(57)【要約】      （修正有）【課題】カスコード増幅器構造のＲＦ電力アレイ素子を含む電力増幅器において、熱暴走事象中における一以上のベース共通トランジスタへの損傷可能性を低減したＲＦ電力アレイ素子を提供する。【解決手段】電力増幅器１００は、各対のトランジスタがカスコード構成に配列されたエミッタ共通トランジスタ１１０、１１０’及びベース共通トランジスタ１１２、１１２’を含む複数対のトランジスタを含む。電力増幅器はさらに、入力ノードと出力ノードとの間で複数対を並列構成に接続するべく実装された電気接続を含む。電気接続は、コレクタ電流をベース共通トランジスタのすべてに分配するべく構成する。【選択図】図８
2016149742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力増幅器であって、
各対のトランジスタがカスコード構成に配列されたエミッタ共通トランジスタ及びベース共通トランジスタを含む複数対のトランジスタと、
前記複数対を入力ノード及び出力ノード間において並列構成に接続するべく実装された電気接続と
を含み、
前記電気接続は、コレクタ電流を前記ベース共通トランジスタのすべてに分配するべく構成され、熱暴走事象中における一以上のベース共通トランジスタへの損傷の可能性が低減される電力増幅器。
【請求項２】
前記複数対のトランジスタのそれぞれは、前記エミッタ共通トランジスタのエミッタが前記ベース共通トランジスタのベースにバイパスキャパシタンスを介して結合される請求項１の電力増幅器。
【請求項３】
前記複数対のトランジスタのそれぞれは、前記エミッタ共通トランジスタのベースが入力バイアス回路に結合される請求項１の電力増幅器。
【請求項４】
前記入力バイアス回路は無線周波数（ＲＦ）バラスト抵抗を含む請求項３の電力増幅器。
【請求項５】
前記複数対のトランジスタの入力バイアス回路は共通ＲＦ入力に結合される請求項３の電力増幅器。
【請求項６】
前記複数対のトランジスタのそれぞれは、前記エミッタ共通トランジスタのエミッタが接地電位に結合される請求項１の電力増幅器。
【請求項７】
前記複数対のトランジスタのそれぞれは、前記ベース共通トランジスタのベースがカスコードバイアス回路に結合される請求項１の電力増幅器。
【請求項８】
前記カスコードバイアス回路はカスコードバラスト抵抗を含む請求項７の電力増幅器。
【請求項９】
前記複数対のトランジスタのそれぞれは、前記ベース共通トランジスタのコレクタが供給電圧に結合される請求項１の電力増幅器。
【請求項１０】
前記複数対のトランジスタのベース共通トランジスタのコレクタは共通ＲＦ出力を与えるべく結合される請求項１の電力増幅器。
【請求項１１】
無線周波数（ＲＦ）モジュールであって、
複数のコンポーネントを受容するべく構成されたパッケージング基板と、
前記パッケージング基板に実装された電力増幅システムと
を含み、
前記電力増幅システムは、ＲＦ信号を受信かつ増幅するべく構成された電力増幅器（ＰＡ）を含み、
前記ＰＡは、各対のトランジスタがカスコード構成に配列されたエミッタ共通トランジスタ及びベース共通トランジスタを含む複数対のトランジスタを含み、
前記ＰＡはさらに、入力ノード及び出力ノード間において前記複数対を並列構成に接続するべく実装された電気接続を含み、
前記電気接続は、コレクタ電流を前記ベース共通トランジスタのすべてに分配することにより、熱暴走事象中における一以上のベース共通トランジスタの損傷可能性を低減するべく構成されるＲＦモジュール。
【請求項１２】
前記複数対のトランジスタのそれぞれは、前記エミッタ共通トランジスタのエミッタが前記ベース共通トランジスタのベースにバイパスキャパシタンスを介して結合される請求項１１のＲＦモジュール。
【請求項１３】
前記複数対のトランジスタのそれぞれは、前記エミッタ共通トランジスタのベースが入力バイアス回路に結合される請求項１１のＲＦモジュール。
【請求項１４】
前記複数対のトランジスタのそれぞれは、前記ベース共通トランジスタのベースがカスコードバイアス回路に結合される請求項１１のＲＦモジュール。
【請求項１５】
無線周波数（ＲＦ）デバイスであって、
ＲＦ信号を発生させるべく構成された送受信器と、
前記送受信器と通信するフロントエンドモジュール（ＦＥＭ）と、
前記ＦＥＭと通信し、増幅されたＲＦ信号を送信するべく構成されるアンテナと
を含み、
前記ＦＥＭは、複数のコンポーネントを受容するべく構成されたパッケージング基板を含み、
前記ＦＥＭはさらに、前記ＲＦ信号を増幅するべく構成された電力増幅器（ＰＡ）を含み、
前記ＰＡは、各対のトランジスタがカスコード構成に配列されたエミッタ共通トランジスタ及びベース共通トランジスタを含む複数対のトランジスタを含み、
前記ＰＡはさらに、入力ノード及び出力ノード間において前記複数対を並列構成に接続するべく実装された電気接続を含み、
前記電気接続は、コレクタ電流を前記ベース共通トランジスタのすべてに分配することにより、熱暴走事象中における一以上のベース共通トランジスタへの損傷可能性を低減するべく構成されるＲＦデバイス。
【請求項１６】
前記ＲＦデバイスは無線デバイスを含む請求項１５のＲＦデバイス。
【請求項１７】
前記無線デバイスはセルラー電話を含む請求項１６のＲＦデバイス。
