(57)【要約】入力信号を受信するための増幅器回路と、所定の供給電圧を持つ正と負の電源に接続され、前記入力信号に応答して前記所定の供給電圧を超えて、入力信号の増加に応じて前記増幅器に与えられる供給電圧を増加させるチャージポンプと、前記入力信号に応答して、入力の絶対値を前記チャージポンプに渡す絶対値回路とを備えることを特徴とするオンデマンド型の電源を持った増幅器システム。
2004520754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷蓄積素子と、
前記電荷蓄積素子と所定の電源電圧を持つ電源の一つの電極とを内部接続する単一方向の絶縁素子と、
入力信号に応答し、前記電源の両電極の間で接続される駆動回路と、
充電モードでは前記駆動回路にバイアスを掛けて前記電荷蓄積素子を充電し、ブーストモードでは、入力信号が増加するのにつれて、外部負荷に与えられる所定の電源電圧を越えて、前記蓄積素子により供給電圧を増加させるバイアス回路と
を備えることを特徴とする追跡チャージポンプ。
【請求項２】
前記電荷蓄積素子にコンデンサが含まれることを特徴とする請求項１記載の追跡チャージポンプ。
【請求項３】
前記絶縁素子にスイッチが含まれることを特徴とする請求項１記載の追跡チャージポンプ。
【請求項４】
前記絶縁素子にダイオードが含まれることを特徴とする請求項１記載の追跡チャージポンプ。
【請求項５】
前記駆動回路にバッファ回路が含まれることを特徴とする請求項１記載の追跡チャージポンプ。
【請求項６】
前記駆動回路にトランジスタが含まれることを特徴とする請求項１記載の追跡チャージポンプ。
【請求項７】
前記バイアス回路に電圧制御された電流源が含まれることを特徴とする請求項１記載の追跡チャージポンプ。
【請求項８】
前記バイアス回路に抵抗が含まれることを特徴とする請求項１記載の追跡チャージポンプ。
【請求項９】
前記外部負荷に増幅器が含まれ、蓄積素子によって増幅器に与えられる電圧を、入力信号の増加に応答して、増幅器の利得の関数として増加させるための利得回路があることを特徴とする請求項１記載の追跡チャージポンプ。
【請求項１０】
前記入力信号に応答して、入力信号の絶対値を前記電荷蓄積素子に渡す絶対値回路を含むことを特徴とする請求項１記載の追跡チャージポンプ。
【請求項１１】
入力信号を受信するための増幅器回路と、
所定の供給電圧を持つ正と負の電源に接続され、前記入力信号の最大値に応答して前記所定の供給電圧を超えて、入力信号の増加に応じて前記増幅器に与えられる供給電圧を増加させるチャージポンプと
を備えることを特徴とするオンデマンド型の電源ブーストを持った増幅器システム。
【請求項１２】
前記チャージポンプには、追跡チャージポンプが含まれることを特徴とする請求項１１記載の追跡チャージポンプ。
【請求項１３】
前記追跡チャージポンプには、
電荷蓄積素子と、
前記電荷蓄積素子と所定の電圧を持つ電源の一つの電極との間で内部接続される絶縁素子と、
入力信号に応答し、前記電源の両方の電極の間で接続される駆動回路と、
充電モードでは前記駆動回路にバイアスを掛けて前記電荷蓄積素子を充電し、ブーストモードでは、入力信号が増加するのにつれて、外部負荷に与えられる所定の電源電圧を越えて、前記蓄積素子により供給電圧を増加させるバイアス回路と
を含むことを特徴とする請求項１２記載の増幅器システム。
【請求項１４】
前記入力信号に応答して、入力信号の絶対値を前記チャージポンプに渡す絶対値回路を含むことを特徴とする請求項１１記載の増幅器システム。
【請求項１５】
前記チャージポンプによって作られる電圧の増加を、前記増幅器の利得の関数として制御するための利得回路を含むことを特徴とする請求項１１記載の増幅器システム。
【請求項１６】
バイアス電流を前記チャージポンプに渡すためのバイアス回路を含むことを特徴とする請求項１１記載の増幅器システム。
【請求項１７】
所定の閾値を越えた入力信号に応答して、前記バイアス回路を作動させて前記チャージポンプにバイアスを供給するための閾値回路を含むことを特徴とする請求項１１記載の増幅器システム。
【請求項１８】
前記バイアス回路は、バイアスブースト電流を前記増幅器に供給することを特徴とする請求項１５記載の増幅器システム。
【請求項１９】
ポンプ電圧と出力信号とを揃えるための遅延手段を含むことを特徴とする請求項１１記載の増幅器システム。
【請求項２０】
電荷蓄積素子と、
前記電荷蓄積素子と所定の電源電圧を持つ電源の一つの電極とを内部接続する単一方向の絶縁素子と、
