(57)【要約】バイアス制御（３００）は、バイアス制御により発生したバンドギャップ電圧（４４２）またはバイアス制御の外部のバイアス電圧に基づいて、電力増幅器（１２０）のバイアスを選択的に与える。コントローラ（４２０）が、バンドギャプ電圧（４４２）または外部バイアス電圧のいずれかの選択を制御する。バイアス制御は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）などの低電圧供給レベルで動作可能な第１の半導体材料で作られ、電力増幅器と共通する集積回路に組み立てられてよい。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波入力信号を増幅する高周波（ＲＦ）電力増幅器と、
前記ＲＦ電力増幅器に一定のバイアス電流を与えるように構成された構成可能なバイアスコントローラとを含み、
前記構成可能なバイアスコントローラは、第１の半導体材料で作られ、
前記ＲＦ電力増幅器は、第２の半導体材料に構成される通信デバイス。
【請求項２】
前記ＲＦ電力増幅器は、第１の半導体材料で作られる請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項３】
前記第１の半導体材料は、相補型金属酸化膜半導体材料を含む請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項４】
前記第２の半導体材料は、ガリウムヒ素半導体材料を含む請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項５】
前記構成可能なバイアスコントローラ及び前記ＲＦ電力増幅器は、共通の集積回路に組み立てられる請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項６】
前記構成可能なバイアスコントローラは、
バンドギャップ電圧を発生させるバンドギャップ電圧と、
前記バンドギャップ電圧に応じて参照電流を発生させる電圧−電流変換器と、
前記参照電流を所定のレベルに増倍するプログラマブルカレントミラーと、
参照デバイスへ一定の電流を出力し維持するフィードバック増幅器とを含む請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項７】
前記構成可能なバイアスコントローラは、前記参照デバイスをさらに含み、前記参照デバイスは、バイアス電圧出力を与えるように構成される請求項５に記載の通信デバイス。
【請求項８】
前記プログラマブルカレントミラーは、前記増倍された参照電流を電力増幅器に与える請求項５に記載の通信デバイス。
【請求項９】
前記参照デバイスは、前記第２の半導体材料で作られる請求項６に記載の通信デバイス。
【請求項１０】
前記構成可能なバイアスコントローラは、前記電圧−電流変換器に前記バンドギャップ電圧または外部バイアス電圧源により与えられる参照電圧を選択的に与えるスイッチングデバイスをさらに含む請求項５に記載の通信デバイス。
【請求項１１】
前記構成可能なバイアスコントローラは、前記バンドギャップ電圧発生器と、前記電圧−電流変換器と、前記プログラマブルカレントミラーを、前記通信デバイスの動作に不要なときオフにするように構成される請求項５に記載の通信デバイス。
【請求項１２】
高周波受信機をさらに含む請求項５に記載の通信デバイス。
【請求項１３】
前記高周波受信機は、パーソナル通信システム（ＰＣＳ）対応の受信機を含む請求項１０に記載の通信デバイス。
【請求項１４】
前記高周波受信機は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）対応の受信機を含む請求項１０に記載の通信デバイス。
【請求項１５】
全地球測位衛星（ＧＰＳ）受信機をさらに含む請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項１６】
前記ＲＦ電力増幅器は、多段電力増幅器を含む請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項１７】
バンドギャップ電圧を発生させるバンドギャップ電圧と、
前記バンドギャップ電圧に応じて参照電流を発生させる電圧−電流変換器と、
前記参照電流を所定のレベルに増倍するプログラマブルカレントミラーと、
参照デバイスへ一定の電流を出力し維持するフィードバック増幅器とを含む構成可能なバイアスコントローラ。
【請求項１８】
バイアス電圧出力を与える参照デバイスをさらに含む請求項１７に記載の構成可能なバイアスコントローラ。
【請求項１９】
前記バンドギャップ電圧発生器と、前記電圧−電流変換器と、前記プログラマブルカレントミラーは、第１の半導体材料で作られる請求項１８に記載の構成可能なバイアスコントローラ。
【請求項２０】
前記参照デバイスは、第２の半導体材料で作られる請求項１８に記載の構成可能なバイアスコントローラ。