【請求項１８】
前記複数対のトランジスタのそれぞれは、前記エミッタ共通トランジスタのエミッタが前記ベース共通トランジスタのベースにバイパスキャパシタンスを介して結合される請求項１５のＲＦデバイス。
【請求項１９】
前記複数対のトランジスタのそれぞれは、前記エミッタ共通トランジスタのベースが入力バイアス回路に結合される請求項１５のＲＦデバイス。
【請求項２０】
前記複数対のトランジスタのそれぞれは、前記ベース共通トランジスタのベースがカスコードバイアス回路に結合される請求項１５のＲＦデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線周波数（ＲＦ）アプリケーションにおける電力増幅器に関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本願は、２０１５年２月１５日出願の「熱耐久性向上のためのカスコード増幅器セグメント化」との名称の米国仮出願第６２／１１６，５０８号、及び２０１５年９月２２日出願の「熱耐久性向上のためのカスコード増幅器セグメント化」との名称の米国出願第１４／８６０，９７１号の優先権を主張する。これらそれぞれの開示はその全体が、ここに明示的に参照として組み入れられる。
【背景技術】
【０００３】
無線デバイスのような多くのデバイスは、性能を劣化させる熱保護解決法を高性能無線周波数（ＲＦ）電力アレイ素子から切り離すカスコード増幅器構造を必要とし又は利用する。
【０００４】
いくつかのアプリケーションにおいて、熱耐久性をアレイに組み込むことができるのは、電力アレイにおけるデバイス間距離を増加させることと、バラスト技術を介することとによる。かかる技術は、電力アレイ内の各デバイスに局所的なフィードバックを導入し得る。
【０００５】
アレイを広げることにより、隣接するアレイ素子間の加熱を低減することができるので、ヒートシンク構造物に対する当該アレイの熱抵抗を有効に低減することができる。かかる技術は、アレイのための面積の増加をもたらし、さらには対応するダイのサイズ及びコストも増加させ得る。
【０００６】
バラスト技術は、エミッタ負帰還又はベース負帰還の形態をとる場合が多い。これらの解決法は、ＲＦ信号経路に損失を導入し得る。これは、利得、効率及び飽和電力を劣化させ得るので性能が低下する。カスコードアーキテクチャを利用する他の解決法は、熱暴走を防止するべくカスコードデバイスをバラストにすることを含むのが典型的なカスコードエミッタの共通接続を含み得る。
【発明の概要】
【０００７】
一定数の実装によれば、本開示は、各対のトランジスタがカスコード構成に配列されたエミッタ共通トランジスタ及びベース共通トランジスタを含む複数対のトランジスタを含む電力増幅器に関する。電力増幅器はさらに、入力ノード及び出力ノード間において当該複数対を並列構成に接続するべく実装された電気接続を含む。電気接続は、コレクタ電流をベース共通トランジスタのすべてに分配することにより、熱暴走事象中における一以上のベース共通トランジスタへの損傷可能性を低減するべく構成される。
【０００８】
いくつかの実装において、複数対のトランジスタのそれぞれは、エミッタ共通トランジスタのエミッタがベース共通トランジスタのベースにバイパスキャパシタンスを介して結合される。
【０００９】
いくつかの実装において、複数対のトランジスタのそれぞれは、エミッタ共通トランジスタのベースが入力バイアス回路に結合される。いくつかの実装において、入力バイアス回路は無線周波数（ＲＦ）バラスト抵抗を含む。いくつかの実装において、複数対のトランジスタの入力バイアス回路は共通ＲＦ入力に結合される。
【００１０】
いくつかの実装において、複数対のトランジスタのそれぞれは、エミッタ共通トランジスタのエミッタが接地電位に結合される。
【００１１】
いくつかの実装において、複数対のトランジスタのそれぞれは、ベース共通トランジスタのベースがカスコードバイアス回路に結合される。いくつかの実装において、カスコードバイアス回路はカスコードバラスト抵抗を含む。
【００１２】
いくつかの実装において、複数対のトランジスタのそれぞれは、ベース共通トランジスタのコレクタが供給電圧に結合される。
【００１３】
いくつかの実装において、複数対のトランジスタのベース共通トランジスタのコレクタは、共通ＲＦ出力を与えるべく結合される。
【００１４】
いくつかの実装において、本開示は、複数のコンポーネントを受容するべく構成されたパッケージング基板を含む無線周波数（ＲＦ）モジュールに関する。ＲＦモジュールはさらに、パッケージング基板に実装された電力増幅システムを含む。電力増幅システムは、ＲＦ信号を受信かつ増幅するべく構成された電力増幅器（ＰＡ）を含む。ＰＡは、各対のトランジスタがカスコード構成に配列されたエミッタ共通トランジスタ及びベース共通トランジスタを含む複数対のトランジスタを含む。ＰＡはさらに、入力ノード及び出力ノード間において当該複数対を並列構成に接続するべく実装された電気接続を含む。電気接続は、コレクタ電流をベース共通トランジスタのすべてに分配することにより、熱暴走事象中における一以上のベース共通トランジスタへの損傷可能性を低減するべく構成される。
【００１５】
