(57)【要約】  回路は、第１の差動入力信号及び第２の差動入力信号を乗算するように構成されるミキサを含む乗算器回路を含む。ミキサは、制御端子を含む複数のトランジスタを含む。複数のトランジスタの制御端子は、バイアス信号及び第１の差動入力信号を受取る。バイアス回路はバイアス信号を生成するように構成される。バイアス回路によって生成されるバイアス信号は、複数のトランジスタの１つのトランジスタの電圧閾値及び一定基準電流とバイアス抵抗との積に基づく。【選択図】図５
2015500615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路であって、
第１の差動入力信号及び第２の差動入力信号を乗算するミキサを含む乗算器回路と、
前記ミキサの出力を受取る第１の差動増幅器と、
バイアス信号を生成するバイアス回路と、
前記第１の差動増幅器の出力に接続され、前記バイアス回路に接続されるコモンモード入力を有するコモンモードフィードバック増幅器と、
を備え、
前記ミキサは、制御端子を含む複数のトランジスタを有し、
前記複数のトランジスタの前記制御端子は、前記バイアス信号及び前記第１の差動入力信号を受取り、
前記バイアス信号は、ｉ）前記複数のトランジスタの１つのトランジスタの電圧閾値及びｉｉ）一定基準電流とバイアス抵抗との積に基づいて前記バイアス回路によって生成され、
前記バイアス回路は、
前記一定基準電流を生成する電流源と、
前記バイアス抵抗を有し、前記電流源と通信する一端を含むバイアス抵抗器と、
第１の端子及び前記バイアス抵抗器の一端と通信する制御端子を含む第１のトランジスタと、を有し、
前記バイアス信号は、前記バイアス抵抗器と前記電流源との間のノードで生成される、回路。
【請求項２】
前記ミキサはギルバートセルミキサを含む、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記バイアス回路は、プロセス及び温度の変動によらず前記ミキサの変換利得が実質的に一定であるよう前記バイアス信号を生成する、請求項１または２に記載の回路。
【請求項４】
前記複数のトランジスタは整合トランジスタであり、前記第１のトランジスタは、前記複数のトランジスタのスケーリングされたバージョンである、請求項１から３のいずれか一項に記載の回路。
【請求項５】
前記複数のトランジスタは、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第３のトランジスタ、及び第４のトランジスタを含み、
前記バイアス信号及び前記第１の差動入力信号の一方の極は、前記第１のトランジスタ及び前記第４のトランジスタの前記制御端子に入力され、
前記バイアス信号及び前記第１の差動入力信号の別の極は、前記第２のトランジスタ及び前記第３のトランジスタの前記制御端子に入力される、請求項１から４のいずれか一項に記載の回路。
【請求項６】
前記第２の差動入力信号の一方の極は、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタの第１の端子に入力され、
前記第２の差動入力信号の別の極は、前記第３のトランジスタ及び前記第４のトランジスタの第１の端子に入力される、請求項５に記載の回路。
【請求項７】
第１の抵抗器と、
第２の抵抗器と、
を更に備え、
前記複数のトランジスタは、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第３のトランジスタ、及び第４のトランジスタを含み、
前記第１のトランジスタ及び前記第３のトランジスタの端子は、前記第１の差動増幅器の非反転入力及び前記第１の抵抗器の一端と通信し、
前記第２のトランジスタ及び前記第４のトランジスタの端子は、前記第１の差動増幅器の反転入力及び前記第２の抵抗器の一端と通信する、請求項１から４のいずれか一項に記載の回路。
【請求項８】
前記コモンモードフィードバック増幅器は、前記第１の抵抗器の別の端部及び前記第１の差動増幅器の反転出力と通信する第１の入力、並びに、前記第２の抵抗器の別の端部及び前記第１の差動増幅器の非反転出力と通信する第２の入力を含む、請求項７に記載の回路。
【請求項９】
前記第１の差動入力信号を受取る入力を有し、前記第２の差動入力信号を出力するトランスコンダクタンス増幅器を更に備え、
前記複数のトランジスタは、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第３のトランジスタ、及び第４のトランジスタを含み、
