本発明の様々な実施形態に従うフローチャートを示す。
【図４】本発明の様々な実施形態に従う電子システムの図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
以下の詳細な記載では、添付の図面が参照される。図面には、一例として、本発明が実施され得る具体的な実施形態が示されている。これらの実施形態は、当業者がその実施をすることができる程度に十分に記載されている。当然、本発明の様々な実施形態は、異なるものであるが、必ずしも相互に相容れないわけではない。例えば、一実施例に関連してここで記載される特定の特徴、構成、又は特性は、本発明の精神及び適用範囲から逸脱することなく他の実施例の範囲内で実施されてよい。加えて、当然、夫々の開示される実施形態の範囲内にある個々の要素の位置又は配置は、本発明の精神及び適用範囲から逸脱することなく変更されてよい。従って、以下の詳細な記載は限定の意味で捉えられるべきではなく、本発明の適用範囲は、添付の特許請求の範囲が取り得る均等の全範囲とともに、適切に解釈される特許請求の範囲によってのみ定義される。図面において、同じ参照符号は、複数の図にわたって同一の又は類似する機能性を表す。
【０００５】
図１は、本発明の様々な実施形態に従う増幅器回路を示す。ポーラ増幅器回路１００は、増幅器１３０、リミッタ１４０、エンベロープ検出器１５０、並びに線形レギュレータ１１０及び１２０を有する。
【０００６】
ポーラ増幅器回路１００は、位相及び振幅の変調をされた入力信号をノード１４２で受信する。リミッタ１４０は、ノード１４４で位相変調を保ちながら一定の振幅を有する信号を生成するよう、入力信号の振幅を制限する。エンベロープ検出器１５０は、入力信号の振幅エンベロープを検出し、ノード１５２で振幅エンベロープ信号を生成する。振幅エンベロープ信号の周波数は、入力信号の変調バンド幅に関係している。
【０００７】
増幅器１３０は、ノード１４４に結合されている入力端子と、ノード１３４に結合されている出力端子と、ノード１３２に結合されている電源端子とを有する。いくつかの実施形態で、増幅器１３０は高効率非線形飽和増幅器である。増幅器１３０は、ノード１４４で位相変調信号を受信し、増幅された信号をノード１３４で供給する。ノード１４４での位相変調信号は略一定のエンベロープを有するので、ノード１３４での出力信号の振幅は、電源端子１３２で供給される変調に従って変調される。
【０００８】
線形レギュレータは、振幅エンベロープ信号に応答して電源端子１３２で電圧を変調する。線形レギュレータ１１０は、電源ノード１１２と電源端子１３２との間に結合されている。線形レギュレータ１２０は、電源ノード１２２と電源端子１３２との間に結合されている。電源ノード１１２は電圧Ｖ１を有し、電源ノード１２２は電圧Ｖ２を有する。斯かる記載のために、Ｖ１＜Ｖ２とする。
【０００９】
線形レギュレータ１１０及び１２０は、異なるエンベロープ振幅について動作する。例えば、線形レギュレータ１１０は、より低い電源電圧（Ｖ１）に結合されて、電源端子１３２での電圧がＶ１を下回る限り動作する。電源端子１３２での電圧がＶ１を上回って増大する場合は、線形レギュレータ１１０はオフし、線形レギュレータ１２０がオンする。線形レギュレータ１２０は、電源端子１３２を略Ｖ２にまで高めることができる。
【００１０】
全体の増幅器効率は、可能ならば、より低い電源電圧（Ｖ１）から動作させることによって高められる。高いピーク対平均比を有する入力信号について、ほとんど常により低い電源から動作することで、有意な電力節約が達成され得る。第２の線形レギュレータ１２０は、正確に信号ピークを再現するよう、より高い電源から動作するが、ほとんど常にオフしている。従って、電力増幅器に供給される直流電力は、同じピーク出力能力について低減され、電力増幅器の効率は改善され得る。
【００１１】
図２は、本発明の様々な実施形態に従う増幅器回路を示す。増幅器回路２００は、増幅器１３０と、制御増幅器２０２及びトランジスタ２０４を有する第１の線形レギュレータと、制御増幅器２２２及びトランジスタ２２４を有する第２の線形レギュレータと、制御増幅器２１２及びトランジスタ２１４を有するアクティブ整流器と、電圧オフセット回路２４０及び２５０とを有する。
【００１２】