いくつかの実装によれば、ＲＦモジュールのＰＡは、ここに記載されるＰＡ及び／又は増幅システムのいずれかの機能及び／又は特徴を含む。
【００１６】
いくつかの教示によれば、本開示は、ＲＦ信号を発生させる送受信器を含む無線周波数（ＲＦ）デバイスを含む。ＲＦデバイスはまた、送受信器と通信するフロントエンドモジュール（ＦＥＭ）を含む。ＦＥＭは、複数のコンポーネントを受容するべく構成されたパッケージング基板を含む。ＦＥＭはさらに、ＲＦ信号を増幅するべく構成された電力増幅器（ＰＡ）を含む。ＰＡは複数対のトランジスタを含み、各対のトランジスタは、カスコード構成に配列されたエミッタ共通トランジスタ及びベース共通トランジスタを含む。ＰＡはさらに、入力ノード及び出力ノード間において当該複数対を並列構成に接続するべく実装された電気接続を含む。電気接続は、コレクタ電流をベース共通トランジスタのすべてに分配することにより、熱暴走事象中における一以上のベース共通トランジスタへの損傷可能性を低減するべく構成される。ＲＦデバイスはさらに、ＦＥＭと通信するアンテナを含み、当該アンテナは増幅されたＲＦ信号を送信するべく構成される。
【００１７】
いくつかの実装において、ＲＦデバイスは無線デバイスを含む。いくつかの実装において、無線デバイスはセルラー電話である。
【００１８】
いくつかの実装によれば、ＦＥＭモジュールのＰＡは、ここに記載されるＰＡ及び／又は増幅システムのいずれかの機能及び／又は特徴を含む。
【００１９】
本開示を要約する目的で本発明の一定の側面、利点及び新規な特徴がここに記載された。理解すべきことだが、かかる利点のすべてが必ずしも、本発明の任意の特定実施形態によって達成できるわけではない。すなわち、本発明は、ここに教示される一の利点又は一群の利点を、ここに教示又は示唆される他の利点を必ずしも達成する必要なしに、達成又は最適化する態様で具体化又は実施をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本開示を詳細に理解できるようにするべく、添付図面にいくつかが例示される様々な実装の特徴を参照することによって、具体的な記載が与えられる。しかしながら、添付図面は本開示の適切な特徴を例示するのみであって、限定的とみなすべきではない。当該記載は他の有効な特徴も認めることができるからである。
【００２１】
【図１】いくつかの実装に係る無線システム又はアーキテクチャのブロック図である。
【図２】いくつかの実装に係る増幅システムのブロック図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｅは、いくつかの実装に係る電力増幅器の模式的な図を示す。
【図４】いくつかの実装に係る増幅システムのブロック図である。
【図５】図５Ａは、いくつかの実装に係るカスコードデバイスのアレイの模式的な図である。図５Ｂは、いくつかの実装に係る図５Ａのカスコードデバイスのアレイを通る代表的なコレクタ電流経路を示す。
【図６】いくつかの実装に係る孤立化カスコードアレイの模式的な図である。
【図７】いくつかの実装に係るカスコードデバイスの模式的な図である。
【図８】いくつかの実装に係る２つのカスコードデバイスのアレイの模式的な図である。
【図９】いくつかの実装に係るカスコードデバイスを形成するエミッタ共通（ＣＥ）／ベース共通（ＣＢ）対及び関連接続の代表的なレイアウトである。
【図１０】いくつかの実装に係るカスコードデバイスを形成する２つのＣＥ／ＣＢ対及び関連接続の代表的なレイアウトである。
【図１１】いくつかの実装に係る２次元アレイにおけるＣＥ／ＣＢ対の代表的なレイアウトである。
【図１２】いくつかの実装に係る温度上昇曲線を、デバイス間隔の関数として示す。
【図１３】いくつかの実装に係る様々な動作条件における振幅対振幅（ＡＭ・ＡＭ）歪み性能プロットを示す。
【図１４】いくつかの実装に係る様々な動作条件における振幅対位相（ＡＭ・ＰＭ）歪み性能プロットを示す。
【図１５】いくつかの実装に係る、様々な動作条件におけるコレクタ効率対出力電力及び電力付加効率対出力電力の性能プロットを示す。
【図１６】いくつかの実装に係る、図１５における性能プロットの拡大図を示す。
【図１７】いくつかの実装に係る隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ１）曲線の性能プロットを出力電力の関数として示す。
【図１８】いくつかの実装に係る図１７における性能プロットの拡大図を示す。
【図１９】いくつかの実装に係るＡＣＬＲ２曲線の性能プロットを出力電力の関数として示す。
【図２０】いくつかの実装に係る代表的な無線周波数（ＲＦ）モジュールの模式的な図である。
【図２１】いくつかの実装に係る代表的なＲＦデバイスの模式的な図である。
【００２２】
一般の慣習によれば、図面に例示される様々な特徴は縮尺どおりに描かれるわけではない。したがって、様々な特徴部の寸法は、明確性のため任意に広げ又は縮めてよい。加えて、図面のいくつかは、所与のシステム、方法又はデバイスのコンポーネントすべてを描くわけでもない。最後に、明細書及び図面全体にわたり、同じ特徴を示すべく同じ参照番号が使用される。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