前記バイアス信号及び前記第１の差動入力信号の一方の極は、前記第１のトランジスタ及び前記第４のトランジスタの前記制御端子に入力され、
前記バイアス信号及び前記第１の差動入力信号の別の極は、前記第２のトランジスタ及び前記第３のトランジスタの前記制御端子に入力され、
前記第２の差動入力信号の一方の極は、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタの第１の端子に入力され、
前記第２の差動入力信号の別の極は、前記第３のトランジスタ及び前記第４のトランジスタの第１の端子に入力される、請求項１から４のいずれか一項に記載の回路。
【請求項１０】
無線周波数（ＲＦ）電力検出回路であって、
請求項１から９のいずれか一項に記載の回路と、
電力増幅器の出力と通信する入力、及び、前記乗算器回路の第１の入力と通信する出力を有する電圧分割器回路と、
前記電力増幅器の入力と通信する入力、及び、前記乗算器回路の第２の入力と通信する出力を有する第２の差動増幅器、
前記乗算器回路の出力と通信する入力、及び、電力検出信号を生成する出力を有する前記第１の差動増幅器と、
を備える、無線周波数電力検出回路。
【請求項１１】
前記第１の差動増幅器の一方の差動入力及び前記第１の差動増幅器の一方の差動出力と通信する第１の抵抗器と、
前記第１の差動増幅器の別の差動入力及び前記第１の差動増幅器の別の差動出力と通信する第２の抵抗器と、
を更に備える、請求項１０に記載の無線周波数電力検出回路。
【請求項１２】
前記第１の差動入力信号を受取る入力を有し、前記第２の差動入力信号を出力するトランスコンダクタンス増幅器を更に備え、該無線周波数電力検出回路に関連する負荷インピーダンスは前記第１の差動入力信号に関連する電圧に基づく、請求項１０または１１に記載の無線周波数電力検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線周波数（ＲＦ）送信機に関し、より詳細には、ＲＦ送信機用のＲＦ電力検出回路に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］  本出願は、２０１２年１２月１３日に出願された米国出願第１３／７１３３２８号、に対する優先権を、また、２０１１年１２月１５日に出願された米国仮出願第６１／５７６３０６号及び２０１２年１０月３１日に出願された米国仮出願第６１／７２０８４４号の利益を主張する。上記で参照される出願の全体の開示は、引用することにより本明細書の一部をなす。
【背景技術】
【０００３】
本明細書で提供される背景説明は、本開示の背景を全体的に提示するためのものである。その研究がこの背景セクションで述べられる範囲の、現在のところ挙げられている発明者らの研究、並びに、出願時に通常なら従来技術と見なすことができない説明の態様は、本開示に対する従来技術として明示的にも暗黙的にも認められない。
【０００４】
一部の無線周波数（ＲＦ）送信機は、送信される出力電力の正確な制御を必要とする。例えば、多くのＲＦ送信機は、ＦＣＣ規制及び無線規格に従う必要がある。出力電力の制御は、開ループ制御システム又は閉ループ制御システムを使用して達成され得る。開ループ制御システムでは、ＲＦ送信機は、送信機内の正確な利得ステップに頼る。閉ループ制御システムでは、出力電力が測定され、利得が相応して調整される。
【０００５】
ＲＦ電力検出回路は、任意のＲＦ送信機閉ループ電力制御システムの一体部分である。ＲＦ電力検出回路は絶対送信電力を測定する。この測定は、好ましくは、温度、プロセス速度によるデバイス特性、及び負荷／アンテナインピーダンスの変動に無関係である。
【０００６】
一部のＲＦ電力検出回路は、アンテナ等の出力負荷の抵抗値を仮定し、出力電圧を測定し、２乗した出力電圧を抵抗値で割った値に基づいて出力電力を計算する。しかし、アンテナ等の負荷の抵抗値は動作中に変動する場合がある。例えば、アンテナの抵抗値は、アンテナが他の物体に近いか又は他の物体に接触するときに影響を受ける場合がある。認識され得るように、ＲＦ電力計算は、アンテナの実際の抵抗値と仮定される抵抗値との差によって悪影響を受けることになる。
【発明の概要】
【０００７】
