JP2005518745A - 増幅器のインピーダンスを動的に補償する電流変調器 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力増幅器に対して振幅変調された供給電流を与えることに関連して変化する電力増幅器のインピーダンスを動的に補償する方法と装置を提供する。この動的な補償は、たとえば、送信アンテナの結合の変化に関連する電力増幅器の変化から生じる電力増幅器の直流抵抗の変化を推測感知することに基づいている。電力増幅器の出力インピーダンスのような電力増幅器のAM変調インピーダンスの変化は、電力増幅器の動作電圧と、電力増幅器に供給される変調された供給電流と固定的比例関係に維持される基準電流とから推測される。この方法は、電力増幅器のインピーダンスの変化を正確に感知するが、電力増幅器の電流供給経路またはRF出力信号経路のいずれかで、方向性結合器(directional coupler)のような損失型構成要素の使用を必要としない。
図1は、従来の電流変調器を採用した無線通信装置10を示している。装置10は、送受信機12、デジタル信号処理プロセッサ(DSP)14、電流変調器16、電力増幅器18、RF出力整合回路網20、受信フィルタ22およびアンテナアセンブリ24を含む。動作する場合、送受信機12は、DSP14から受信した送信データに基づいて包絡線が一定な位相変調された入力信号を電力増幅器18に与える。さらにDSP14は、変調器16を駆動する振幅変調信号を発生する。次に変調器16は変調された供給電流IPAを発生するが、この電流は電力増幅器18に対する入力供給電流の役目をする。電力増幅器の出力インピーダンスに注入された変調された供給電流が電力増幅器18からのRF出力信号の中で振幅変調を発生するように、電力増幅器18は飽和モードで動作する。したがって、RF信号は所望の送信データに対応する位相変調および振幅変調の情報を含む。
に基づいて、電力増幅器のAM変調インピーダンスを反映する。
ここでRREF=R(Q3)+RNOM、IREF=IPA/nであり、変調制御回路60のフィードバック電圧=VPA−IREF×R(Q3)である。
Claims (68)
- 振幅変調信号に応答して電力増幅器に変調された供給電流を供給する電流変調器であって、
前記振幅変調信号に応答して変調制御信号を発生する変調制御回路と、
前記変調制御信号に応答して前記変調された供給電流を発生する出力回路と、
前記変調された供給電流に比例する基準電流を発生するとともに、推測感知信号に応答して前記基準電流を、前記変調された供給電流に対して既知の比例関係に維持する基準制御素子を含む基準回路と、
前記推測感知信号が電力増幅器(PA)のAM変調インピーダンスに依存して変わるように、前記電力増幅器の動作電圧と前記基準電流との関数として前記推測感知信号を発生する検出回路と、
を含む電流変調器。 - 請求項1に記載の電流変調器において、前記出力回路は、前記変調制御信号に応答して、供給電圧から前記変調された供給電流を取り出す出力トランジスタを含む前記電流変調器。
- 請求項2に記載の電流変調器において、前記基準回路は、前記変調制御信号に応答して、前記基準電流を制御するとともに、前記出力トランジスタに対して既知のジオメトリック・スケーリングを有する基準トランジスタを含む前記電流変調器。
- 請求項3に記載の電流変調器において、前記基準制御素子は、前記基準電流が前記変調された供給電流に対して既知の比例関係に維持されるように、前記出力トランジスタに対応する動作条件とまったく同じに変わるよう前記基準トランジスタの動作条件を制御する前記電流変調器。
- 請求項4に記載の電流変調器において、前記基準制御素子は、前記基準トランジスタの動作電圧を制御する前記電流変調器。
- 請求項5に記載の電流変調器において、前記基準制御素子は、前記基準トランジスタと直列に配置されるとともに、前記基準トランジスタの前記動作電圧が前記出力トランジスタの動作電圧に等しい状態が続くように、前記推測感知信号に応答して、前記出力トランジスタの対応する動作電圧の変化とともに、前記基準トランジスタの前記動作電圧を変える可変抵抗器として構成される前記電流変調器。
- 請求項6に記載の電流変調器において、前記基準トランジスタの前記動作電圧は、前記基準電流によって発生する前記電流変調器。
