JP7309021B2 - ブースト変換器とチャージポンプとを有する電圧供給システム - Google Patents

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Description

本開示は一般に、電圧供給システムに関する。
関連出願の相互参照
本願は、2015年2月15日出願の「多重モード電力管理に関するデバイスと方法」
との名称の米国仮出願第62/116,458号の優先権を主張する。その開示は全体が
、ここに明示的に参照として組み入れられる。
電力増幅システムは、(電池電圧から引き出された)供給電圧を与える電圧供給システ
ムによって電力を受けることができる。供給電圧は、電力増幅器が使用する電力量を低減
するべく変えることができる。理想的には、電力増幅器供給電圧は、例えば、大まかには
10ボルト(V)から1Vまでの20dB窓にわたる平均出力電力に追従するべきである
。ほぼ3.8Vの公称電池電圧(Vbatt)であれば、Vbattよりも大きな供給電
圧を発生させるべくブースト機能を利用することができ、Vbatt未満の供給電圧を発
生させるべくバック(buck)機能を利用することができる。
いくつかの実装によれば、本開示は電圧供給システムに関する。電圧供給システムは、
入力ノードにおいて入力電圧を受けて当該入力電圧以上の出力電圧を発生させるべく制御
可能なブースト変換器を含む。電圧供給システムは、入力ノードにおいて入力電圧を受け
て当該入力電圧未満の出力電圧を発生させるべく制御可能なチャージポンプを含む。電圧
供給システムは、制御信号を受信して当該制御信号に基づき出力電圧を出力ノードに発生
させるようにブースト変換器又はチャージポンプを制御するべく構成された制御器を含む
いくつかの実施形態において、制御器は、第1モードを示す制御信号に応答して、入力
電圧未満の出力電圧を発生させるようにチャージポンプを制御するべく構成することがで
きる。いくつかの実施形態において、制御器は、第1モードを示す制御信号に応答して、
入力電圧のほぼ半分の出力電圧を発生させるようにチャージポンプを制御するべく構成す
ることができる。いくつかの実施形態において、制御器は、第1モードを示す制御信号に
応答して、出力電圧を出力ノードへと通過させるようにチャージポンプバイパス回路を制
御するべく構成することができる。
いくつかの実施形態において、制御器は、第2モードを示す制御信号に応答して、入力
電圧に等しい出力電圧を発生させるようにブースト変換器を制御するべく構成することが
できる。いくつかの実施形態において、制御器は、第2モードを示す制御信号に応答して
、入力電圧を出力電圧として出力ノードへと通過させるようにブースト変換器の一以上の
スイッチを動作させるべく構成することができる。
いくつかの実施形態において、制御器は、第3モードを示す制御信号に応答して、入力
電圧よりも大きい出力電圧を発生させるようにブースト変換器を制御するべく構成するこ
とができる。いくつかの実施形態において、制御器は、第3モードを示す制御信号に応答
して、入力電圧をブーストして出力電圧を出力ノードに発生させるようにブースト変換器
の一以上のスイッチを周期的に動作させるべく構成することができる。
いくつかの実施形態において、ブースト変換器は、インダクタ及び一以上のスイッチを
含み得る。いくつかの実施形態において、一以上のスイッチは、インダクタ及び接地電圧
間に結合された第1スイッチと、インダクタ及び出力ノード間に結合された第2スイッチ
とを含み得る。いくつかの実施形態において、ブースト変換器は、インダクタ及び入力ノ
ード間に結合されたスイッチを含まない。
いくつかの実施形態において、制御器は、第2モードを示す制御信号に応答して、入力
電圧を出力電圧として出力ノードへと通過させるように第1スイッチを開かつ第2スイッ
チを閉にするべく構成することができる。いくつかの実施形態において、制御器は、第3
モードを示す制御信号に応答して、入力電圧をブーストして出力電圧を出力ノードに発生
させるように第1スイッチ及び第2スイッチを周期的に開閉するべく構成することができ
る。
いくつかの実施形態において、チャージポンプは一以上のキャパシタを含み得る。いく
つかの実施形態において、チャージポンプはインダクタを含まない。
いくつかの実施形態において、入力電圧は、電池電圧に実質的に等しくすることができ
る。
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、
パッケージング基板に実装された電圧供給システムを含む。電圧供給システムは、入力ノ
ードにおいて入力電圧を受けて当該入力電圧以上の出力電圧を発生させるべく制御可能な
ブースト変換器を含む。電圧供給システムは、入力ノードにおいて入力電圧を受けて当該
入力電圧未満の出力電圧を発生させるべく制御可能なチャージポンプを含む。電圧供給シ
ステムは、受信した制御信号に基づき出力電圧を出力ノードに発生させるようにブースト
変換器又はチャージポンプを制御するべく構成された制御器を含む。
いくつかの実施形態において、RFモジュールは、フロントエンドモジュール(FEM
)とすることができる。
いくつかの実施形態において、電圧供給システムは、供給デバイスと、当該供給デバイ
スの外部において当該供給デバイスに電気的に接続された一以上のパッシブデバイスとを
含み得る。
いくつかの実装において、本開示は、無線周波数(RF)信号を発生させるべく構成さ
れた送受信器を含む無線デバイスに関する。無線デバイスは、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、パッケージング基板に実装されてRF
信号を増幅するべく構成された電力増幅システムを含む。電力増幅システムは電圧供給シ
ステムを含む。電圧供給システムは、入力ノードにおいて入力電圧を受けて当該入力電圧