回路は、第１の差動入力信号及び第２の差動入力信号を乗算するように構成されるミキサを含む乗算器回路を備える。ミキサは、制御端子を含む複数のトランジスタを備える。複数のトランジスタの制御端子は、バイアス信号及び第１の差動入力信号を受取る。バイアス回路はバイアス信号を生成するように構成される。バイアス回路によって生成されるバイアス信号は、複数のトランジスタの１つのトランジスタの電圧閾値及び一定基準電流とバイアス抵抗との積に基づく。
【０００８】
他の特徴では、ミキサはギルバートセルミキサを含む。バイアス回路は、プロセス及び温度の変動によらずミキサの変換利得が実質的に一定であるようバイアス信号を生成するように構成される。バイアス回路は、一定基準電流を生成するように構成される電流源と、バイアス抵抗を有し、第１の電流源と通信する一端を含むバイアス抵抗器と、第１の端子及びバイアス抵抗器の一端と通信する制御端子を含む第１のトランジスタとを含む。バイアス信号は、バイアス抵抗器と電流源との間のノードで生成される。
【０００９】
回路を動作させる方法は、ミキサを使用して、第１の差動入力信号及び第２の差動入力信号を乗算することを含み、ミキサは、制御端子を含む複数のトランジスタを備える。複数のトランジスタの制御端子は、バイアス信号及び第１の差動入力信号を受取る。本方法は、複数のトランジスタの１つのトランジスタの電圧閾値及び一定基準電流とバイアス抵抗との積に基づいてバイアス信号を生成することを更に含む。
【００１０】
他の特徴では、ミキサはギルバートセルミキサを含む。バイアス信号を生成することは、プロセス及び温度の変動によらずミキサの変換利得が実質的に一定であるようバイアス信号を生成することを含む。バイアス信号は、バイアス抵抗器と電流源との間のノードで生成される。
【００１１】
本開示の適用可能性の更なるエリアは、詳細な説明、特許請求の範囲、及び図面から明らかになるであろう。詳細な説明及び特定の例は、例証だけのために意図され、本開示の範囲を制限することを意図されない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術に係るＲＦ電力検出回路の例の機能ブロック図及び電気配線図である。
【００１３】
【図２】乗算器回路の例の機能ブロック図及び電気配線図である。
【００１４】
【図３】本開示に係るバイアス回路の例の機能ブロック図及び電気配線図である。
【００１５】
【図４】本開示に係るバイアス回路を含む乗算器回路の例の機能ブロック図及び電気配線図である。
【００１６】
【図５】本開示に係るバイアス回路を含む乗算器回路の別の例の機能ブロック図及び電気配線図である。
【００１７】
【図６】本開示によるバイアス回路を含む乗算器回路の別の例の機能ブロック図及び電気配線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで図１を参照すると、従来技術の送信機の出力回路１０の一部が示される。出力回路１０は、増幅され送信される無線周波数（ＲＦ）信号を受取る電力増幅器（ＰＡ：power amplifier）２０を備える。ＰＡ２０は、増幅されたＲＦ信号を、変圧器２４の１次側に出力する。変圧器２４の２次側の一端は、プリント回路ボード（ＰＣＢ）上に配置されることができるアンテナ２６に接続される。変圧器２４の２次側の別の端は、グラウンド等の基準電位に接続される。この例では、アンテナは、負荷インピーダンスを有する負荷である。
【００１９】
出力回路１０はまた、ＰＡ２０の出力電力レベルを検出するＲＦ検出回路３２を備える。ＲＦ検出回路３２は、ＰＡ２０に対する入力を受取って増幅し、増幅された信号を乗算器回路４２の第１の入力に出力する増幅器４０を備える。電圧分割器４４は、ＰＡ２０の出力（又は変圧器２４の２次側上のノード４５Ａ及び４５Ｂ）に接続され、信号を乗算器回路４２の第２の入力に出力する。乗算器回路４２の出力は、増幅器４６の入力に接続され、増幅器４６は、増幅器４６のそれぞれの入力及び出力に接続された第１フィードバック抵抗及び第２のフィードバック抵抗ＲＦＢを有する。増幅器４６は、検出された出力電力に基づく電力検出電圧信号ＶＰＤを出力する。
【００２０】
送信されるＲＦ電力は、ＰＡ２０の出力電圧と出力電流とを乗算することによって測定される。その結果は、負荷／アンテナインピーダンス（Ｒ）又は電圧定在波比（ＶＳＷＲ：voltage standing wave ratio）に無関係である。ＰＡ２０の出力電圧は、電圧分割器４４を通して検知される（ｋＶ＊ＶＰＡ）。ＰＡ２０の出力電流は、スケールダウンされた複製ＰＡ（ｋＩ＊ＩＰＡ）を使用することによって複製される。
【００２１】