ここに与えられる見出しは、たとえあったとしても、便宜のみのためであって、必ずしも請求項に係る発明の範囲又は意味に影響するわけではない。
【００２４】
図１を参照すると、本開示の一以上の特徴は一般に、増幅システム５２を有する無線システム又はアーキテクチャ５０に関する。いくつかの実施形態において、増幅システム５２は、一以上のデバイスとして実装することができる。かかるデバイス（複数可）は、無線システム／アーキテクチャ５０において利用可能である。いくつかの実施形態において、無線システム／アーキテクチャ５０は例えば、携帯無線デバイスに実装することができる。かかる無線デバイスの例がここに記載される。
【００２５】
図２は、図１の増幅システム５２が典型的には、一以上の電力増幅器（ＰＡ）を有する無線周波数（ＲＦ）増幅器アセンブリ５４を含むことを示す。図２の例において、３つのＰＡ６０ａ〜６０ｃが、ＲＦ増幅器アセンブリ５４を形成するように描かれる。理解されることだが、他の数のＰＡ（複数可）も実装することができる。またも理解されることだが、本開示の一以上の特徴は、他のタイプのＲＦ増幅器を有するＲＦ増幅器アセンブリに実装することもできる。
【００２６】
いくつかの実施形態において、ＲＦ増幅器アセンブリ５４は一以上の半導体ダイに実装することができ、かかるダイは、電力増幅器モジュール（ＰＡＭ）又はフロントエンドモジュール（ＦＥＭ）のようなパッケージ化モジュールに含めることができる。かかるパッケージ化モジュールは典型的に、例えば携帯型無線デバイスに関連付けられた回路基板に搭載される。
【００２７】
増幅システム５２におけるＰＡ（例えば６０ａ〜６０ｃ）は典型的に、バイアスシステム５６によってバイアスがかけられる。さらに、ＰＡのための供給電圧は典型的に、供給システム５８によって与えることができる。いくつかの実施形態において、バイアスシステム５６及び供給システム５８のいずれか又は双方は、ＲＦ増幅器アセンブリ５４を有する上記パッケージモジュールに含めることができる。
【００２８】
いくつかの実施形態において、増幅システム５２は整合ネットワーク６２を含み得る。かかる整合ネットワークは、ＲＦ増幅器アセンブリ５４のための入力整合及び／又は出力整合機能を与えるべく構成することができる。
【００２９】
説明目的のため理解されることだが、図２の各ＰＡ（６０）は、一定数の態様で実装することができる。図３Ａ〜３Ｅは、かかるＰＡを構成し得る態様の非制限的な例を示す。図３Ａは、増幅トランジスタ６４を有する代表的なＰＡを示す。ここで、入力ＲＦ信号（ＲＦ＿ｉｎ）がトランジスタ６４のベースへと与えられ、増幅されたＲＦ信号（ＲＦ＿ｏｕｔ）がトランジスタ６４のコレクタを介して出力される。
【００３０】
図３Ｂは、複数段に配列された複数の増幅トランジスタ（例えば６４ａ、６４ｂ）を有する代表的なＰＡを示す。入力ＲＦ信号（ＲＦ＿ｉｎ）は、第１トランジスタ６４ａのベースへと与えられるように示され、第１トランジスタ６４ａからの増幅されたＲＦ信号は、そのコレクタを介して出力されるように示される。第１トランジスタ６４ａからの増幅されたＲＦ信号は、第２トランジスタ６４ｂのベースへと与えられ、第２トランジスタ６４ｂからの増幅されたＲＦ信号は、そのコレクタを介して出力され、ひいてはＰＡの出力ＲＦ信号（ＲＦ＿ｏｕｔ）が与えられる。
【００３１】
いくつかの実施形態において、図３Ｂの上記代表的なＰＡ構成は、図３Ｃに示されるように２以上の段として描くことができる。第１段６４ａは例えばドライバ段として構成し、第２段６４ｂは例えば出力段として構成することができる。
【００３２】
図３Ｄは、いくつかの実施形態において、ＰＡがドハティＰＡとして構成できることを示す。かかるドハティＰＡは、増幅された出力ＲＦ信号（ＲＦ＿ｏｕｔ）をもたらすべく、入力ＲＦ信号（ＲＦ＿ｉｎ）のキャリア増幅及びピーキング増幅を与えるべく構成された増幅トランジスタ６４ａ、６４ｂを含み得る。入力ＲＦ信号は、分割器によりキャリア部分及びピーキング部分に分割することができる。増幅されたキャリア信号及びピーキング信号は、結合器により出力ＲＦ信号を与えるべく結合することができる。
【００３３】
図３Ｅは、いくつかの実施形態において、ＰＡがカスコード構成で実装できることを示す。入力ＲＦ信号（ＲＦ＿ｉｎ）は、共通エミッタデバイスとして動作する第１増幅トランジスタ６４ａのベースに与えることができる。第１増幅トランジスタ６４ａの出力は、そのコレクタを介して与え、かつ、共通ベースデバイスとして動作する第２増幅トランジスタ６４ｂのエミッタへと与えることができる。第２増幅トランジスタ６４ｂの出力は、ＰＡの増幅された出力ＲＦ信号（ＲＦ＿ｏｕｔ）をもたらすべく、そのコレクタを介して与えることができる。
【００３４】
図３Ａ〜３Ｅの様々な例において、増幅トランジスタは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）のようなバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）として記載される。理解されることだが、本開示の一以上の特徴はまた、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような他のタイプのトランジスタにおいて又は当該トランジスタを使用して実装することもできる。