図２に示されるトランジスタはｐチャネル金属酸化膜半導体（ＰＭＯＳ）トランジスタであるが、本発明は斯かるトランジスタタイプに限定されない。ここで記載される線形レギュレーションを実行可能な如何なるトランジスタタイプも、本発明の適用範囲から逸脱することなく利用されてよい。
【００１３】
増幅器回路２００は、ノード１５２で振幅エンベロープ信号（ＶＥＮＶ）を受信し、ノード１４４で位相変調信号を受信する。いくつかの実施形態で、これらの信号は、図１を参照して上述されるように変調入力信号を制限し且つエンベロープ検出を行うことで生成される。他の実施形態で、これらの信号は、異なる方法により生成される。エンベロープ信号及び位相変調信号を生成するために用いられるメカニズムは、本発明の限定ではない。
【００１４】
図１を参照して上述されるように、増幅器１３０は、効率的に圧縮状態で動作するよう設計され、且つ、その入力部で位相変調信号を受信する。第１の線形レギュレータは、トランジスタ２０４及び制御増幅器２０２を有する。トランジスタ２０４及び制御増幅器２０２は、ノード１５２での振幅エンベロープ信号（ＶＥＮＶ）がＶ１より小さい場合に、トランジスタ２０４によってノード１３２に供給される電圧がＶＥＮＶに近いように、負帰還ループを形成する。Ｖ１は、２つの電源電圧のうち小さい方である。例えば、図２に示されるように、いくつかの実施形態で、Ｖ１は、電源電圧源Ｖ２の値の半分であってよい。この条件（ＶＥＮＶ＜Ｖ１）の下で、トランジスタ２２４は、制御増幅器２２２がトランジスタ２２４のゲート−ソース間電圧をおよそ０Ｖにするので、オフである。
【００１５】
更に、トランジスタ２１４、制御増幅器２１２、及び電圧オフセット回路２４０は、トランジスタ２０４についてのアクティブ電力整流器を形成する。このアクティブ電力整流器は、トランジスタ２０４が（電力を増幅器１３０に供給するよう）動作可能である場合にはトランジスタ２０４をＶ１に接続し、トランジスタ２０４が動作可能でない場合（ＶＥＮＶがＶ１より大きい場合）にはトランジスタ２０４を切り離す。ノード１３２での電圧がＶ１より小さい場合は、制御増幅器２１２は、トランジスタ２１４がトランジスタ２０４のソースをＶ１に接続するスイッチであるように、トランジスタ２１４を駆動する。ノード１３２での電圧がＶ１より大きい場合は、制御増幅器２１２は、トランジスタ２１４のゲートを正に駆動し、トランジスタ２１４のゲート−ソース間電圧をおよそ０Ｖにするとともに、トランジスタ２１４をオフに切り替える。これは、ＶＥＮＶが実質的に大きい（Ｖ１より大きい）場合に起こり、制御増幅器２２２及びトランジスタ２２４はノード１３２での電圧の調整を開始する。電圧オフセット回路２４０及び２５０によって供給される電圧は、制御増幅器２０２、２２２及び２１２のオフセット電圧（及び場合により制限的利得（limited  gain））を乗り越えるよう選択される。加えて、電圧オフセット回路２５０は、ＶＥＮＶがＶ１より小さい場合はトランジスタ２２４をオフしたままとし、２つの線形レギュレータの動作範囲の間にデッドゾーンを生み出すよう調整されてよい。
【００１６】
電力増幅器を利用する多くのシステムは、既に、高効率スイッチング・レギュレータによって供給される少なくとも２つの電力供給を有する。例えば、デジタル回路を有するラジオは、３．３Ｖ及び１．６５Ｖの電圧を供給する電源を有してよい。１．６５Ｖ電源は、３．３Ｖ電源から得られる。従って、このようなシステムで利用される場合に、本発明の様々な実施形態は、電力増幅器に電力を供給するための付加的な構成要素又は広いスペースを必要としない。全体の効率は、費用を追加するとともに付加的な広いスペースを必要とする別個のスイッチング・レギュレータを必要とすることなく、既存の電力供給を用いながら改善され得る。いくつかの実施形態では、２よりも多い線形レギュレータが使用され、各線形レギュレータは異なる電源電圧に結合される。
【００１７】
図３は、本発明の様々な実施形態に従うフローチャートを示す。いくつかの実施形態で、方法３００、又はその部分は、ポーラ増幅器回路によって実行される。ポーラ増幅器回路の実施形態は図１及び図２に示されている。他の実施形態では、方法３００は集積回路又は電子システムによって実行される。方法３００は、この方法を実行する特定のタイプの装置によって限定されない。方法３００に含まれる様々な動作は、提示されている順序で実行されても、あるいは、異なる順序で実行されてもよい。更に、いくつかの実施形態で、図３に挙げられているいくつかの動作は方法３００から除かれる。