以上の出力電圧を発生させるべく制御可能なブースト変換器を含む。電圧供給システムは
、入力ノードにおいて入力電圧を受けて当該入力電圧未満の出力電圧を発生させるべく制
御可能なチャージポンプを含む。電圧供給システムは、受信した制御信号に基づき出力電
圧を出力ノードに発生させるようにブースト変換器又はチャージポンプを制御するべく構
成された制御器を含む。無線デバイスは、FEMと通信するアンテナを含む。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。
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ことなく、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。
ここに記載される一以上の特徴を有する電圧供給システムのブロック図を例示する。 代表的なバックブースト変換器の回路図を例示する。 代表的な最適化されたブースト変換器の回路図を例示する。 多重モード電力管理のための電圧供給システムのブロック図を例示する。 ブースト変換器及びチャージポンプを含む電圧供給システムを例示する。 複数のスイッチを含む電圧供給システムを例示する。 供給電圧対当該供給電圧を受けた電力増幅器の出力電力のグラフを例示する。 電池電流曲線のグラフをPA電力の関数として例示し、さらにはDG09曲線も例示する。 電圧供給システムを動作させる方法を表現するフローチャートを例示する。 ここに記載される一以上の特徴を有するモジュールを描く。 ここに記載される一以上の特徴を有する無線デバイスを描く。
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。
図1は、ここに記載される一以上の特徴を有する電圧供給システム100のブロック図
を例示する。電圧供給システム100は、入力電圧から、例えば電池(Vbatt)から
、一以上の出力電圧、例えば供給電圧(Vcc)を発生させることができる。電圧供給シ
ステム100は、入力端子において入力電圧を受け、出力端子において出力電圧を供給す
る。電圧供給システム100はさらに、イネーブル信号を受信するイネーブル端子と、入
力電圧が出力電圧へと変換される態様を示す基準電圧(Vref)を受け又は基準電圧を
示す信号を受信する基準端子とを含み得る。特に、入力電圧が相対的に固定される一方、
出力電圧は基準電圧に基づき得る。
いくつかのアプリケーションにおいて、図1の電圧供給システム100は、電力増幅器
(PA)供給電圧を無線デバイスのような携帯電子デバイスに与えるべく利用することが
できる。理解されることだが、かかる文脈において様々な例が記載されるにもかかわらず
、本開示の一以上の特徴はまた、他のアプリケーションにおいても利用可能である。
理想的には、PA供給電圧は、例えば、大まかには10ボルト(V)から1Vまでの2
0dB窓にわたる平均出力電力に追従するべきである。ほぼ3.8Vの公称電池電圧(V
batt)であれば、Vbattよりも大きな供給電圧を発生させるべく(ブースト変換
器が行う)ブースト機能を利用することができ、Vbatt未満の供給電圧を発生させる
べく(バック変換器が行う)バック機能を利用することができる。
いくつかのPAアプリケーションにおいて、重要な性能パラメータは、高出力電力(例
えば、ほぼ9.5Vの供給電圧)におけるシステム電流ドレインである。したがって、ブ
ースト効率は、重要な設計配慮事項である。バックブースト変換器アーキテクチャは典型
的に、ブースト効率を約3~5ポイント劣化させるので、いくつかのPAアプリケーショ
ンにおいては許容不能とみなされる。
ここに記載されるのは、多重モード電力管理に関連するデバイス及び方法である。ここ
で、ブースト変換器は高電力範囲を目的として構成かつ利用可能であり、バイパス回路は
中間電力範囲を目的として構成かつ利用可能であり、(例えばVbatt/2の出力を含
む)チャージポンプは、低電力範囲を目的として構成かつ利用可能である。ここに記載さ
れるように、かかる多重モード電力管理システムは、システムの部品表(BOM)におけ
るわずかなコンポーネント(例えば低電力範囲用のバック変換器における一つのインダク
タとは対照的な一つのキャパシタ)で動的範囲の実質的に全体にわたって許容可能な性能
を与えることができる。
図2は、代表的なバックブースト変換器200の回路図を例示する。一般に理解される
ように、(例えば制御器201によって)制御されるスイッチ211~214の動作によ
り、インダクタ221及びキャパシタ231に関連付けられたエネルギーの蓄積及び移送
をもたらすことができる。かかる動作により、入力ノードにおいて受ける入力電圧(Vb
att)よりも大きな又は当該入力電圧(Vbatt)未満の出力電圧(Vcc)を出力
ノードにもたらすことができる。例えば、Vbattを2.5V~4.8Vの範囲とし、
Vccを1.2V~11Vの範囲とすることができる。
図2のバックブースト変換器200において、第1スイッチ211は、入力ノード及び
インダクタ221間に結合され、出力電圧が入力電圧未満となるバック機能を与えるべく
使用することができる。しかしながら、第1スイッチ211は、今度は、出力電圧が入力
電圧よりも大きくなるブースト機能の性能を劣化させる損失を導入し得る。
図3は、代表的な最適化されたブースト変換器300の回路図を例示する。(例えば制
御器301によって)制御されるスイッチ311~312の動作により、インダクタ32
1及びキャパシタ331に関連付けられたエネルギーの蓄積及び移送をもたらすことがで
きる。かかる動作により、入力ノードにおいて受ける入力電圧(Vbatt)よりも大き
な出力電圧(Vcc)を出力ノードにもたらすことができる。例えば、Vbattを2.