【請求項２１】
前記電圧−電流変換器に前記バンドギャップ電圧または外部バイアス電圧源により与えられる参照電圧を選択的に与えるスイッチングデバイスをさらに含む請求項１７に記載の構成可能なバイアスコントローラ。
【請求項２２】
前記構成可能なバイアスコントローラは、前記バンドギャップ電圧発生器と、前記電圧−電流変換器と、前記プログラマブルカレントミラーを、動作に不要なときオフにするように構成される請求項２１に記載の構成可能なバイアスコントローラ。
【請求項２３】
電力増幅器と共通する集積回路に組み立てられる請求項１７に記載の構成可能なバイアスコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願のクロスリファレンス）
本願は、「構成可能な電力増幅器のバイアス制御（ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＢＬＥ　ＰＯＷＥＲ　ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ　ＢＩＡＳ　ＣＯＮＴＲＯＬ）」という発明の名称の２０００年１０月６日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第６０／２３８，８４６号と、「線形電力増幅器の一定電流バイアス回路（ＣＯＮＳＴＡＮＴ　ＣＵＲＲＥＮＴ　ＢＩＡＳＩＮＧ　ＣＩＲＣＵＩＴ　ＦＯＲ　ＬＩＮＥＡＲ　ＰＯＷＥＲ　ＡＭＰＬＩＦＩＥＲＳ）」という発明の名称の２０００年１０月２１日に出願された同時係属中の米国実用特許出願第０９／６９３，３９８号の優先権を主張し、それらの内容全体は、本願明細書に参照により援用されたものとする。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、ワイヤレス通信デバイスの送信機において、高周波電力増幅の効率を最大にすることに関し、さらに詳しく言えば、高効率の多段電力レベル増幅器に関する。
【０００３】
【従来の技術】
高効率、低コストの電子モジュールの利用度の高まりに伴い、移動体通信システムの普及が急速に進んでいる。例えば、手持ち式の電話のような通信ハンドセットで二方向の音声及びデータ通信を行うために、さまざまな周波数、伝送方式、変調技術及び通信プロトコルを使用する通信方式が多数ある。異なる変調及び伝送方式にはそれぞれ利点と欠点があるが、１つの共通する要因は、高効率の電力増幅器が必要な点である。これらの通信デバイスの小型化に伴い、これらのデバイスにより与えられる機能性も向上し続ける。これらの手持ち式通信デバイスを開発するさいの１つの主要な問題は、電力消費量である。デバイスの小型化が進むにつれ、消費及び消散される電力量も深刻化してくる。電力増幅が高効率であると、消費される電力量が減少することにより、デバイスのバッテリー寿命が最大化される。
【０００４】
これらのワイヤレスデバイスの別の主要な問題は、回路のサイズである。要求されるハードウェアを最小化するために、より少数の回路モジュールに可能な限り多くの機能性を統合することが望ましい。これにより、手持ち式デバイスを小型化及び低消費電力化することができる。
【０００５】
多くのワイヤレス電力増幅器の応用では、広範囲の動作電力レベルにわたって高効率が要求される。これは、本質的に、電力増幅器に加えて、回路及び論理回路なしに達成し難い。典型的に、制御ダイにあるさらなる回路が、電力増幅器回路に加えて使用されなければならない。
【０００６】
図１は、典型的なトランシーバ５０の簡易ブロック図である。トランシーバ５０は、バイアス回路１００と、電力増幅器１２０と、電圧調整器１４０とを含む。バイアス回路１００は、電圧調整器１４０によりバイアス回路１００に与えられる参照電圧Ｖｒｅｆに基づいて、電力増幅器１２０へ一定の電流ＩＢを維持する。
【０００７】
電力増幅器へ印加される電圧バイアスのレベル、ひいては動作中に電力増幅器により消費される電力レベルを制御するためのバイアス制御システムが、電力増幅器を組み込んだワイヤレス通信デバイスとともに使用されることが多い。図２に、このようなバイアス制御システムの一例が示されている。この例に、エミッタフォロワバイアス回路１００が示されている。エミッタフォロワバイアス回路１００は、高周波（ＲＦ）電力増幅器１２０、さらに詳しく言えば、直流（ＤＣ）バイアス及びＲＦ電力条件のＲＦトランジスタ３２により要求されるベース電流ＩＢを与える。エミッタフォロワバイアス回路１００及び電力増幅器１２０の両方は、典型的に、同じ半導体技術、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を使用して与えられる。
【０００８】