【００１８】
方法３００はブロック３１０から開始される。ブロック３１０で、増幅器回路の入力端子は、位相変調信号により駆動される。例えば、増幅器１３０（図１及び図２）は、振幅を制限される位相変調信号により駆動されてよい。位相変調信号は如何なる手段により生成れてもよい。ブロック３２０で、電源電流は、振幅エンベロープ信号が第１の電圧を下回る場合に、第１の線形レギュレータから増幅器回路の電源端子に供給される。例えば、振幅エンベロープ信号ＶＥＮＶがＶ１を下回る場合に、線形レギュレータ１１０（図１）、又は制御増幅器２０２及びトランジスタ２０４を有する線形レギュレータ（図２）は、電源電流を増幅器１３０に供給してよい。
【００１９】
ブロック３３０で、電源電流は、振幅エンベロープ信号が第１の電圧を上回る場合に、第２の線形レギュレータから増幅器回路の電源端子に供給される。例えば、振幅エンベロープ信号ＶＥＮＶがＶ１を上回る場合に、線形レギュレータ１２０（図１）、又は制御増幅器２２２及びトランジスタ２２４を有する線形レギュレータ（図２）は、電源電流を増幅器１３０に供給してよい。
【００２０】
線形レギュレータは、振幅エンベロープ信号に応答して増幅器回路に変調された電源電圧を供給する。増幅器回路は、入力信号の位相変調及び振幅エンベロープ信号に対応する位相変調を有する出力信号を生成する。
【００２１】
図４は、本発明の様々な実施形態に従うシステム図を示す。電子システム４００は、アンテナ４５４、物理レイヤ（ＰＨＹ）４４０、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）レイヤ４３０、プロセッサ４１０、及びメモリ４２０を有する。動作において、システム４００はアンテナ４５４により信号の送受信を行い、信号は、図４に示される様々な要素によって処理される。
【００２２】
アンテナ４５４は１又はそれ以上のアンテナを有してよい。例えば、アンテナ４５４は、単一指向性アンテナ又は全指向性アンテナを有してよい。ここで用いられるように、用語「全指向性アンテナ」は、少なくとも１つの面で略均一なパターンを有するあらゆるアンテナをいう。例えば、いくつかの実施形態で、アンテナ４５４は、例えば、ダイポール・アンテナ又は４分の１波長アンテナ等の単一の全指向性アンテナを有してよい。また、例えば、いくつかの実施形態で、アンテナ４５４は、パッチ・アンテナ又はバックファイア・アンテナ等の単一指向性アンテナを有してよい。更なる実施形態で、アンテナ４５４は、複数の物理的なアンテナを有してよい。例えば、いくつかの実施形態では、多重アンテナが、多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）処理又は空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）処理のために利用される。
【００２３】
物理レイヤ（ＰＨＹ）４４０は、他の無線装置と情報をやり取りするようアンテナ４５４に結合されている。ＰＨＹ４４０は、無線周波数（ＲＦ）信号の送受信をサポートする回路を有してよい。例えば、図４に示されるように、ＰＨＹ４４０は、電力増幅器（ＰＡ）４４２及び低雑音増幅器（ＬＮＡ）４４４を有する。電力増幅器４４２は、例えば、図１及び図２を参照して上述されるような増幅器を有してよい。いくつかの実施形態で、ＰＨＹ４４０は、フィルタリングや周波数変換等を行うための追加の機能ブロックを有する。
【００２４】
ＰＨＹ４４０は、様々なフォーマットの信号を様々な周波数で送信／受信及び変調／復調するよう構成されてよい。例えば、ＰＨＹ４４０は、時間領域多重アクセス（ＴＤＭＡ）信号、符号領域多重アクセス（ＣＤＭＡ）信号、モバイル通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）信号、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）信号、多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）信号、空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）信号、又はその他タイプの通信信号を受信するよう構成されてよい。本発明の様々な実施形態は、この点に関して限定されない。