5V~4.8Vの範囲とし、Voutを10V近辺とすることができる。最適化されたブ
ースト変換器300において、出力電圧を所望の値に調節するべく出力から制御器301
へのフィードバックを実装することができる。
すなわち、図2のバックブースト変換器200とは異なり、図3の最適化されたブース
ト変換器300は、インダクタ321及び入力ノード間に結合されたスイッチを含まない
。しかしながら、図3の最適化されたブースト変換器300は典型的に、入力電圧未満の
出力電圧をサポートしない。
図3の最適化されたブースト変換器300は、バイパス機能を与えるべく(例えば制御
器によって)制御可能である。スイッチ311~312が、ブースト機能を与えるべくイ
ンダクタ321及びキャパシタ331に関連付けられたエネルギーの蓄積及び移送をもた
らし得る一方、第1スイッチ311を開かつ第2スイッチ312を閉にすることにより、
出力電圧(Vcc)が入力電圧(Vbatt)にほぼ等しくなるバイパス機能を与えるこ
とができる。
図4は、多重モード電力管理のための電圧供給システム400のブロック図を例示する
。電圧供給システムは、入力ノードにおいて入力電圧(Vbatt)を受けて出力ノード
において出力電圧(Vcc)を供給する。電圧供給システム400は、入力電圧よりも大
きな出力電圧を発生させるブースト回路404と、入力電圧を出力電圧として通過させる
バイパス回路406と、入力電圧未満の出力電圧を発生させるチャージポンプ回路408
とを有する供給デバイス402(例えばダイ又はモジュール)を含む。
電圧供給システム400はさらに、供給デバイス400に関連付けられた様々な機能を
容易にすることができる一以上のパッシブデバイス410(例えばキャパシタ及び/又は
インダクタ)を含む。いくつかの実施形態において、パッシブデバイス(複数可)は、供
給デバイスの外部において当該供給デバイスに電気的に接続することができる。一例とし
て、ブースト回路404、パッシブデバイス410のインダクタ、及びパッシブデバイス
410のキャパシタは、図3の最適化されたブースト変換器300のようなブースト変換
器を形成し得る。他例として、チャージポンプ回路408と、パッシブデバイス410の
一以上のキャパシタとがチャージポンプを形成し得る。
いくつかの実装において、ブースト回路404及びバイパス回路406は、同じコンポ
ーネントの少なくともいくつかを含む。特に、以下にさらに記載されるように、ブースト
回路及びバイパス回路は双方とも、ブースト機能又はバイパス機能のいずれかを与えるべ
く構成された2つの同じスイッチを含み得る。
図4の例において(及び本開示全体を通して)、入力電圧は、電池(Vbatt)によ
って与えられるように示される。しかしながら、理解されることだが、本開示の一以上の
特徴はまた、入力が電池以外のソースに由来するシステムに実装することもできる。
図5は、ブースト変換器及びチャージポンプを含む電圧供給システム500を例示する
。電圧供給システムは、入力ノード591において入力電圧(Vbatt)を受けて出力
ノード592において出力電圧(Vcc)を供給する供給デバイス502(例えばダイ又
はモジュール)を含む。入力ノードは、入力電圧の変動を回避する第1キャパシタ531
を介して接地電圧に結合される。出力ノード592は、出力電圧の変動を回避しかつブー
スト変換器のキャパシタを実装する第2キャパシタ532を介して接地電圧に結合される
供給デバイス502は、インダクタ521を介して入力電圧に結合された2つのスイッ
チングノード593a~593bを含む。インダクタ521は、ブースト変換器のインダ
クタを実装する。供給デバイス502は、チャージポンプのキャパシタを実装する第3キ
ャパシタ533を介して一緒に結合された2つのチャージポンプノード594a~594
bを含む。
供給デバイス502は、入力電圧よりも大きな(ブースト機能)又は入力電圧に等しい
(バイパス機能)出力電圧を発生させるべく制御可能なブースト変換器回路504を含む
。出力電圧は、例えば高電圧(HV)電力増幅器(PA)に供給電圧として与えることが
できる。かかる高電圧PAは、例えばHV平均電力追跡(APT)PAを含み得る。電圧
供給システム500は、ブースト変換器回路504、インダクタ521及び第2キャパシ
タ532を含むブースト変換器を含み得る。
供給デバイス502はさらに、入力電圧未満の出力電圧を発生させるべく制御可能なチ
ャージポンプ回路508を含む。チャージポンプ回路508は、バイパス回路510を介
して出力ノード592に与えられるように示される低電圧(LV)出力を発生させるべく
構成することができる。
いくつかの実施形態において、チャージポンプ回路508は、例えば入力電圧の2倍又
は入力電圧の半分となり得る所望の出力を発生させるべく第3キャパシタ533(例えば
フライングキャパシタンス)とともに動作することができる。チャージポンプとして利用
可能な代表的なチャージポンプは、2015年2月15日出願の「交互配置された二重出
力チャージポンプ」との名称の米国仮出願第62/116,457号、及び2015年9
月22日出願の「交互配置された二重出力チャージポンプ」との名称の米国出願第14/
861,058号に記載されている。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。
図6は、複数のスイッチ611~613を含む電圧供給システム600を例示する。電