ＧａＡｓ技術を用いて与えられる場合のこのタイプの一般的なバイアス制御システムの主要な欠点の１つは、バッファトランジスタ３０とＲＦトランジスタ３２のそれぞれの２つのベース・エミッタ間電圧降下により、これらのトランジスタの各々のベース・エミッタ間電圧降下ＶＢＥがそれぞれ約＋１．３ボルトであるため、動作温度範囲にわたって適切な動作を維持するために、Ｖｒｅｆが＋３．０Ｖより大きくなければならない。しかしながら、移動体電話やＰＣＳ電話などの多くの通信デバイスでは、通信デバイスに供給電圧を与えるためにバッテリーが使用される。これらのバッテリーは、典型的に、＋２．８ＶＤＣの最小動作電圧を与えるように構成される。通信デバイスは、多くの場合、利用可能な供給電圧が＋２．８ボルトＤＣ（ＶＤＣ）より下がると遮断するように構成される。利用可能なバッテリー電圧が＋３．０ＶＤＣより下がると、ＶＤＣなどの通信デバイスに供給される電圧が要求される＋３．０ボルトであるように、バッテリーにより供給される＋３．０ＶＤＣ以下の動作電圧を上げるステップをとる必要がある。これを達成するためには、＋３．０ＶＤＣ以下の電圧を上げ、最小バッテリー電圧より大きな調整された電圧を通信デバイスに与えるための回路がさらに必要である。
【０００９】
さらに、典型的に、参照電圧ＶＲＥＦをバイアス回路１００に与えるために外部電圧が要求されるため、外部電圧源をバイアス回路１００に接続するための外部入力４９が与えられる。ＲＦ通信デバイスでは、静電放電（ＥＳＤ）が通信デバイスの回路にダメージを与えることがある。ＥＳＤは、回路／構成部品間の接続を経由して通信デバイスの回路を通って広まる可能性がある。外部入力４９があると、バイアス回路１００を通って拾い上げられ広められるＥＳＤの危険性が増すことで、バイアス回路１００及び／または電力増幅器１２０に潜在的にダメージを及ぼすため、バイアス回路１００とともに、一般に通信デバイス１５０の信頼性が低下する。ＧａＡｓ　ＨＢＴ技術は、典型的に、最大±１キロボルト（１ＫＶ）のＥＳＤに対する耐性を与える。±１ＫＶを超えるＥＳＤは、一般的であり、通信デバイスの回路を危険にさらすことになる。
【００１０】
さらに、通信デバイス１５０において、電力増幅器１２０のＲＦトランジスタ３２に与えられるベース電流（ＩＢ）ＲＦは、ＲＦトランジスタ３２により要求される電力の増減に応じてシフトする傾向がある。したがって、バイアス電流のこのようなシフトを補償するために、より高いバイアス電圧をＲＦトランジスタ３２のベースに与えることが一般的である。これにより、効率性の低下、電力消費量の増大を招き、より高い供給電圧の必要性が生じる。
【００１１】
バイアス回路１００は、典型的に、最大ＲＦ出力電力レベルで最大ゲイン及び線形性を可能にする休止電流（ＩＢ）をＲＦトランジスタ３２に与えるように構成される。しかしながら、低電力レベルで、このような固定された静止電流は、より低い電力レベルで適切に動作するために必要なものより高い。その結果、電力増幅器１２０の効率性は、より低いＲＦ出力レベルで減少する。
【００１２】
ノード３４の電圧は、ミラートランジスタ２６とバッファトランジスタ３０のベース・エミッタ間降下により確立される。ノード３４の電圧は、レジスタＲｒｅｆを流れる参照電流Ｉｒｅｆを確立する。温度が変動すると、トランジスタのベース・エミッタ間電圧降下が変動するため、温度に変化が生じると、ノード３４の電圧が影響を受ける。したがって、温度が変化し、ミラートランジスタ２６とバッファトランジスタ３０のベース・エミッタ間電圧が変化すると、ノード３４の電圧が変化する。これにより、電流Ｉｒｅｆも変化する。Ｉｒｅｆが変化すると、ＲＦトランジスタ３２の出力電流ＩＣも変化する。残念なことに、電流ＩＣが低下すると、ＲＦトランジスタ３２の線形性も低下する。
【００１３】
したがって、当業界において、広範囲の出力電力レベルにわたって高効率の電力増幅を達成し、大量生産に経済的なワイヤレス電力増幅回路が望まれる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、通信デバイスにおいて電力増幅器をバイアスするシステムが提供される。簡潔に記載すれば、アーキテクチャ面で、システムは、以下のように与えられる。電圧−電流変換器に、バンドギャップ電圧を発生させるバンドギャップ電圧発生器が与えられる。電圧−電流変換器は、バンドギャップ電圧に応じて参照電流を発生する。参照電流は、参照電流を所定レベルまで増倍するプログラマブルカレントミラーに与えられる。一定の電流を参照デバイスに出力及び維持するために、フィードバック増幅器が与えられる。
【００１５】
また、関連する動作方法及びコンピュータ読み取り可能媒体が与えられる。本発明の他のシステム、方法、特徴及び利点は、以下の図面及び詳細な記載を参照にして、当業者に明らかであり、また、明らかになるであろう。このようなすべての追加のシステム、方法、特徴及び利点は、本願明細書内に含まれており、本発明の範囲内のものであり、特許請求の範囲により保護されるものであることを意図されたい。
【００１６】