【００３５】
図４は、いくつかの実施形態において、図２の増幅システム５２が高電圧（ＨＶ）電力増幅システム７０として実装できることを示す。かかるシステムは、複数のＰＡのいくつか又はすべて（例えば６０ａ〜６０ｃ）がＨＶ増幅動作を含むように構成されたＨＶ電力増幅器アセンブリ５４を含み得る。ここに記載されるように、かかるＰＡはバイアスシステム５６によってバイアスがかけられる。いくつかの実施形態において、上記ＨＶ増幅動作は、ＨＶ供給システム５８によって容易とすることができる。いくつかの実施形態において、ＨＶ電力増幅器アセンブリ５４とバイアスシステム５６及びＨＶ供給システム５８のいずれか又は双方との間のインタフェイス機能を与えるべく、インタフェイスシステム７２を実装することができる。
【００３６】
電力増幅器（ＰＡ）は多くの場合、並列動作する多重半導体デバイスを有する出力電力アレイを含む。個々のデバイスそれぞれを正確に同じ条件で動作させるのが望ましいが、デバイス間の不備、及びアレイ全体にわたる温度勾配により、その動作点にばらつきが生じる。極端な条件下では、デバイスの一つが熱暴走し得るので電力アレイが壊れ、それゆえ永久的な故障がもたらされる。かかる問題は、高い供給電圧での動作時に複雑となる。多くの電力消費がアレイに導入されるからである。
【００３７】
ここに記載されるのは、性能を劣化させる熱保護解決法を高性能無線周波数（ＲＦ）電力アレイ素子から切り離すカスコード増幅器構造の使用に関する例である。
【００３８】
いくつかのアプリケーションにおいて、熱耐久性をアレイに組み込むことができるのは、電力アレイにおけるデバイス間距離を増加させることと、バラスト技術を介することとによる。かかる技術は、電力アレイ内の各デバイスに局所的なフィードバックを導入し得る。
【００３９】
アレイを広げることにより、隣接するアレイ素子間の加熱を低減することができるので、ヒートシンク構造物に対する当該アレイの熱抵抗を有効に低減することができる。かかる技術は、アレイのための面積の増加をもたらし、さらには対応するダイのサイズ及びコストも増加させ得る。
【００４０】
バラスト技術は、エミッタ負帰還又はベース負帰還の形態をとる場合が多い。これらの解決法は、ＲＦ信号経路に損失を導入し得る。これは、利得、効率及び飽和電力を劣化させ得るので性能が低下する。カスコードアーキテクチャを利用する他の解決法は、熱暴走を防止するべくカスコードデバイスをバラストにすることを含むのが典型的なカスコードエミッタの共通接続を含み得る。
【００４１】
ここに記載されるのは、高い供給電圧で動作可能なカスコードＰＡアーキテクチャに関する一以上の特徴である。かかる高い供給電圧は熱問題を構成し得る。電圧増加に伴い、単位面積当たりの電力が増加するからである。高い供給電圧を利用するために、カスコードＰＡアーキテクチャは、個々の電力アレイ素子のそれぞれが、その関連カスコード素子との孤立化接続を有するようにセグメント化することができる。得られる構造により、カスコード素子の両端間に供給電圧及び電力消費の大半を強制することができるので、ＲＦ電力デバイスの両端間の最大電圧を、例えば１Ｖ未満まで低減することができる。ＲＦデバイスの両端間の低電圧により、バラストの必要性を低減し又はなくすことができる一方、カスコードデバイスの個々の接続により、カスコードアレイに対して自己バラスト機能を与えて熱暴走を防止又は低減することができる。
【００４２】
いくつかの実施形態において、ここに記載される一以上の特徴を有するカスコードＰＡアーキテクチャは、電力アレイのアレイフットプリントを低減する一方で高利得を維持するべく実装することができる。個々の接続ゆえに自己バラストを有するカスコードデバイスの両端間に高い電力消費が置かれるので、これらのデバイスは、他構成物よりも近くに一緒に置かれ得るが、それでもなおＲＦアレイデバイスの少量のバラストが必要とされる。
【００４３】
図５Ａは、複数のカスコードデバイス９２が並列に配列された代表的なアレイ９０を示す。電流集中及び熱暴走を防止するべく、カスコードセグメントのバラストが与えられ、かつ、ＲＦアレイのバラストが増加される。かかる構成は、９４によって示されるように結合されるカスコードデバイスをもたらす。
【００４４】
図５Ｂは、図５Ａと同じ代表的なアレイ９０を示す。図５Ｂにおいて、代表的なコレクタ電流経路９６が描かれる。かかるコレクタ電流は、熱暴走事象中において経験されることとなり得る。かかる事象において、コレクタ電流は実質的にすべてが、単一のベース共通トランジスタ（例えば右上のトランジスタ）を通って流れるので当該トランジスタが損傷を受ける。
【００４５】
図６は、ベース共通トランジスタすべてにわたり均一なコレクタ電流分配を強制するべく構成することができる孤立化カスコードアレイ１００の一例を示す。したがって、熱暴走事象中における損傷の可能性を低減又はなくすことができる。
【００４６】
図６において、各カスコードデバイスが１０２として示される。図７は、かかるカスコードデバイスの詳細な例を示し、図８は、複数の当該カスコードデバイスがアレイを形成するべく配列され得る態様を示す。
【００４７】