圧供給システム600は、入力電圧(Vbatt)を受ける入力ノード691と出力電圧
(Vcc)を供給する出力ノード692とを含む供給デバイス602(例えばダイ又はモ
ジュール)を含む。入力ノード691は、入力電圧の変動を回避する第1キャパシタ63
1を介して接地電圧に結合される。出力ノード692は、出力電圧の変動を回避しかつブ
ースト変換器のキャパシタを実装する第2キャパシタ632を介して接地電圧に結合され
る。
供給デバイス602は、インダクタ621を介して入力電圧に結合された2つのスイッ
チングノード693a~693bを含む。インダクタ621は、ブースト変換器のインダ
クタを実装する。ブースト変換器はさらに、第1スイッチングノード693a及び接地電
圧間に結合された第1スイッチ611と、第2スイッチングノード693b及び出力ノー
ド692間に結合された第2スイッチ612とを含む供給デバイス602に存在するブー
スト変換器回路604を含む。
第1スイッチ611及び第2スイッチ612は、入力ノード691における入力電圧よ
りも大きな出力電圧を出力ノード692に発生させるようにインダクタ621及びキャパ
シタ632に関連付けられたエネルギーを蓄積及び移送するべく(例えば制御器601に
よって)制御可能である。すなわち、制御器601は、入力電圧をブーストして出力電圧
を出力ノード692に発生させるようにスイッチ611~612を周期的に動作させるべ
く構成することができる。
第1スイッチ611及び第2スイッチ612はまた、出力ノード692における出力電
圧が入力ノード691における入力電圧にほぼ等しくなるように、第1スイッチ611を
開かつ第2スイッチ612を閉にすることによりバイパス機能を与えるべく(例えば制御
器601によって)制御可能である。すなわち、制御器601は、入力電圧を出力電圧と
して出力ノードへと通過させるようにスイッチ611~612を動作させるべく構成する
ことができる。
いくつかの実装において、供給デバイス602は、入力電圧を出力電圧として出力ノー
ドへと通過させるべくブースト変換器回路604とは別個のバイパス回路(図示せず)を
含む。例えば、いくつかの実装において、第1スイッチ611及び第2スイッチ612は
、高いスイッチング損失を代償として(ブースト機能を行っている間に)状態を迅速に変
更するように実装することができる。すなわち、供給デバイス602は、迅速に状態を変
更するわけではないが第2スイッチ612よりもスイッチング損失が低い(入力ノード6
91及び出力ノード692間に直列に結合された)低速スイッチを含むバイパス回路を含
み得る。
供給デバイス602は、チャージポンプのキャパシタを実装する第3キャパシタ633
を介して一緒に結合された2つのチャージポンプノード694a~694bを含む。供給
デバイス602は、入力電圧未満の出力電圧を発生させるべく(例えば制御器601によ
って)制御可能なチャージポンプ回路608を含む。いくつかの実施形態において、チャ
ージポンプ回路608は、入力電圧の2倍又は入力電圧の半分となり得る所望の出力を発
生させるべく第3キャパシタ633(例えばフライングキャパシタンス)とともに動作す
ることができる。チャージポンプ回路608の出力は、制御器601によって制御可能な
第3スイッチ613を含むバイパス回路610を介して出力ノード692に与えることが
できる。
供給デバイス602は、一以上の制御信号を受信する一以上の制御ノード695を含み
得る。制御ノード695は、制御信号を受信かつ処理可能な制御器601に結合すること
ができる。すなわち、電圧供給システム600は、入力電圧を入力ノード691において
受けて当該入力電圧よりも大きな(ブースト機能)又は当該入力電圧に等しい(バイパス
機能)出力電圧を発生させるべく(例えば制御器601によって)制御可能なブースト変
換器を含む。ブースト変換器は、供給デバイス602に存在するブースト制御回路604
と、供給デバイス602の外部にある一以上のパッシブデバイス(例えばインダクタ62
1及び第2キャパシタ632)とを含み得る。電圧供給システム600は、入力電圧を入
力ノード691において受けて当該入力電圧未満の出力電圧を発生させるべく(例えば制
御器601によって)制御可能なチャージポンプを含む。チャージポンプは、供給デバイ
ス602に存在するチャージポンプ回路608と、供給デバイス602の外部にある一以
上のパッシブデバイス(例えば第3キャパシタ633)とを含み得る。電圧供給システム
600は、(例えば制御ノード695を介して)制御信号を受信して当該制御信号に基づ
き出力電圧を出力ノード692に発生させるようにブースト変換器又はチャージポンプを
制御するべく構成された制御器601を含む。
いくつかの実装において、制御信号は動作モードを示す。制御信号は、一定数の態様で
動作モードを示すことができる。いくつかの実装において、制御信号は、複数のモードの
一つを直接示す。いくつかの実装において、制御信号は、複数のモードの一つに対応する
目標出力電力を示す。いくつかの実装において、制御信号は、複数のモードの一つに対応
する目標供給電圧を示す。
制御器601は、第1モード(例えば低電圧モード、バックモード又は電圧低減モード
)を示す制御信号に応答して、入力電圧未満の出力電圧を発生させるようにチャージポン
プ(例えばチャージポンプ回路608又はチャージポンプ回路608の一以上のスイッチ
)を制御するべく構成される。いくつかの実装において、制御器601は、入力電圧のほ