入力信号に応答し、前記電源の両電極の間で接続される駆動回路と、
充電モードでは前記駆動回路にバイアスを掛けて前記電荷蓄積素子を充電し、ブーストモードでは、入力信号が増加するのにつれて、外部負荷に与えられる所定の電源電圧を越えて、前記蓄積素子により供給電圧を増加させるバイアス回路と
前記入力信号に応答して、入力の絶対値を前記電荷蓄積素子に渡す絶対値回路と
を備えることを特徴とする追跡チャージポンプ。
【請求項２１】
入力信号を受信するための増幅器回路と、
所定の供給電圧を持つ正と負の電源に接続され、前記入力信号に応答して前記所定の供給電圧を超えて、入力信号の増加に応じて前記増幅器に与えられる供給電圧を増加させるチャージポンプと、
前記入力信号に応答して、入力信号の絶対値を前記チャージポンプに渡す絶対値回路と
を備えることを特徴とするオンデマンド型の電源ブーストを持った増幅器システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オンデマンド型（ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）の電源ブースト（ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｂｏｏｓｔ）を持った改良型増幅システムと、そのようなシステムに有用な追跡チャージポンプ（ｔｒａｃｋｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ ｐｕｍｐ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
増幅器の能率とは、増幅器から負荷へ与えられる電力と、増幅器に与えられる電力との比である。増幅器に与えられた入力信号の波高率は、最大値と、その信号のＲＭＳレベルとの比である。もし、波高率が十分に大きければ、システムの能率は下がる可能性がある。さらに言うと、通常は低いＲＭＳ値を持ち、時折高い最大値を持つ入力信号によって、増幅器は低い能率で動作するようになる。これは、頻繁には起こらない最大値を扱うのに常に十分な電圧で、また、入力において最大値が無くて通常のＲＭＳレベルのみがある時に電力が消費されるような電圧で、電源は電力を供給しているからである。この能率を改善するための方法がいくつかある。ある方法によると、信号が第１電源の能力を超えた時に、第２高電位電源から電流を追加する操舵回路（ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）を持った多くの電源が与えられている。これは、第３，第４の電源さらにはそれ以上へと発展させることができる。この方法の一つの問題は、多くの電源を提供しなくてはならないということである。さらに、全ての電源は少なくとも一つの、常に流れている零入力電流を持つので、実際の能率は著しくは改善されない。他の方法では、正帰還の形式の合成出力インピーダンスを使用する。そのようなシステムの能率は改善されるが、増幅器が依然として、電源の間で、入力信号のＲＭＳレベルよりも実質的に大きいバイアスをかけられるので、最適な能率よりも小さいものになる。第２の方法には、増幅器の出力信号を検知して、帰還による方法で内部回路をブーストすることが含まれる。可能性はあるが、この方法は、出力への反作用である遅延によって、実現するのは難しいであろう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、改善された追跡チャージポンプを提供することである。
本発明のさらなる目的は、入力を追跡して、必要な時にのみ電源電圧をブーストする追跡チャージポンプを提供することである。
本発明のさらなる目的は、オンデマンド型の電源ブーストを持った、改善された増幅器システムを提供することである。
【０００４】
本発明のさらなる目的は、より消費電力が少なくて、より能率の良い、オンデマンド型の電源ブーストを持った、改善された増幅器システムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、一組の電源電圧のみを必要とする、改善された増幅器システムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、不十分な遅延を避ける、改善された増幅器システムを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源への電圧のブーストを提供するための、改善されたチャージポンプが、入力信号を追跡して必要な時にチャージポンプから電圧ブーストを与えることによって得られることを具現化することと、さらに、オンデマンド型の電源ブーストを持った増幅器システムが、入力信号を追跡して、通常の電源レベルが不十分であることを入力信号のレベルが示した時にのみ、チャージポンプから増幅器へブースト電圧を与えることによって得られることを具現化することにより、達成される。