図面の構成部品は、必ずしも一定に比例した大きさのものではなく、本発明の原理を明確に示すために強調したものである。さらに、図において、同様の参照符号は、異なる図面の中で対応する部品を示している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
要求された出力電力に応じてバイアスレベルを調節することにより、バッテリーなどの電力源での電力ドレインを最小限に抑えながら、外部の調整された電圧または電流源を用いずに、電力増幅器のバイアスを与えることが望ましい任意のシステムに、構成可能なバイアス制御３００が与えられる。
【００１８】
本発明のバイアス制御により、供給電圧に依存しない温度補償された電圧バイアスＶＢＩＡＳを電力増幅器デバイスに与える。また、このバイアス制御は、電力増幅器に印加される高周波（ＲＦ）駆動電圧に応じて、電力増幅器に可変電流を供給可能なフィードバック回路を電流源に与える。
【００１９】
図３は、通信デバイス２５０を示す簡易ブロック図を示す。図示していないが、通信デバイス２５０は、例えば、携帯電話またはパーソナル通信システム（ＰＣＳ）通信またはその組み合わせに対して、送信機または受信機、またはその両方を含むように構成されてよい。さらに、通信デバイス２５０は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を含むように構成されてよい。
【００２０】
構成可能なバイアス制御ユニット３００は、バイアス電圧（ＶＢＩＡＳ）を電力増幅器１２０に与える。構成可能なバイアス制御ユニット３００と電力増幅器１２０の両方に、供給電圧ＶＣＣが与えられる。供給電圧ＶＣＣは、例えば、バッテリーや電力供給源などの外部電源により与えられてよい。電力増幅器１２０は、高周波（ＲＦ）信号ＲＦ　ＩＮを増幅して、増幅された高周波信号ＲＦ　ＯＵＴを出力するように構成される。信号ＲＦ　ＩＮは、例えば、通信デバイス２５０に組み込まれてよい高周波ベースバンド処理回路（図示せず）により与えられてよい。
【００２１】
図４は、構成可能なバイアス制御ユニット３００のさらなる図を示す。図から分かるように、構成可能なバイアス制御ユニット３００は、フィードバック増幅器４１０と、コントローラ４２０と、スイッチ４３０と、バンドギャップ電圧発生器４４２と、電圧−電流変換器（Ｖ−Ｉ変換器）４４４と、プログラマブルカレントミラー（プログラマブルミラー）４４６と、参照デバイス４６０とを含む。図示していないが、これらの構成部品の各々に、供給電圧ＶＣＣが供給されることが好ましい。
【００２２】
参照デバイス４６０を除いた構成可能なバイアス制御ユニット３００は、第１の半導体材料４８０で作られることが好ましい。同様に、参照デバイス４６０とともに、電力増幅器ユニット１２０（図３）は、第２の半導体材料４８２で作られることが好ましい。第１の半導体材料は、それに作られた回路が、機能を果たすために、ＧａＡｓ半導体技術と比較して動作電圧が低くなるように選択されてよい。さらに、第１の半導体材料は、１ＫＶより大きいＥＳＤに対して耐性を与えるように選択されてよい。第２の半導体材料は、高電力消散能力を備えるように選択されてよい。
【００２３】
一実施形態において、電力増幅器１２０（図３）と参照デバイス４６０は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）半導体材料で作られるのに対して、フィードバック増幅器４１０と、コントローラユニット４２０と、バンドギャップ電圧発生器４４２と、Ｖ−Ｉ変換器４４４と、プログラマブルミラー４４６は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）材料で作られる。ＣＭＯＳ回路は、例えば、２．５ボルトＤＣなどの低電圧で動作可能であるため、バイアスコントローラ３００は、例えば、＋３．０ＶＤＣなどの一定のレベルより下がった場合に、供給電圧ＶＣＣを昇圧するための電圧昇圧回路を必要とせずに与えられてよい。さらに、構成可能なバイアスコントローラ３００の構成部品を製造するためにＣＭＯＳ材料を使用することにより、コストの軽減が図られる。
【００２４】
電力増幅器１２０と参照デバイス４６０は、ＧａＡｓ半導体材料で作られ、単一の集積回路に含まれ、ＣＭＯＳに製造されるバイアス制御ユニット３００の構成部品とともに、単一の集積回路に配置されてよい。この代わりとして、電力増幅器１２０と参照デバイス４６０は、ＧａＡｓ半導体材料で作られてよく、バイアス制御３００の構成部品がＣＭＯＳで作られている集積回路とは別々の異なる集積回路に配置されてよい。
【００２５】
バンドギャップ電圧発生器４４２は、温度またはソース電圧ＶＣＣに依存しない安定した電圧ＶＢＧをＶ−Ｉ変換器４４４に与えるように構成される。Ｖ−Ｉ変換器４４４は、電圧ＶＢＧを参照電流ＩＲＥＦに変換する。この参照電流ＩＲＥＦは、電流ＩＲＥＦをミラリングし、電流ＩＲＥＦを所定量だけ選択的に増倍して、ＩＲＥＦ２として出力で得られる参照電流を増大するプログラマブルミラー４４６に与えられる。参照電流ＩＲＥＦ２は、参照デバイス４６０に与えられる。