ぼ半分の出力電圧を発生させるようにチャージポンプを制御するべく構成される。いくつ
かの実装において、制御信号が第1モードを示す場合、制御器601は、(チャージポン
プ出力からの)出力電圧を出力ノード692へと通過させるようにチャージポンプバイパ
ス回路610を制御するべく構成される。例えば、制御器601は、第1モードを示す制
御信号に応答して第3スイッチ613を閉にするべく構成することができる。
制御器601は、第2モード(例えば中間電圧モード、バイパスモード又は電圧同等モ
ード)を示す制御信号に応答して、入力電圧に等しい出力電圧を発生させるようにブース
ト変換器を制御するべく構成される。いくつかの実装において、制御器601は、入力電
圧を出力電圧として出力ノード692へと通過させるようにブースト変換器の一以上のス
イッチを動作させるべく構成される。例えば、制御器601は、入力電圧を出力電圧とし
て出力ノード692へと通過させるように第1スイッチ611を開かつ第2スイッチ61
2を閉に動作させるべく構成することができる。
上述のように、いくつかの実装において、供給デバイス602は、ブースト変換器回路
604とは別個のバイパス回路(図示せず)を含む。すなわち、いくつかの実装において
、制御器601は、第2モードを示す制御信号に応答して、入力電圧を出力電圧として出
力ノード692へと通過させるようにバイパス回路を制御するべく構成される。
制御器は、第3モード(例えば高電圧モード、ブーストモード又は電圧増加モード)を
示す制御信号に応答して、入力電圧よりも大きな出力電圧を発生させるようにブースト変
換器を制御するべく構成される。第3モードを示すことに加え、制御信号はさらに、目標
出力電圧を示すこともできる。制御器601は、入力電圧をブーストして目標出力電圧を
もたらすようにブースト変換器を制御することができる。いくつかの実装において、制御
器601は、入力電圧をブーストして出力電圧を出力ノード692に発生させるようにブ
ースト変換器の一以上のスイッチを周期的に動作させるべく構成される。例えば、制御器
601は、入力電圧をブーストして出力電圧を出力ノード692に発生させるように周期
的に第1スイッチ611及び第2スイッチ612を開閉するべく構成することができる。
上述のように、ブースト変換器は、インダクタ621と、(例えばインダクタ621及
び接地電圧間に結合された第1スイッチ611、並びにインダクタ621及び出力ノード
692間に結合された第2スイッチ612)一以上のスイッチとを含み得る。いくつかの
実装において、(図2の変換器200とは異なり)ブースト変換器は、インダクタ621
及び入力ノード691間に結合されたスイッチを含まない。特に、電圧供給システム60
0は、インダクタ621及び入力ノード691間に結合されたスイッチを含まない。
チャージポンプは、一以上のキャパシタ(例えば第3キャパシタ633)を含み得る。
チャージポンプはさらに、一以上のスイッチ(例えばチャージポンプ回路608のスイッ
チ)を含み得る。しかしながら、いくつかの実装において、チャージポンプはインダクタ
を含まない。
表1は、モードを示す制御信号に応答する第1スイッチ611(S1)、第2スイッチ
612(S2)及び第3スイッチ613(S3)の状態表を例示する。特に、第1モード
(例えば低電圧モード)を示す制御信号に応答して第1スイッチ611及び第2スイッチ
612がオフ(例えば開)にされ、第3スイッチ613はオン(例えば閉)にされる。第
2モード(例えば中間電圧モード)を示す制御信号に応答して、第1スイッチ611及び
第3スイッチ613がオフにされ、第2スイッチ612がオンにされる。第3モード(例
えば高電圧モード)を示す制御信号に応答して、第3スイッチ613がオフにされ、第1
スイッチ611及び第2スイッチ612はスイッチトモードで動作される。
Figure 0007309021000001
図7は、供給電圧対当該供給電圧を受けた電力増幅器の出力電力のグラフを例示する。
732として示される曲線は、PA出力電力の範囲を与えるべく利用可能な代表的な理想
供給電圧曲線である。731として示される曲線は、電圧供給システム、例えば図6の電
圧供給システム600、から取得可能な多重出力電圧の一例である。説明目的のため、入
力電圧は、3.8Vの電池電圧に実質的に等しいと仮定する。
低電力PA出力(例えば第1しきい値741を下回る目標出力電力)が所望されて制御
信号が第1モードを示す場合、低電圧出力(例えばVbatt/2≒1.9V)を、チャ
ージポンプを利用する電圧供給システム600によって発生させることができる。中間電
力のPA出力(例えば第1しきい値741及び第2しきい値742間の目標出力電力)が
所望されて制御信号が第2モードを示す場合、中間電圧出力(例えばVbatt)を、ブ
ースト変換器をバイパス回路として利用する電圧供給システム600によって(又は別個
のバイパス回路を利用することによって)発生させることができる。高電力のPA出力(
例えば第2しきい値742を上回る目標出力電圧)が所望されて制御信号が第3モードを
示す場合、ブースト変換器を利用する電圧供給システム600によって高電圧出力を発生
させることができる。
図8は、電池電流曲線801~803のグラフをPA電力の関数として例示し、さらに
はDG09曲線811も例示する。DG09曲線811は、特定のPA電力における使用
の見込みを示す。すなわち、典型的な電池の使用は、引き出される電流の関数であり、D