図２では、従来技術の乗算器回路４２の例が示される。乗算器回路４２は、ギルバートセルミキサ等のミキサ５０を備え、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４を含む。トランジスタＭ１及びＭ２の第１の端子は電流Ｉｐを受取る。トランジスタＭ３及びＭ４の第１の端子は電流Ｉｎを受取る。トランジスタＭ２及びＭ３の制御端子は、第１のバイアス信号ＶＢ及び検知された出力電圧ＶＰＡ（又はＶＢ−１／２ＶＰＡ）を受取る。トランジスタＭ１及びＭ４の制御端子は、バイアス信号ＶＢ及び検知された出力電圧ＶＰＡ（又はＶＢ＋１／２ＶＰＡ）を受取る。トランジスタＭ３の第２の端子は、トランジスタＭ１の第２の端子に接続される。トランジスタＭ２の第２の端子は、トランジスタＭ４の第２の端子に接続される。
【００２２】
乗算器回路４２は変換利得Ｇｃを有する。ミキサ５０は、Ｖ＊Ｉ乗算を実施する。トランジスタＭ１〜Ｍ４は、線形領域でバイアスされる。電流Ｉｐは、２つの部分Ｉｐ１及びＩｐ２に分割される。その比は、トランジスタＭ１及びＭ２のアドミタンス（ｇｄｓ１及びｇｄｓ２）に依存する。同様に、電流Ｉｎは、ｇｄｓ３及びｇｄｓ４に依存する２つの部分Ｉｎ１及びＩｎ２に分割される。仮想ＧＮＤ終端が、導出を容易にするために仮定されるが、それは必要でない。
【数１】
2015500615.tif 000003
【００２３】
図１から、電力検出回路の出力（電圧）は、
【数２】
2015500615.tif 000004
に等しい。図２から、乗算器変換利得Ｇｃは、
【数３】
2015500615.tif 000005
である。したがって、電力検出回路の出力は、
【数４】
2015500615.tif 000006
に等しい。
【００２４】
オンチップ抵抗の値ＲＦＢは、温度及びプロセス変動（製造）に依存する。ＭＯＳ閾値電圧ＶＴもまた、温度及びプロセス変動（製造）に依存する。ｋＶ及びｋＩ（ＰＡ電圧分割比及びＰＡ電流分割比）は、温度、プロセス、及び負荷インピーダンスに無関係である、比をとったギルバートセルを使用して達成され得る。
【００２５】
本開示によれば、（ＶＢ−ＶＴ）は、Ｉｒｅｆ＊Ｒｂｉａｓに等しく設定される。抵抗器ＲＦＢ及びＲｂｉａｓは、互いのスケーリングされたバージョン、例えば、ＲＦＢ＝Ａ＊Ｒｂｉａｓとして実装され得る。抵抗の比Ａは、一定でかつプロセス及び温度変動に無関係のままであり、したがって、電力検出器の出力は、
【数５】
2015500615.tif 000007
である。
【００２６】
一定基準電流Ｉｒｅｆは、プロセス又は温度に依存しない。一定基準電流Ｉｒｅｆは、通常、オンチップで既に利用可能である。一定基準電流Ｉｒｅｆは、バンドギャップ電圧と外部高精度抵抗との組合せを使用することによって生成され得る。
【００２７】
ここで図３を参照すると、バイアス電圧ＶＢ＝ＶＴ＋Ｉｒｅｆ＊Ｒｂｉａｓを生成するためのバイアス回路１００が示される。バイアス回路１００は、バイアス抵抗器Ｒｂｉａｓの一端に接続される電流源Ｉｒｅｆを備える。抵抗器Ｒｂｉａｓの別の端は、トランジスタＭ５の第１の端子及び制御端子に接続される。トランジスタＭ５の第２の端子は、グラウンド等の基準電位に接続される。
【数６】
2015500615.tif 000008
であり、
【数７】
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である場合、
【数８】
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である、と仮定する。
【００２８】
これは、非常に低い電流密度でトランジスタＭ５をバイアスすることによって行われ得る。トランジスタＭ５は、好ましくは、最良整合のためのトランジスタＭ１〜Ｍ４のスケーリングされたバージョンである。
【００２９】
ここで図４及び図５を参照すると、本開示に係る乗算器回路２００の例が示される。図４では、乗算器回路２００は、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４を有するギルバートセル等のミキサ２０６を備える。サンプリングされた電圧ＶＰＡは、キャパシタンスＣ１及びＣ２の第１の端子に接続される。キャパシタンスＣ１及びＣ２の第２の端子は、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の制御端子並びに抵抗器Ｒ１及びＲ２の第１の端子に接続される。抵抗器Ｒ１及びＲ２の第２の端子は、バイアス電圧ＶＢをバイアス回路１００に提供する。第１のトランジスタＭ１及び第２のトランジスタＭ２の第１の端子並びに第３のトランジスタＭ３及び第４のトランジスタＭ４の第１の端子は、ＩＰＡに接続される。トランジスタＭ３の第２の端子はトランジスタＭ１の第２の端子に接続される。トランジスタＭ２の第２の端子はトランジスタＭ４の第２の端子に接続される。