【００２６】
バンドギャップ電圧発生器４４２は、公知のバンドギャップ電圧発生器の原理及び構成に応じて構成されてよい。「ＣＭＯＳ回路設計、レイアウト及びシミュレーション（ＣＭＯＳ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｄｅｓｉｇｎ，　Ｌｙａｏｕｔ，　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）」、Ｒ．Ｊａｃｏｍ　Ｂａｋｅｒ、Ｈａｒｒｙ　Ｗ．Ｌｉ、Ｄａｖｉｄ　Ｅ．Ｂｏｙｃｅ、第４６９〜４７９頁（１９９８）及び「アナログ集積回路の分析及び設計（Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ａｎａｌｏｇ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）」、Ｐａｕｌ　Ｒ．Ｇｒａｙ、Ｒｏｂｅｒｔ　Ｇ．Ｍｅｙｅｒ、第３４５頁（１９９３）に、このようなバンドギャップ電圧発生器のいくつかの例が開示されている。バンドギャップ電圧発生器４４２により発生するバンドギャップ電圧ＶＢＧは、スイッチ４３０を介してＶ−Ｉ変換器４４４に送られる。
【００２７】
スイッチ４３０は、外部バイアス源（図示せず）により与えられ、入力Ａを介して受け取られるバイアス電圧か、バンドギャップ電圧発生器４４２により与えられるバンドギャップ電圧ＶＢＧのいずれかをＶ−Ｉ変換器４４４に選択的に与えるように構成されることが好ましい。コントローラ４２０は、所定の入力または供給源からの入力に応じて、スイッチ４３０を制御する。構成可能なバイアスコントローラ３００の別の実施形態では、スイッチ４３０が含まれず、外部バイアス電圧を受け取るための手段がない。
【００２８】
図５は、Ｖ−Ｉ変換器４４４の実施形態を示す図である。Ｖ−Ｉ変換器４４４は、第１の入力５０３及び第２の入力５０５と、出力５０７とを有する演算増幅器として構成される。「アナログ集積回路の分析及び設計」、Ｐａｕｌ　Ｒ．Ｇｒａｙ、Ｒｏｂｅｒｔ　Ｇ．Ｍｅｙｅｒ、第３４５頁（１９９３）に、適切なＶ−Ｉ変換器構成の他の例が開示されている。演算増幅器５０１の入力５０３は、バンドギャップ電圧発生器４４２から電圧ＶＢＧを受ける。出力５０７は、負の電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）５１０のゲートに接続される。電圧ＶＢＧは、レジスタＲＢＧの両端にかけられる。電流ＩＲＦＥは、レジスタＲＢＧ及びＦＥＴ５２０を流れることにより、ＦＥＴ５２０のソースとドレインとの間に電圧降下を発生する。この電圧は、ＶＢＩＡＳ１としてＶ−Ｉ変換器４４４から出力される。ＮＦＥＴ５１０を介して演算増幅器５０１の出力に、外部レジスタＲＢＧが接続される。ＮＦＥＴ５１０は、フィードバックループ５１５とレジスタＲＢＧとともに、一定の参照電流ＩＲＥＦを設定するように作用する。フィードバックループ５１５は、レジスタＲＢＧの両端に電圧ＶＢＧをかけるように作用することで、温度及び電圧供給ＶＣＣに依存しない一定の電流ＩＲＥＦ１を発生する。この電流ＩＲＥＦ１は、正の電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）５２０を流れることにより、プログラマブルミラー４４６（図６）に出力されるバイアス電圧ＶＢＩＡＳ１をＰＦＥＴ５２０のドレインで発生する。
【００２９】
プログラマブルミラー４４６は、参照デバイス４６０（図４）に電流ＩＲＥＦ２の出力を与える。プログラマブルミラー４４６は、コントローラ４２０（図４）を介して制御可能なように構成されることが好ましい。
【００３０】
図６は、プログラマブルミラー４４６の一例を示すブロック図である。プログラマブルミラー４４６は、ＰＦＥＴ８０１と、ＰＦＥＴ８０３と、スイッチ８０２及び８０４と、スイッチ８０６及び８０８を含む。ＰＦＥＴ８０１は、第１の電流セルを構成する。ＰＦＥＴ８０３は、第２の電流セルを構成する。
【００３１】
ＰＦＥＴ８０１は、ベースでＶ−Ｉ変換器４４４から供給電圧ＶＣＣまたは電圧ＶＢＩＡＳ１のいずれかを受けるように構成される。供給電圧ＶＣＣ及び／またはＶＢＩＡＳ１の印加は、スイッチ８０２及び８０４を介して制御される。スイッチ８０２及び８０４は、コントローラ４２０からの入力（図示せず）を介して制御される。同様にＰＦＥＴ８０３は、ベースでＶ−Ｉ変換器から供給電圧ＶＣＣまたは電圧ＶＢＩＡＳ１のいずれかを受けるように構成される。供給電圧ＶＣＣ及び／またはＶＢＩＡＳ１の印加は、スイッチ８０２及び８０４を介して制御される。スイッチ８０６及び８０８は、コントローラ４２０からの入力（図示せず）を介して制御される。スイッチ８０２は、スイッチ８０４が閉じたときに開かれるように構成され、その逆も同様である。同様に、スイッチ８０６は、スイッチ８０８が閉じられたときに開かれるように構成され、その逆も同様である。この例において、スイッチ８０２及び８０４は、Ｖ−Ｉ変換器４４４からの電圧ＶＢＩＡＳ１がＰＦＥＴ８０１のゲートに供給されるように設定される。さらに、スイッチ８０６及び８０８は、ＰＦＥＴ８０３をオフにするように設定される。スイッチ８０２、８０４、８０６及び８０８は、ＦＥＴスイッチとして構成されることが好ましい。