G09曲線によって重み付けされ、及びPA電力にわたって統合される。
第1電池電流曲線801はブースト/バイパスの組み合わせ(例えば図3の変換器30
0を使用)を例示し、電流曲線802はブースト/チャージポンプ(2で割る)の組み合
わせ(例えば図6の電圧供給システム600を使用)、及び電流曲線803はブースト/
バックの組み合わせ(例えば図2の変換器200を使用)を例示する。注目すべき28d
Bm条件という定格電力条件において、ここに記載されるブースト/チャージポンプ(2
で割る)の組み合わせにより、約20mAの電流節約がもたらされる一方、約1.7mA
のみDG09が劣化する。
電流曲線802が例示するのは、ブースト/チャージポンプの組み合わせが、高PA電
力においては(入力ノード及びインダクタ間に結合されたスイッチからのスイッチング損
失がないことに起因して)ブースト/バックの組み合わせよりも優れるということである
。電流曲線802が例示するのは、ブースト/チャージポンプの組み合わせが、低PA電
力においては(入力電圧を低下させるチャージポンプの使用に起因して)ブースト/バイ
パスの組み合わせよりも優れるということである。
図9は、電圧供給システムを動作させる方法を表現するフローチャートを例示する。い
くつかの実装(及び一例として以下に述べるもの)において、方法900は、少なくとも
部分的には、図6の制御器601のような制御器によって実行される。いくつかの実装に
おいて、方法900は、少なくとも部分的には、ハードウェア、ファームウェア、ソフト
ウェア又はこれらの組み合わせを含む処理ロジックによって実行される。いくつかの実装
において、方法900は、少なくとも部分的には、非一時的コンピュータ可読媒体(例え
ばメモリ)に記憶されたプロセッサ実行コードによって実行される。
方法900はブロック910において、電圧供給システムの一以上のモードを示す制御
信号を制御器が受信することから開始する。電圧供給システムは、決定ブロック922(
第1モード?)、924(第2モード?)又は926(第3モード?)の結果に応じて適
切に構成され得る。制御信号が第1モードを示す場合、制御器はブロック932において
、入力電圧未満の出力電圧を発生させるようにチャージポンプを制御することができる。
制御器はさらに、出力電圧を出力ノードに結合するようにチャージポンプバイパス回路を
制御することができる。制御信号が第2モードを示す場合、制御器はブロック934にお
いて、入力電圧を出力電圧として出力ノードへと通過させるようにバイパス回路を制御す
ることができる。制御信号が第3モードを示す場合、制御器はブロック936において、
入力電圧よりも大きい出力電圧を発生させるようにブースト変換器を制御することができ
る。いくつかの実装において、バイパス回路はブースト制御器の一部である。いくつかの
実装において、制御信号は目標出力電圧を示し、かつ、制御信号は、目標出力電圧を発生
させるようにブースト変換器を制御する。
ブロック940において、制御器940は、出力電圧を電力増幅器に供給するべく電圧
供給システムを制御することができる。
図10は、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電圧
供給システム(例えば図2~6の構成)のいくつか又はすべてが一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10の例において、モジュール1000はパッケージング基板1002
を含み得る。かかるパッケージング基板には一定数のコンポーネントを搭載することがで
きる。例えば、FE-PMIC(フロントエンド電力管理集積回路)コンポーネント10
04、電力増幅器アセンブリ1006、整合コンポーネント1008及びデュプレクサア
センブリ1010は、パッケージング基板1002上に及び/又はパッケージング基板1
002内に搭載及び/又は実装可能である。一定数のSMTデバイス1014(例えば図
4のパッシブデバイス410並びに/又は図5及び6のインダクタ及び/若しくはキャパ
シタ)及びアンテナスイッチモジュール(ASM)1012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1002に搭載することができる。様々なコンポーネントの
すべてがパッケージング基板1002上にレイアウトされるように描かれるにもかかわら
ず、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)の上に実装で
きることが理解される。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
有する電圧供給システム1007は、FE-PMICコンポーネント1004の一部とし
て実装可能である。
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可能である。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。
図11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デバイス110
0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1000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)として実装可能である。