【００２５】
図４に表されるシステムの例は、携帯電話機、パーソナルデジタルアシスタント、無線ローカルエリアネットワーク・インターフェース、無線ワイドエリアネットワーク局及び加入者局等を有する。電力増幅器を使用する多数の他のシステムが存在する。例えば、ＰＡ４４２は、デスクトップコンピュータ、ネットワークブリッジ若しくはルータ、又はアンテナを用いないその他システムで使用されてよい。
【００２６】
媒体アクセス制御（ＭＡＣ）レイヤ４３０は、如何なる適切な媒体アクセス制御レイヤ実施であってもよい。例えば、ＭＡＣ４３０は、ソフトウェア、若しくはハードウェア、又はそれらのあらゆる組み合わせで実施されてよい。いくつかの実施形態で、ＭＡＣ４３０の一部はハードウェアで実施されてよく、一部は、プロセッサ４１０によって実行されるソフトウェアで実施されてよい。更に、ＭＡＣ４３０は、プロセッサ４１０から分離したプロセッサを有してよい。
【００２７】
プロセッサ４１０は、メモリ４２０、ＭＡＣ４３０、及び他の機能ブロック（図示せず。）と通信可能な如何なるタイプのプロセッサであってもよい。例えば、プロセッサ４１０は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコントローラ等であってよい。
【００２８】
メモリ４２０は、機械読取可能な媒体を有するアーティクル（article）を表す。例えば、メモリ４２０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又はプロセッサ４１０によって読取可能な媒体を有するその他タイプのアーティクルを表す。メモリ４２０は、ソフトウェア駆動のタスクを実行する命令を記憶してよい。メモリ４２０は、また、システム４００の動作に関連付けられているデータを記憶してよい。
【００２９】
システム４００の様々な要素が図４では分離して示されているが、プロセッサ４１０、メモリ４２０、ＭＡＣ４３０、及びＰＨＹ４４０の全て又は一部を単一の集積回路にまとめる実施形態が存在する。例えば、ＭＡＣ４３０及びＰＡ４４２は、集積回路ダイ上で一体化されてよい。いくつかの実施形態で、システム４００の様々な要素は、別々にパッケージ化されて、共通の回路基板上に実装されてよい。他の実施形態で、様々な要素は、マルチチップ・モジュールで見られるように、ともにパッケージ化されている別々の集積回路ダイスであり、また、更なる実施形態で、様々な要素は同じ集積回路ダイ上にある。
【００３０】
増幅器回路、線形レギュレータ回路、及び本発明の他の実施形態は、多数の方法で実施されてよい。いくつかの実施形態で、それらは、電子システムの一部として集積回路で実施される。いくつかの実施形態で、本発明の様々な実施形態の設計説明書は、設計者がそれらをカスタムの又はセミカスタムの設計に含めることを可能にするライブラリに含まれる。例えば、開示されている実施形態のいくつかは、例えば、ＶＨＤＬ又はＶｅｒｉｌｏｇ等の合成可能なハードウェア設計言語で実施され、標準のセル設計やゲートアレイ等への包含のために設計者に分配されてよい。同様に、本発明の如何なる実施形態も、また、特定の製造プロセスを目的とするハードマクロとして表され得る。例えば、増幅器回路２００（図２）の部分は、集積回路のレイヤに割り当てられるポリゴンとして表されてよい。
【００３１】
本発明は特定の実施形態に関して記載されてきたが、当然、改良及び変形が、当業者が容易に理解するように、本発明の精神及び適用範囲から逸脱することなく用いられてよい。斯かる改良及び変形は、本発明の適用範囲及び添付の特許請求の範囲の中にあると考えられる。
【図１】
2010527563.tif 000003
【図２】
2010527563.tif 000004
【図３】
2010527563.tif 000005
【図４】
2010527563.tif 000006
【国際調査報告】
2010527563.tif 000007
2010527563.tif 000008