図７の例において、カスコードデバイス１０２は、ベース共通（ＣＢ）デバイス１１２（ここではカスコードトランジスタとも称する）に結合されたエミッタ共通（ＣＥ）デバイス１１０（ここではＲＦトランジスタとも称する）を含むように示される。ＲＦトランジスタ１１０のエミッタは、カスコードバイパスキャパシタンスＣ２を介してカスコードトランジスタ１１２のベースに結合されるように示される。
【００４８】
ＲＦトランジスタ１１０のベースは、ＲＦバラスト抵抗Ｒ２に結合されるように示される。次に、ＲＦバラスト抵抗Ｒ２はノード１２６に結合される。バイアス入力１２０、ＲＦ入力１２２及び第２高調波入力１２４が並列してノード１２６に結合される。図７に示されるように、バイアス入力１２０は、ＤＣバラスト抵抗Ｒ１を介してノード１２６に結合され、ＲＦ入力１２２は、ＤＣブロックキャパシタンスＣ１を介してノード１２６に結合され、及び、第２高調波入力１２４は、キャパシタンスＣ３を介してノード１２６に結合される。Ｒ１、Ｃ１、Ｃ３、ノード１２６、Ｒ２、及び入力１２０、１２２、１２４は、参照の容易のため、集合的に入力バイアス回路１４０と称される。
【００４９】
カスコードトランジスタ１１２のベースは、カスコードバラスト抵抗１４８と直列してバイアス入力１３０に結合されるように示される。これらは、参照の容易のため、集合的にカスコードバイアス回路１５０と称される。ＲＦトランジスタ１１０のエミッタは接地１２８に結合し、カスコードトランジスタ１１２のコレクタは供給電圧ノード１３２に結合することができる。
【００５０】
図８は、孤立化特性を与えるべく２つのカスコードデバイス１０２、１０２’が配列されたアレイ１００の一例を示す。各カスコードデバイスは図７の例と同様である。理解されることだが、２を超えるカスコードデバイスを同様に配列することもできる。
【００５１】
図８の代表的なアレイ１００において、各カスコードデバイスは、ＲＦトランジスタ及びカスコードトランジスタに対して自身のバイアス回路を含み得る。詳しくは、第１カスコードデバイス１０２のＲＦトランジスタ１１０は、入力バイアス回路１４０がベースに結合されるように示され、カスコードトランジスタ１１２は、カスコードバイアス回路１５０がベースに結合されるように示される。同様に、第２カスコードデバイス１０２’のＲＦトランジスタ１１０’は、入力バイアス回路１４０’がベースに結合されるように示され、カスコードトランジスタ１１２’は、カスコードバイアス回路１５０’がベースに結合されるように示される。
【００５２】
図８の例において、入力バイアス回路１４０、１４０’の少なくともいくつかの部分を、例えば共通ＲＦ入力を容易にするべく、結合することができる。同様に、カスコードトランジスタ１１２、１１２’のコレクタ１３２、１３２’を、共通ＲＦ出力を与えるべくかつ共通供給電圧を受けるべく、結合することができる。
【００５３】
いくつかの実施形態において、図８のカスコードデバイスのアレイは、並列素子間の孤立化接続を与えるように実装することができる。例えば、アレイには、別個のＣＥアレイ及び別個のＣＢアレイを組み込む代わりに、複数のＣＥ（１１０）／ＣＢ（１１２）対を組み込むことができる。
【００５４】
図９は、カスコードデバイスを形成するＣＥ／ＣＢ対及び関連接続の代表的なレイアウト２００を示す。代表的なレイアウト２００は、図７のカスコードデバイス１０２の例に類似しかつ当該例から適合される。かかる対は、他の対（複数可）と組み合わせられる場合に上記孤立化機能を与えることができる。様々な部品及び接続が、図９に図示され及び／又は指し示される。理解されることだが、レイアウト２００は一例にすぎず、他のレイアウトも実装可能である。
【００５５】
図１０は、図８の例と同様のカスコードデバイスを形成する２つのＣＥ／ＣＢ対及び関連接続の代表的なレイアウト２１０を示す。代表的なレイアウト２１０は、図８における２つのカスコードデバイス１０２、１０２’のアレイ１００の例に類似しかつ当該例から適合される。図１０に示されるように、２つのＣＥ／ＣＢ対は、図８のカスコードデバイス１０２、１０２’と同様に、並列に結合される。図１０では、様々な部品及び接続が図示され及び／又は指し示される。理解されることだが、レイアウト２１０は例にすぎず、他のレイアウトも実装可能である。
【００５６】
図１１は、１８のＣＥ／ＣＢ対が２次元アレイに配列されて電気的に並列接続される代表的なレイアウト２２０を示す。図示の例において、高電力デバイスであるＣＢトランジスタ（１１２）と、ＣＥトランジスタ（１１０）とのいくつかが強調されている。図１１に示されるように、ＣＢ１１２及びＣＥ１１０を含む第１ＣＥ／ＣＢは領域１３０において、ＣＢ１１２’及びＣＥ１１０’を含む第２ＣＥ／ＣＢ対に並列に結合される。同様に、ＣＢ１１２’’及びＣＥ１１０’’を含む第３ＣＥ／ＣＢ対は領域１３０’において、ＣＢ１１２’’’及びＣＥ１１０’’’を含む第４ＣＥ／ＣＢ対に並列結合される。
【００５７】
図１１の例において、ＣＢトランジスタ１１２が占める面積は１６０μｍ２であり、ＣＥトランジスタ１１０が占める面積は４０μｍ２である。図１１の例において、領域１３０におけるＣＢ１１２及びＣＢ１１２’の中心間距離は５５μｍであり、領域１３０におけるＣＢ１１２’の中心と領域１３０’におけるＣＢ１１２’’の中心との距離は７０μｍである。図１１の例において、ＣＢ１１２及びＣＢ１１２’’’’の中心間距離は１５５μｍである。理解されることだが、様々な値及び例は例にすぎず、他の値も実装可能である。またも理解されることだが、他の数の対及び他の２次元組み合わせも実装可能である。