【００３２】
ＰＦＥＴ８０１及び８０３は、電圧ＶＢＩＡＳ１（図５）を受けて、ＦＥＴ８０１及び／または８０３の各々を流れる電流を発生するように構成される。この電流は、電流ＩＲＥＦ（ｆ）に等しく、ｆは乗数である。乗数は、ＰＦＥＴが電流ＩＲＥＦに適用する増倍（増幅）レベルに相当する。乗数ｆは、例えば、ＣＭＯＳ材料にＰＦＥＴ８０１または８０３を製造するための物理的な半導体面積により決定されてよい。ＦＥＴ用の面積が大きいほど、乗数ｆも大きい。
【００３３】
Ｖ−Ｉ変換器４４４からバイアス電圧ＶＢＩＡＳ１を受けるように両方の電流セルが接続される場合、プログラマブルミラー４４６の出力電流ＩＲＥＦ２は、ＰＦＥＴ８０１及び８０３を流れる電流の和に等しくなる。プログラマブルミラー４４６は、コントローラ４２０からの入力に基づいて、所定量だけ電流ＩＲＥＦ１を増倍（増幅）するように構成される。電流ＩＲＥＦ１のこのような乗算は、Ｖ−Ｉ変換器４４４から電圧ＶＢＩＡＳ１を受けるように、ＰＦＥＴ８０１及び／または８０３を調和して選択的に切り換えることにより達成される。各ＰＦＥＴ８０１及び８０３は、所定量の電流増幅を与える。各ＰＦＥＴ８０１及び／または８０３が調和して切り換えられると、電流ＩＲＥＦ２は、所定の増分だけ増大する。これらのＰＦＥＴは選択的に切り換えられて、適切なバイアス電圧ＶＢＩＡＳを電力増幅器１２０（図３）に与えるのに必要とされるような出力電流ＩＲＥＦ２を増大する増大ステップを与える。プログラマブルミラー４４６にさらなるＰＦＥＴが与えられて、電流ＩＲＥＦ２の分解能を高めることができる。
【００３４】
図７は、フィードバック増幅器４１０の実施形態を示すブロック図である。フィードバック増幅器４１０は、一定の電流ＩＢＩＡＳを参照デバイス４６０及び電流増幅器１２０に与えるように構成される。フィードバック増幅器４１０は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ソースフォロワ増幅器９０２と、ＦＥＴ共通ソース増幅器９０４と、ＦＥＴ９０６及び９０８からなるカレントミラーとを含む。フィードバック増幅器４１０は、参照トランジスタ４６１のコントローラで電圧ＶＦＢを感知し、対応する電流ＩＢＩＡＳが参照デバイス４６０に流れるように構成される。フィードバック増幅器４１０は、例えば、演算相互コンダクタンス増幅器、演算増幅器（ＯＰ−ＡＭＰ）、ソースフォロワ回路またはエミッタフォロワ回路などの公知の回路を用いて与えられてよい。
【００３５】
ソースフォロワ増幅器９０２のゲートは、参照デバイス４６０のコレクタに接続される。この例において、参照デバイス４６０は、参照トランジスタ４６１として与えられる。共通ソース増幅器９０４のゲート・ソース間電圧に加えて、ソースフォロワ９０２のゲート・ソース間電圧は、所定の電圧レベル、例えば、名目上、＋１．５Ｖを超える参照トランジスタ４６１のコレクで電圧ＶＦＢを維持するように作用する。
【００３６】
共通ソース増幅器９０４を流れる電流は、ＦＥＴ９０６及びＦＥＴ９０８を流れる電流を制御する。ＦＥＴ９０６は、ＦＥＴ９０８により電流ＩＢＩＡＳソースを制御するダイオード接続されたＦＥＴとして構成されることが好ましい。ＦＥＴ９０６及びＦＥＴ９０８からなるカレントミラーは、例えば、１：５０の電流増倍率をもつように構成されてよい。ミラー９０８は、参照デバイス４６１のベースとフィードバック増幅器４１０に電流ＩＢＩＡＳを供給する。
【００３７】
電力増幅器１２０への高周波（ＲＦ）入力電力が増大されると、電力トランジスタ４６６のコレクタ電流は増大する。これを行うには、フィードバック増幅器４１０が、参照デバイス４６０及び電力増幅器１２０への電流ＩＢＩＡＳを増大させる必要がある。さらに詳しく言えば、参照トランジスタ４６１のベースとトランジスタ４６６への電流ＩＢＩＡＳが増大される。これが起こると、電圧ソースフォロワ９０２のゲートの電圧ＶＦＢが増大するため、共通ソース増幅器９０４のゲートが増大する。
【００３８】
フィードバック増幅器４１０は、プログラマブルミラー４４６のＦＥＴ８０１及びＦＥＴ８０３が飽和状態から移るレベルを電圧ＶＦＢが超えないように構成されることが好ましい。
【００３９】
コントローラ４２０は、電力管理回路、ベースバンド処理回路または他の論理制御回路（図４）などの外部ソースからの入力に基づいて、構成可能なバイアス制御３００の機能を制御する。コントローラ４２０は、コントローラ４２０と関連するメモリに格納された情報に基づいて、構成可能なバイアス制御３００の機能を制御するように構成されてよい。例えば、コントローラ４２０は、所与の入力に対して特定の出力をと特定する真理値表またはルックアップテーブル（ＬＵＴ）として構成されてよい。