図11を参照すると、電力増幅器(PA)1120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かつ動作し得る送受信
器1110から対応RF信号を受信することができる。送受信器1110は、ユーザに適
したデータ及び/又は音声信号と送受信器1110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1108と相互作用をするように示される。送
受信器1110はまた、無線デバイス400の動作を目的として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1106と通信することができる。かかる電力管理はまた
、ベース帯域サブシステム1108及びモジュール1000の動作を制御することもでき
る。
ベース帯域サブシステム1108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1102に接続さ
れるように示される。ベース帯域サブシステム1108はまた、無線デバイスの動作を容
易にする及び/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1104に接続することもできる。
代表的な無線デバイス1100において、PA1120の出力は、(対応整合回路11
12を介して)対応デュプレクサ1122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111
4を介してアンテナ1116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1122により、共通アンテナ(例えば1116)を使用して送受信動作を
同時に行うことができる。図11において、受信された信号は、例えば低雑音増幅器(L
NA)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。
いくつかの実施形態において、ここに記載される電圧供給システム1007は、モジュ
ール1000の一部として実装することができる。
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。
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」及び類似の趣
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、単数又は複数を使用する上述の詳細な説明
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。
本発明の実施形態の上記詳細な説明は、網羅的であること又は本発明を上述の正確な形
態に限定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。
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。
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、ここに記載の
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。

Claims (20)

  1. 電圧供給システムであって、
    入力ノードにおいて入力電圧を受けて出力電圧を、前記出力電圧が前記入力電圧よりも大きいときに発生させるべく制御可能なブースト変換器と、
    前記入力ノードにおいて前記入力電圧を受けて前記入力電圧を、前記ブースト変換器に含まれる第1スイッチ及び第2スイッチを使用して、前記出力電圧が前記入力電圧に等しいときに前記出力電圧として出力ノードに渡すべく制御可能なバイパス回路と、
    前記入力ノードにおいて前記入力電圧を受けて前記出力電圧を、前記出力電圧が前記入力電圧よりも小さいときに発生させるべく制御可能なチャージポンプと
    前記チャージポンプと前記出力ノードとの間に接続されるチャージポンプバイパス回路と
    を含み、
    前記第1スイッチ及び前記第2スイッチは、前記ブースト変換器においてスイッチトモードで動作する、電圧供給システム。
  2. 制御信号を受信して前記制御信号に基づき前記出力電圧を前記出力ノードに発生させるように前記ブースト変換器又は前記チャージポンプを制御するべく構成された制御器をさらに含む、請求項1の電圧供給システム。
  3. 前記制御器は、第1モードを示す前記制御信号に応答して、前記入力電圧よりも小さな前記出力電圧を発生させるように前記チャージポンプを制御するべく構成される、請求項2の電圧供給システム。
  4. 前記制御器は、前記第1モードを示す前記制御信号に応答して、前記入力電圧のほぼ半分の前記出力電圧を発生させるように前記チャージポンプを制御するべく構成される、請求項3の電圧供給システム。
  5. 前記制御器は、前記第1モードを示す前記制御信号に応答して、前記出力電圧を前記出力ノードへと通過させるように前記チャージポンプバイパス回路を制御するべく構成される、請求項3の電圧供給システム。
  6. 前記制御器は、第2モードを示す制御信号に応答して、前記入力電圧に等しい前記出力電圧を発生させるように前記ブースト変換器を制御するべく構成される、請求項2の電圧供給システム。