【００３０】
増幅器２２０は、トランジスタＭ１及びＭ３の第２の端子並びに第１のフィードバック抵抗器ＲＦＢの一端に接続される、非反転入力を有する。増幅器２２０は、反転入力が、トランジスタＭ２及びＭ４の第２の端子並びに第２のフィードバック抵抗器ＲＦＢの一端に接続されている。増幅器２２０の反転出力は、第１のフィードバック抵抗器ＲＦＢの別の端及び増幅器２３０の第１の反転入力に接続される。増幅器２２０の非反転出力は、第２のフィードバック抵抗器ＲＦＢの別の端及び増幅器２３０の第２の反転入力に接続される。図５では、増幅器２３０のコモンモード入力は、トランジスタＭ５の第２の端子及びコモンモードフィードバック抵抗器ＲＣＭＦＢの一端に接続される。
【００３１】
トランジスタＭ１〜Ｍ４は、一定電圧（Ｖｇｓ−ＶＴ）によってバイアスされる。回路は、非ゼロコモンモード入力電圧レベルに対処する。Ｉｒｅｆ＊ＲＣＭＦＢは、コモンモード電圧基準を設定する。コモンモードフィードバック増幅器は、Ｖ＋＝Ｖ−＝ＶＣＭＲＥＦを設定する。したがって、トランジスタＭ１〜Ｍ４は、（Ｖｇｓ−ＶＴ）＝Ｉｒｅｆ＊Ｒｂｉａｓによって依然としてバイアスされる。
【００３２】
上記の説明は、受動ミキサを使用する電力検出器を含めたが、本開示は、能動ミキサも使用してもよい。能動ミキサトランジスタは、一定のオーバドライブ電圧＝Ｉｒｅｆ＊Ｒによってバイアスされてよい。認識され得るように、上記の説明はＲＦ検出回路に関連するが、乗算器回路は、他のシステムで使用され得る。さらに、入力は、負荷に送出される電圧及び電流に対応する必要はない。
【００３３】
ＰＡ負荷インピーダンスは、未知であり、環境とともに変動し得るＺＬ＝|Ｚ|＊ｅ−ｊΦ。ＰＡが最も効率的に動作するようにＰＡ出力整合が最適化され得るので、負荷インピーダンス値を知ることは有用である。ＰＡ負荷インピーダンスは、以下の２つの測定値、すなわち、
【数９】
2015500615.tif 000011
を有する場合、測定され得る。
【００３４】
|Ｚ|及びΦは、これらの２つの測定値を使用して解かれ得る。電圧Ｖｓｑは、複数の方法で生成されることができ、その中の１つの方法が図６に示される。
【００３５】
ここで図６を参照すると、電圧ＶＰＡは、トランスコンダクタンス増幅器２６０に対する入力であり、トランスコンダクタンス増幅器２６０はＶＰＡを受取る。トランスコンダクタンス増幅器２６０は、電圧入力を電流出力に変換する。トランスコンダクタンス増幅器２６０は、出力電流ＧｍＶＰＡを生成し、出力電流ＧｍＶＰＡは、図４及び図５の場合のＩＰＡの代わりに、トランジスタＭ１及びＭ２並びにトランジスタＭ３及びＭ４の第１の端子に入力される。
【００３６】
上記の説明は、本質的に例証に過ぎず、本開示、その適用、又は使用を制限することを決して意図されない。本開示の幅広い教示は、種々の形態で実装され得る。したがって、本開示が特定の例を含むが、本開示の真の範囲は、そのように制限させるべきでない。その理由は、図面、明細書、及び添付特許請求の範囲を検討すると、他の変更形態が明らかになるからである。明確にするために、同じ参照符号は、同様の要素を特定するために図面において使用されるであろう。本明細書で使用されるように、Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つという言い回しは、非排他的な論理和（non-exclusive logical OR）を使用する論理計算（logical）の（ＡｏｒＢｏｒＣ）を意味すると解釈されるべきである。一方法内の１つ又は複数のステップは、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で（又は同時に）実行されることができることが理解されるべきである。
【図１】
2015500615.tif 000012
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2015500615.tif 000018
2015500615.tif 000019
2015500615.tif 000020