【００４０】
コントローラ４２０は、バンドギャップ電圧発生器４４２と、Ｖ−Ｉ変換器４４４と、プログラマブルミラー４４６と、フィードバック増幅器４１０とのオン／オフ状態を制御するように構成されてよい。言い換えれば、コントローラ４２０は、必要に応じてこれらの構成部品への電力をオンまたはオフにするように構成されてよい。一実施形態において、これは、これらの構成部品が通信デバイス２５０の動作に不要なとき、構成可能なバイアス制御３００及び電力増幅器１２０により消費される電力を減少させるために実行されてよい。さらに、コントローラ４２０は、スイッチ４３０を制御するように構成されてもよい。
【００４１】
図８は、構成可能なバイアスコントローラ３００のさらなる実施形態を示すブロック図である。この実施形態において、構成可能なバイアスコントローラ３００は、バイアス電圧（ＶＢＩＡＳ）を２つの別々の電力増幅器または電力増幅器ステージへ与える回路を含むように構成される。この実施形態において、２つのセクション８６０及び８６２が与えられる。各セクション８６０及び８６２は、各々が、スイッチングユニット４３０及び４３１をそれぞれ含むとともに、Ｖ−Ｉ変換器４４４と、プログラマブルミラー４４６と、フィードバック増幅器４１０と、参照デバイス４６０とを含む点で同一のものである。スイッチ４３０及び４３１は、コントローラ４２０により制御され、スイッチ４３０及び４３１がバンドギャップ電圧ＶＢＧを受けるようにされると、セクション８６０及び８６２の両方にバンドギャップ電圧ＶＢＧを与える。この代わりとして、スイッチ４３０及び４３１は、入力Ａを介して外部ソースから外部バイアス電圧を受けるように切り換えられてよい。この外部バイアス電圧は、セクション８６０及び８６２の各々に与えられてよい。この代わりとして、スイッチ４３０及び４３１は、別々の入力及び／または異なる外部電圧バイアスソースから外部バイアス電圧を受けるように構成されてよい。
【００４２】
さらに、構成可能な増幅器及びバイアス制御は、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせで与えられてよい。一実施形態において、構成可能な増幅器及びバイアス制御の選択された部分が、ハードウェア及びソフトウェアで与えられる。本発明のハードウェア部分は、特定のハードウェア論理を用いて与えられてよい。ソフトウェア部分は、メモリに格納され、適切な命令実行システム（マイクロプロセッサ）により実行されてよい。高効率の多段電力レベル増幅器のハードウェア手段は、当業者にすべて公知のものである以下の技術の任意のものまたはその組み合わせを含むものであってよい。すなわち、データ信号に論理関数を実行する論理ゲートを有する個別論理回路、適切な論理ゲートを有する特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などである。
【００４３】
さらに、論理関数を実行する実行可能命令の順序付きリストを含む構成可能な増幅器及びバイアス制御ソフトウェアは、コンピュータベースシステム、プロセッサ搭載システム、または命令実効システム、装置から命令をフェッチして、その命令を実行する他のシステムなどの命令実行システム、装置またはデバイスにより、またはそれとともに使用するための任意のコンピュータ読み取り可能媒体において実施される。
【００４４】
本発明のさまざまな実施形態を上述してきたが、本発明の範囲内のより多数の実施形態及び実行例が可能であることは、当業者に明らかであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲及びそれと同等のもの以外で制約を受けるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は簡易携帯トランシーバを示すブロック図である。
【図２】
図２は図１の電力増幅器を示すブロック図である。
【図３】
図３は構成可能なバイアス制御を有する通信デバイス２５０を示すブロック図である。
【図４】
図４は構成可能なバイアス制御３００を示すブロック図である。
【図５】
図５は電圧−電流変換器４４４を示すブロック図である。
【図６】
図６はプログラマブルミラーユニット４４６を示すブロック図である。
【図７】
図７はフィードバック増幅器４１０を示すブロック図である。
【図８】
図８は構成可能なバイアス制御３００のさらなる実施形態を示すブロック図である。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年5月25日(2002.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波入力信号を増幅する高周波（ＲＦ）電力増幅器と、