【０００６】
本発明は、電荷蓄積素子と、この電荷蓄積素子と電源の一つの電極を内部接続する絶縁装置を含むチャージポンプを特徴とする。駆動回路は、入力信号に応答し、電源の両方の電極の間で内部接続される。電源は、所定の電源電圧を提供する。バイアス回路は、チャージモードでは、駆動回路にバイアスをかけて電荷蓄積素子をチャージし、ブーストモードでは、入力信号の増加に応答して、蓄積素子により与えられる外部負荷への電源電圧を、所定の電源電圧を越えて増加させる。入力信号に応答して、入力信号の絶対値をチャージポンプへ与える、絶対値回路があってもよい。
【０００７】
一実施形態において、電荷蓄積素子は、コンデンサを含んでいて良いし、絶縁装置は、スイッチ或いはダイオードを含んでいて良い。駆動回路は、バッファ回路或いはトランジスタを含んでいて良い。バイアス回路は、電流源或いは抵抗を含んでいて良い。外部負荷は、増幅器を含んでいて良く、蓄積装置によって増幅器に与えられる電圧を、入力信号の増加に応答して、増幅器の利得の関数として増加させるための利得回路があって良い。
【０００８】
本発明は、また、入力信号を受信するための、増幅回路を含んだオンデマンド型の電源ブーストを持った増幅器システムと、入力信号の増加に応答して、増幅器に与えられる電源電圧を所定の電源電圧を超えて増加させるために、正と負の電源に接続され、所定の電源電圧を持ち、入力信号に応答するチャージポンプとを特徴とする。
【０００９】
一実施形態において、チャージポンプには、追跡チャージポンプが含まれるだろう。この追跡チャージポンプには、電荷蓄積素子と、電荷蓄積素子と電源の一つの電極とを内部接続する単一方向の絶縁装置が含まれるだろう。入力に応答し、電源の電極間で接続される駆動回路があるだろう。この電源には、予め定まった電源電圧があるだろう。チャージモードでは、駆動回路にバイアスをかけて、電荷蓄積素子を充電し、ブーストモードでは、入力信号の増加に応答して蓄積装置によって外部負荷へ与えられる供給電圧を、予め定まった電源電圧以上に増加させるバイアス回路があるだろう。入力信号に応答して入力信号の絶対値をチャージポンプに供給する絶対値回路があるだろう。増幅器の利得の一機能として、チャージポンプによって作られる電圧の増加を制御するための利得回路があるだろう。バイアス電流をチャージポンプに供給するバイアス回路があるだろう。予め定まった閾値を越える入力信号に応答して、バイアス回路を作動させチャージポンプにバイアスを供給する閾値回路があるだろう。バイアス回路は、増幅器へバイアスブースト電流を供給する。ポンプ電圧と出力信号を合わせるための遅延手段があるだろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
他の目的と特徴と利点は、以下の実施形態の説明と添付する図面とから、当業者ならば気が付くであろう。
【００１１】
図１に示されるのは、チャージポンプ１２と増幅器１４とを含んだ、オンデマンド型電源ブーストを持った増幅器システムである。図１で示す回路は、シングルエンデッド（ｓｉｎｇｌｅ ｅｎｄｅｄ）の増幅器である。２つの電源ＶＣＣとＶＥＥがチャージポンプ１２に供給される。ＶＣＣは、例えば＋６ボルトであり、ＶＥＥは、−６ボルトである。変化する入力信号が入力端子１６に与えられる。チャージポンプ１２には、ダイオード１８と、コンデンサ２０とダイオード２２とコンデンサ２４のような電荷蓄積インピーダンスとが含まれる。コンデンサ２０はダイオード１８を通して充電し、コンデンサ２４はダイオード２２を通して充電する。端子１６上の入力信号が変動するにつれて、コンデンサ２０と２４からの電源ブーストＶＣＣＰとＶＥＥＰがそれぞれ増幅器１４に与えられ、オンデマンドとなって必要な時は、信号の最大値に対応するのに十分な電源電圧があることを保証し、さらに、信号がＲＭＳ電圧の通常の範囲内で動作する時にローレベルで与えられる電圧を保つことを保証する。