【００５８】
図１２は、温度上昇曲線をデバイス間隔の関数として示す。（図１１における）約５５μｍという最も近いデバイス間隔において、温度は約４℃であるように示される。図１２の曲線は、カスコードデバイスにおける３０００μＷ／μｍ２の電力消費密度を仮定する。カスコードデバイスにおける実際の電力消費密度は約２００μＷ／μｍ２であるため、温度増加はかなり少ないと予測される。
【００５９】
図１３及び１４はそれぞれ、カスコードデバイスのアレイの様々な動作条件における振幅対振幅（ＡＭ・ＡＭ）歪み及び振幅対位相（ＡＭ・ＰＭ）歪みの性能プロットを示す。図１５は、カスコードデバイスのアレイの同様の動作条件におけるコレクタ効率及び電力負荷効率（ＰＡＥ）の性能プロットを、出力電力の関数として示す。図１６は、図１５の性能プロットの拡大図を示す。図１７は、カスコードデバイスのアレイの同様の動作条件における隣接チャネル漏洩比１（ＡＣＬＲ１）の性能プロットを、出力電力の関数として示す。図１８は、図１７の性能プロットの拡大図を示す。図１９は、カスコードデバイスのアレイの同様の動作条件におけるＡＣＬＲ２の性能プロットを、出力電力の関数として示す。図１３〜１９における上記プロットに対し、カスコードデバイスの代表的なアレイは、ほぼ１０Ｖの供給電圧によって動作する。
【００６０】
図２０は、いくつかの実施形態において、ここに記載されるカスコードアーキテクチャ（例えば図６、８、１０及び１１のアレイ１００）に関連付けられた一以上の特徴が無線周波数（ＲＦ）モジュールに実装できることを示す。かかるモジュールは、例えばフロントエンドモジュール（ＦＥＭ）とすることができる。図２１の例において、モジュール３００は、パッケージング基板３０２を含み得る。一定数のコンポーネントを、かかるパッケージング基板に搭載することができる。例えば、フロントエンド電力管理集積回路（ＦＥ−ＰＭＩＣ）コンポーネント３０４、電力増幅器アセンブリ３０６、整合コンポーネント３０８及びデュプレクサアセンブリ３１０を、パッケージング基板３０２上に及び／又はパッケージング基板３０２内に搭載及び／又は実装することができる。一定数の表面搭載技術（ＳＭＴ）デバイス３１４及びアンテナスイッチモジュール（ＡＳＭ）３１２のような他のコンポーネントもまた、パッケージング基板３０２に搭載することができる。いくつかの実装において、電力増幅器アセンブリ３０６は、図６、８、１０及び１１に示されるアレイ１００を含む。様々なコンポーネントのすべてがパッケージング基板３０２上にレイアウトされるように描かれるが、何らかのコンポーネント（複数可）が、他のコンポーネント（複数可）の上又は下に実装できることが理解される。
【００６１】
いくつかの実装において、ここに記載される一以上の特徴を有するデバイス及び／又は回路は、無線デバイスのようなＲＦデバイスに含めることができる。かかるデバイス及び／又は回路は、ここに記載されるモジュラー形態で、又はその何らかの組み合わせで無線デバイスに直接実装することができる。いくつかの実施形態において、かかる無線デバイスは、例えば、セルラー電話、スマートフォン、電話機能あり又はなしのハンドヘルド無線デバイス、無線タブレット等を含み得る。
【００６２】
図２１は、ここに記載される一以上の有利な特徴を有する代表的な無線周波数（ＲＦ）デバイス４００を描く。ここに記載される一以上の特徴を有するモジュールの文脈において、かかるモジュールは一般に、破線枠３００によって描くことができ、例えばフロントエンドモジュール（ＦＥＭ）として実装することができる。かかるモジュールは、ここに記載されるカスコードデバイスのアレイ１００を含み得る。
【００６３】
図２１を参照すると、電力増幅器アレイ１００は、増幅及び送信対象のＲＦ信号を発生させるべくかつ受信した信号を処理するべく周知の態様で構成されかつ動作し得る送受信器４１０から対応ＲＦ信号を受信することができる。いくつかの実装において、電力増幅器アレイ１００は、図６、８、１０及び１１に示されるアレイ１００に類似しかつ当該アレイから採用される。送受信器４１０は、ユーザに適したデータ及び／又は音声信号と送受信器４１０に適したＲＦ信号との間の変換を与えるべく構成されたベース帯域サブシステム４０８と相互作用をするように示される。送受信器４１０はまた、無線デバイス４００の動作のために電力を管理するべく構成された電力管理コンポーネント４０６と通信することもできる。いくつかの実装において、電力管理コンポーネント４０６はまた、ベース帯域サブシステム４０８及びモジュール３００の動作を制御することもできる。
【００６４】
ベース帯域サブシステム４０８は、ユーザに与えられ及びユーザから受けた音声及び／又はデータの様々な入出力を容易にするべく、ユーザインタフェイス４０２に接続されるように示される。ベース帯域サブシステム４０８はまた、無線デバイスの動作を容易にし及び／又はユーザのための情報記憶を与えるデータ及び／又は命令を記憶するべく構成されたメモリ４０４に接続することもできる。
【００６５】