前記ＲＦ電力増幅器に、バイアス電圧またはバンドギャップ電圧から得られた一定のバイアス電流を与えるように構成された構成可能なバイアスコントローラとを含み、
前記構成可能なバイアスコントローラは、第１の半導体材料で作られ、
前記ＲＦ電力増幅器は、第２の半導体材料で構成される通信デバイス。
【請求項２】
前記ＲＦ電力増幅器は、第１の半導体材料で作られる請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項３】
前記第１の半導体材料は、相補型金属酸化膜半導体材料を含む請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項４】
前記第２の半導体材料は、ガリウムヒ素半導体材料を含む請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項５】
前記構成可能なバイアスコントローラ及び前記ＲＦ電力増幅器は、共通の集積回路に組み立てられる請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項６】
前記構成可能なバイアスコントローラは、
バンドギャップ電圧を発生させるバンドギャップ電圧と、
前記バンドギャップ電圧に応じて参照電流を発生させる電圧−電流変換器と、
前記参照電流を所定のレベルに増倍するプログラマブルカレントミラーと、
参照デバイスへ一定の電流を出力し維持するフィードバック増幅器とを含む請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項７】
前記構成可能なバイアスコントローラは、前記参照デバイスをさらに含み、前記参照デバイスは、バイアス電圧出力を与えるように構成される請求項５に記載の通信デバイス。
【請求項８】
前記プログラマブルカレントミラーは、前記増倍された参照電流を電力増幅器に与える請求項５に記載の通信デバイス。
【請求項９】
前記参照デバイスは、前記第２の半導体材料で作られる請求項６に記載の通信デバイス。
【請求項１０】
前記構成可能なバイアスコントローラは、前記電圧−電流変換器に前記バンドギャップ電圧または外部バイアス電圧源により与えられる参照電圧を選択的に与えるスイッチングデバイスをさらに含む請求項５に記載の通信デバイス。
【請求項１１】
前記構成可能なバイアスコントローラは、前記バンドギャップ電圧発生器と、前記電圧−電流変換器と、前記プログラマブルカレントミラーを、前記通信デバイスの動作に不要なときオフにするように構成される請求項５に記載の通信デバイス。
【請求項１２】
高周波受信機をさらに含む請求項５に記載の通信デバイス。
【請求項１３】
前記高周波受信機は、パーソナル通信システム（ＰＣＳ）対応の受信機を含む請求項１０に記載の通信デバイス。
【請求項１４】
前記高周波受信機は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）対応の受信機を含む請求項１０に記載の通信デバイス。
【請求項１５】
全地球測位衛星（ＧＰＳ）受信機をさらに含む請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項１６】
前記ＲＦ電力増幅器は、多段電力増幅器を含む請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項１７】
バンドギャップ電圧を発生させるバンドギャップ電圧と、
前記バンドギャップ電圧に応じて参照電流を発生させる電圧−電流変換器と、
前記参照電流を所定のレベルに増倍するプログラマブルカレントミラーと、
参照デバイスへ一定の電流を出力し維持するフィードバック増幅器とを含む構成可能なバイアスコントローラ。
【請求項１８】
バイアス電圧出力を与える参照デバイスをさらに含む請求項１７に記載の構成可能なバイアスコントローラ。
【請求項１９】
前記バンドギャップ電圧発生器と、前記電圧−電流変換器と、前記プログラマブルカレントミラーは、第１の半導体材料で作られる請求項１８に記載の構成可能なバイアスコントローラ。
【請求項２０】
前記参照デバイスは、第２の半導体材料で作られる請求項１８に記載の構成可能なバイアスコントローラ。
【請求項２１】
前記電圧−電流変換器に前記バンドギャップ電圧または外部バイアス電圧源により与えられる参照電圧を選択的に与えるスイッチングデバイスをさらに含む請求項１７に記載の構成可能なバイアスコントローラ。
【請求項２２】
前記構成可能なバイアスコントローラは、前記バンドギャップ電圧発生器と、前記電圧−電流変換器と、前記プログラマブルカレントミラーを、動作に不要なときオフにするように構成される請求項２１に記載の構成可能なバイアスコントローラ。
【請求項２３】
電力増幅器と共通する集積回路に組み立てられる請求項１７に記載の構成可能なバイアスコントローラ。
【国際調査報告】
2004511159.tif 000036