これによって、必要な電力が少なくなり、増幅器の効率を向上させる。これは増幅器システムであるので、実際の負荷は、増幅器と、それに接続される外部の負荷を足したものである。増幅器は、利得を持つことができるので、入力信号が最大値になった時、コンデンサ２０あるいは２４が供給する電圧が、特定の利得を考慮して、増幅器１４に必要な電圧を供給するのに十分であるように調整されなくてはならない。この目的のために、利得回路２６は、入力１６とチャージポンプ１２との間で内部接続される。バイアス回路２８は、動作バイアスを、チャージポンプ１２と増幅器１４と同様に利得回路２６へ供給する。もっと効率的な構成においても、端子１６の入力が予め定めた値を超えた時にのみバイアス回路２８が動作するように、閾値回路３０が使用される。その値以下では、利得回路２６とチャージポンプ１２は、作動せず、増幅器１４は、より低い静止点で動作することができる。その後、閾値を越えると、利得回路２６とチャージポンプが作動し、増幅器１４は、より高い電圧状態へ駆動される。
【００１２】
他の実施形態に従って、本発明は、図２の別の回路で応用され、ここでは、同じ部品に同じ番号が与えられ、似た部品には小文字ａによる同じ番号が与えられる。ここで、増幅器システム１０ａには、チャージポンプ１２から増幅器１４と同じ電源入力ＶＣＣＰとＶＥＥＰを受け取る第２増幅器１４ａが含まれる。また、増幅器システム１０ａは、閾値保持回路３０によって従属的に動作させられるか或いは制御される同じバイアス回路２８から、バイアスを受け取る。整流回路のような絶対値回路３３が、変化する入力信号の絶対値を利得回路２６に与えるのに使用される。増幅器１４と１４ａは、端子１６と１６ａ上で、相補的な入力である入力ｐと入力ｎとを受信し、出力ｐとｎとを端子３２と３２ａ上に供給する。閾値を設けるのに、増幅器１０ａは、図３の水平線４０の電源ＶＣＣを受け取り、また変化する入力４２を受け取る。特定の増幅器１８の利得４４が与えられると、多くのクリップする最大値があるだろう。また、それらは、例えば最大値４６のような通常の電源電圧ＶＣＣの容量を超えるであろう。これを避けるために、閾値回路３０を備えた本システムは、電源電圧を超えたブースト電圧ＶＣＣＰを供給するが、これは、効率を最大化するために、出力の最大値が電源の容量を超えるだろうと入力の最大値から予測された時にのみ行われる。こうして、チャージポンプは、５０，５２，５４，５６，５８でブーストされた電圧を供給するために必要とされるが、ここでブースト５６は、増幅器１４の特定の利得を持つ出力を表す最大値４６に対応する。このようにして、加えられたブースト電圧は、第２第３あるいはそれ以上の電源の追加無しに、クリッピングを防止するために与えられ、出力の最大値が電源を過度に駆動しそうな時にのみブーストが与えられる。本システムは、行き過ぎた最大値を補償する必要がなくても入力信号４２ａに応じて連続的にＶＣＣＰ４８ａが変化する図４で示したように、閾値回路３０が無くても、いくらか下がったとは言え、尚高効率である。
【００１３】
本発明による増幅器の利点の一つは、選ばれた分野、特に波高率の高い信号の分野では、理論的にＡ級、Ｂ級、ＡＢ級の増幅器の少なくとも２倍の効率がある点である。従来のＧ級増幅器は、高効率であるが、多くの電源を追加して持つ必要がある。例えば図１の遅延線３１や図２の遅延線３１ａ，３１ｂのような遅延線は、チャージポンプからの信号と同時に増幅器１４に届くように、増幅器への信号を遅延させて使用することができる。遅延線或いはフィルター回路固有の遅延は、ポンプ電圧と出力信号を時間的に最適に揃えることにより、性能を改善するのに選択的に使用することができる。
【００１４】
図１と２の増幅器システムで使用することができる本発明の追跡チャージポンプ１２ｂは、ダイオード１８とコンデンサ２０と共に図５に示されている。駆動回路には、ＮＰＮトランジスタ６０とバイアス回路と電流源６２が含まれる。入力端子６４における５ボルト信号動作において、ダイオードはベースを越えてトランジスタ６０のエミッタ接合へ降下し、端子６６に入力信号−５ボルトと接合の電圧降下の０．６ボルトを足した−５．６ボルトの電圧を作り出す。コンデンサ２０の端子６８は、ダイオード１８に加えられる＋６ボルトのＶｃｃからダイオード接合降下の＋０．６ボルトを引いて得られる＋５．４ボルトの電圧を運ぶ。こうして合計するとコンデンサ２０に掛かる電圧は、１１ボルトになる。