  7. 前記制御器は、前記第2モードを示す前記制御信号に応答して、前記入力電圧を前記出力電圧として前記出力ノードへと渡すように前記バイパス回路を制御するべく構成される、請求項6の電圧供給システム。
  8. 前記制御器は、第3モードを示す前記制御信号に応答して、前記入力電圧よりも大きな前記出力電圧を発生させるように前記ブースト変換器を制御するべく構成される、請求項2の電圧供給システム。
  9. 前記制御器は、前記第3モードを示す前記制御信号に応答して、前記入力電圧をブーストして前記出力電圧を前記出力ノードに発生させるように前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを周期的に動作させるべく構成され、
    前記第3モードは前記スイッチトモードに対応する、請求項8の電圧供給システム。
  10. 前記ブースト変換器はさらにインダクタを含む、請求項2の電圧供給システム。
  11. 前記第1スイッチは前記インダクタと接地電圧との間に結合され、
    前記第2スイッチは前記インダクタと前記出力ノードとの間に結合される、請求項10の電圧供給システム。
  12. 前記制御器は、第3モードを示す前記制御信号に応答して、前記入力電圧をブーストして前記出力電圧を前記出力ノードに発生させるように前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを周期的に開閉するべく構成され、
    前記第3モードは前記スイッチトモードに対応する、請求項11の電圧供給システム。
  13. 前記チャージポンプは一以上のキャパシタを含む、請求項1の電圧供給システム。
  14. 前記チャージポンプはインダクタを含まない、請求項13の電圧供給システム。
  15. 前記入力電圧は電池電圧に実質的に等しい、請求項1の電圧供給システム。
  16. 無線周波数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圧供給システムと
    を含み、
    前記電圧供給システムは、
    入力ノードにおいて入力電圧を受けて出力電圧を、前記出力電圧が前記入力電圧よりも大きいときに発生させるべく制御可能なブースト変換器と、
    前記入力ノードにおいて前記入力電圧を受けて前記入力電圧を、前記ブースト変換器に含まれる第1スイッチ及び第2スイッチを使用して、前記出力電圧が前記入力電圧に等しいときに前記出力電圧として出力ノードに渡すべく制御可能なバイパス回路と、
    前記入力ノードにおいて前記入力電圧を受けて前記出力電圧を、前記出力電圧が前記入力電圧よりも小さいときに発生させるべく制御可能なチャージポンプと
    前記チャージポンプと前記出力ノードとの間に接続されるチャージポンプバイパス回路と
    を含み、
    前記第1スイッチ及び前記第2スイッチは、前記ブースト変換器においてスイッチトモードで動作する、無線周波数モジュール。
  17. 前記無線周波数モジュールはフロントエンドモジュールである、請求項16の無線周波数モジュール。
  18. 前記電圧供給システムは、
    供給デバイスと、
    前記供給デバイスの外部において前記供給デバイスに電気的に接続された一以上のパッシブデバイスと
    を含む、請求項16の無線周波数モジュール。
  19. 前記電圧供給システムはさらに、制御信号を受信して前記制御信号に基づき前記出力電圧を前記出力ノードに発生させるように前記ブースト変換器又は前記チャージポンプを制御するべく構成された制御器を含む、請求項16の無線周波数モジュール。
  20. 無線デバイスであって、
    無線周波数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と、
    前記フロントエンドモジュールと通信するアンテナと
    を含み、
    前記フロントエンドモジュールは、
    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と、
    前記パッケージング基板に実装されて前記無線周波数信号を増幅するべく構成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電圧供給システムを含み、
    前記電圧供給システムは、
    入力ノードにおいて入力電圧を受けて出力電圧を、前記出力電圧が前記入力電圧よりも大きいときに発生させるべく制御可能なブースト変換器と、
    前記入力ノードにおいて前記入力電圧を受けて前記入力電圧を、前記ブースト変換器に含まれる第1スイッチ及び第2スイッチを使用して、前記出力電圧が前記入力電圧に等しいときに前記出力電圧として出力ノードに渡すべく制御可能なバイパス回路と、
    前記入力ノードにおいて前記入力電圧を受けて前記出力電圧を、前記出力電圧が前記入力電圧よりも小さいときに発生させるべく制御可能なチャージポンプと
    前記チャージポンプと前記出力ノードとの間に接続されるチャージポンプバイパス回路と
    を含み、
    前記第1スイッチ及び前記第2スイッチは、前記ブースト変換器においてスイッチトモードで動作し、
    前記アンテナは前記増幅がされた前記無線周波数信号を送信するべく構成される、無線デバイス。
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