代表的なＲＦデバイス４００において、ＰＡアレイ１００の出力は、（対応整合回路４２２を介して）対応デュプレクサ４２４に整合され及び引き回されるように示される。かかる増幅されかつフィルタリングされた信号は、送信を目的としてアンテナスイッチ４１４を介してアンテナ４１６へと引き回すことができる。いくつかの実施形態において、デュプレクサ４２４により、共通アンテナ（例えば４１６）を使用して送受信動作を同時に行うことができる。図２１において、受信された信号は、例えば低雑音増幅器（ＬＮＡ）を含み得る「Ｒｘ」経路（図示せず）へと引き回されるように示される。
【００６６】
いくつかの実装において、ＲＦデバイス４００は、セルラー電話、ラップトップ、タブレット、ウェアラブルコンピューティングデバイス等のような無線デバイスである。一定数の他の無線デバイス構成も、ここに記載される一以上の特徴を利用することができる。例えば、無線デバイスは、多重帯域デバイスである必要はない。他例において、無線デバイスは、ダイバーシティアンテナのような付加アンテナ、並びに、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びＧＰＳのような付加的な接続機能を含み得る。
【００６７】
本明細書及び特許請求の範囲全体にわたり、文脈上そうでないことが明らかでない限り、「含む」等の用語は、排他的又は網羅的な意味とは反対の包括的意味に、すなわち「〜を含むがこれらに限られない」との意味に解釈すべきである。ここで一般に使用される用語「結合」は、直接接続されるか又は一以上の中間要素を介して接続されるかいずれかとなり得る２以上の要素を言及する。加えて、用語「ここ」、「上」、「下」及び同様の趣旨の用語は、本願において使用される場合、本願全体を言及し、本願の任意の特定部分を言及するわけではない。文脈が許容する場合、単数又は複数の上述の詳細な説明における用語はそれぞれ、複数又は単数をも含み得る。２以上の項目のリストを参照する用語「又は」及び「若しくは」について、当該用語は以下の解釈のすべてをカバーする。すなわち、当該リストの任意の項目、当該リストのすべての項目、及び当該リストの項目の任意の組み合わせである。
【００６８】
本発明の実施形態の上記詳細な説明は、排他的であることすなわち本発明を上記開示の正確な形態に制限することを意図しない。本発明の及びその例の特定の実施形態が例示を目的として上述されたが、当業者が認識するように、本発明の範囲において様々な均等の修正も可能である。例えば、プロセス又はブロックが所与の順序で提示されるが、代替実施形態は、異なる順序でステップを有するルーチンを行うこと又はブロックを有するシステムを用いることができ、いくつかのプロセス又はブロックは削除、移動、追加、細分化、結合、及び／又は修正することができる。これらのプロセス又はブロックはそれぞれが、様々な異なる態様で実装することができる。また、プロセス又はブロックが直列的に行われるように示されることがあるが、これらのプロセス又はブロックは、その代わりに、並列して行い又は異なる時に行うこともできる。
【００６９】
ここに与えられた本発明の教示は、必ずしも上述のシステムに限られることがなく、他のシステムにも適用することができる。上述の様々な実施形態要素及び行為は、さらなる実施形態を与えるべく組み合わせることができる。
【００７０】
本発明のいくつかの実施形態が記載されたが、これらの実施形態は、例のみとして提示されており、本開示の範囲を制限することを意図しない。実際、ここに記載される新規な方法及びシステムは、様々な他の形態で具体化することができる。さらに、ここに記載される方法及びシステムの形態における様々な省略、置換及び変更が、本開示の要旨から逸脱することなくなし得る。添付の特許請求の範囲及びその均等物が、本開示の範囲及び要旨に収まるかかる形態又は修正をカバーすることが意図される。
【図１】
2016149742.tif 000003
【図２】
2016149742.tif 000004
【図３】
2016149742.tif 000005
【図４】
2016149742.tif 000006
【図５】
2016149742.tif 000007
【図６】
2016149742.tif 000008
【図７】
2016149742.tif 000009
【図８】
2016149742.tif 000010
【図９】
2016149742.tif 000011
【図１０】
2016149742.tif 000012
【図１１】
2016149742.tif 000013
【図１２】
2016149742.tif 000014
【図１３】
2016149742.tif 000015
【図１４】
2016149742.tif 000016
【図１５】
2016149742.tif 000017
【図１６】
2016149742.tif 000018
【図１７】
2016149742.tif 000019
【図１８】
2016149742.tif 000020
【図１９】
2016149742.tif 000021
【図２０】
2016149742.tif 000022
【図２１】
2016149742.tif 000023
【外国語明細書】
2016149742000001.pdf