入力端子６４で−５ボルトから＋５ボルトまで上昇する１０ボルトの入力パルスを一つの例として見ると、結果は、コンデンサ２０の端子６６上の電圧が−５．６ボルトから＋４．４ボルトまで変化する。端子６８に加えられた１０ボルトにより、電圧は、５．４ボルトから＋１５．４ボルトまでブーストする。端子６８は、この点で１５．４ボルトであるブースト電圧ＶＣＣＰを提供する。こうして増幅器１４は、６ボルトの電源ＶＣＣのみが利用可能であり、かつ必要な時に、瞬間的に、電源電圧１５．４ボルトを与えられる。絶縁素子１８を実現するのはダイオードだけではなく、例えばトランジスタのような様々な種類のスイッチでよい。駆動回路は、図示されるようなトランジスタ６０である必要はなく、様々な種類のバッファ回路６０ａでよい。電流源６２が唯一の実現可能なものではなく、例えば抵抗６２ａのような電圧制御された電流源が使用可能である。
【００１５】
図６の相補的チャージポンプ１２ｃには、ダイオード２２とコンデンサ２４が含まれ、駆動回路がＰＮＰトランジスタを含む以外はチャージポンプ１２ｂと対称的なものである。図５と６の追跡チャージポンプは、図１と２の増幅器１０と１０ａの中で使用される時に優れた結果を生むが、他のチャージポンプも同様に使用することができる。絶対値回路と利得回路とバイアス回路の部品の値を示した、より詳細な図面が図７に示される。
【００１６】
本発明の特定の特徴がいくつかの図面に示され、他のいくつかには示されないが、各特徴が本発明の他の特徴の全て或いはいくつかと組み合わせることが可能であるという以外の理由は無い。ここで使用される“含む”、“備える”、“持つ”、“と共に”という言葉は、広く包括的に解釈され、物理的な内部接続に限定されない。さらに、対象の適用で開示される実施形態はどれも、可能な実施形態として取られているだけである。他の実施形態は、当業者には、想到できるものであり、添付の特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、オンデマンド型電源ブーストを持ったシングルエンデッド増幅器システムの概要を示すブロック図である。
【図２】他の増幅器の応用例におけるオンデマンド型電源ブーストを持った改良型増幅器システムの、図１に似た図である。
【図３】電源ブーストレベルと、図１と図２の機器内の閾値を持った入力及び出力信号を示した図式表現である。
【図４】図３に似た、閾値を持たない図である。
【図５】本発明の改良型増幅器システムで使用することのできる、本発明による単一の追跡チャージポンプの図である。
【図６】図５に似た、本発明による相補型追跡チャージポンプの図である。
【図７】２つの相補型チャージポンプ回路を用いた、本発明による追跡チャージポンプの、より詳細な図である。
【符号の説明】
１０ａ…増幅器システム
１２…チャージポンプ
１４，１４ａ…増幅器
１６，１６ａ…入力端子
１２…チャージポンプ
１８…ダイオード
２０…コンデンサ
２２…ダイオード
２４…コンデンサ
２６…利得回路
２８…バイアス回路
３０…閾値回路
３１，３１ａ，３１ｂ…遅延線
３２，３２ａ…端子
４０…水平線
４２…変化する入力４２
４４…増幅器１８の利得
４６…最大値
【図１】
2004520754.tif 000003
【図２】
2004520754.tif 000004
【図３】
2004520754.tif 000005
【図４】
2004520754.tif 000006
【国際公開パンフレット】
2004520754.tif 000007
2004520754.tif 000008
2004520754.tif 000009
2004520754.tif 000010
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2004520754.tif 000012
2004520754.tif 000013
2004520754.tif 000014
2004520754.tif 000015
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2004520754.tif 000024
2004520754.tif 000025
2004520754.tif 000026
2004520754.tif 000027
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004520754.tif 000028
【国際調査報告】
2004520754.tif 000029