- 請求項6に記載の電流変調器において、前記基準トランジスタは、前記基準トランジスタが前記変調制御信号に応答して前記基準電流を変えるように、前記供給電圧に結合される第1の信号端子と、前記制御トランジスタに結合される第2の信号端子と、前記変調制御回路に結合される制御端子とを含む前記電流変調器。
- 請求項8に記載の電流変調器において、前記制御トランジスタは、前記基準トランジスタの前記動作電圧を前記第2の信号端子で制御する前記電流変調器。
- 請求項9に記載の電流変調器において、前記出力トランジスタは、前記基準トランジスタが前記変調制御信号に応答して前記基準電流を変えるように、前記供給電圧に結合される第1の信号端子と、前記電力増幅器の供給入力に結合される第2の信号端子と、前記変調制御回路に結合される制御端子とを含む前記電流変調器。
- 請求項10に記載の電流変調器において、前記基準トランジスタの前記動作電圧は、前記電力増幅器の前記供給電圧に等しい前記電流変調器。
- 請求項6に記載の電流変調器において、前記検出回路は、前記出力回路と前記基準回路との間に接続され、前記基準トランジスタの前記動作電圧と前記出力トランジスタの前記動作電圧の差に基づいて前記推測感知信号を発生する差動増幅器回路を含む前記電流変調器。
- 請求項12に記載の電流変調器において、前記差動増幅器回路は、前記可変抵抗器が前記PA抵抗の変化に応答して変わるように、前記基準制御素子を介して閉じられるフィードバックループを含む前記電流変調器。
- 請求項6に記載の電流変調器において、前記変調制御回路は、前記基準トランジスタの前記動作電圧から取り出されたフィードバック電圧と前記振幅変調信号との差に基づいて前記変調制御信号を発生する差動増幅器回路を含む前記電流変調器。
- 請求項14に記載の電流変調器において、前記差動増幅器回路のフィードバックループは、前記差動増幅器の制御利得が前記PA AM変調インピーダンスの関数として変わる前記電流変調器。
- 請求項1に記載の電流変調器において、前記検出回路は、電力増幅器のAM変調インピーダンスの変化と共に変わる補償制御信号を発生する前記電流変調器。
- 請求項16に記載の電流変調器であって、前記検出回路からの前記補償制御信号に応答して、電力増幅器のAM変調インピーダンスの変化を補償する補償信号を発生する補償コントローラを更に含む前記電流変調器。
- 請求項17に記載の電流変調器において、前記補償コントローラは、前記補償信号に応答して前記変調回路の変調利得を変える変調利得制御回路を含む前記電流変調器。
- 請求項18に記載の電流変調器において、前記変調利得制御回路は、前記補償制御信号に応答して前記補償信号を発生するピーク検出器と、前記変調制御回路に結合され、前記ピーク検出器からの前記補償信号に応答して前記変調制御回路に可変実効抵抗を与える抵抗器回路網とを含む前記電流変調器。
- 請求項17に記載の電流変調器において、前記補償コントローラは、前記補償制御信号に応答して、前記振幅変調信号のスケーリングを制御する前記電流変調器。
- 請求項17に記載の電流変調器において、前記補償制御回路は補償信号を発生して前記電力増幅器の前記出力に結合される整合回路網の前記インピーダンスを調整する前記電流変調器。
- 請求項1に記載の電流変調器であって、ゼロ入力条件のもとに前記電流変調器によって前記電力増幅器に与えられるゼロ入力供給電流が所望のゼロ入力電流値に等しいように、前記電力増幅器をバイアスするバイアス電圧を発生するバイアスコントローラを更に含む前記電流変調器。
- 請求項22に記載の電流変調器において、前記バイアスコントローラは、
前記電力増幅器に流入するゼロ入力供給電流に比例する感知信号を発生する検出回路と、
前記ゼロ入力供給電流が前記所望のゼロ入力電流値に等しいように、前記電力増幅器に印加される前記バイアス電圧を調整する閉ループ制御回路と、
を含む前記電流変調器。 - 請求項23に記載の電流変調器において、前記バイアスコントローラの前記閉ループ制御回路は、
前記感知信号と、前記所望のゼロ入力電流値を表すゼロ入力電流基準電圧との差に基づいて、誤差信号を発生する誤差増幅器と、
第1の状態の誤差信号に応答して前記バイアス電圧を調整するとともに、前記誤差信号に関係なく第2の状態の前記バイアス電圧の調整されたレベルを保持するトラック・アンド・ホールド回路と、
を含む前記電流変調器。 - 請求項24に記載の電流変調器において、前記バイアスコントローラは、バイアス校正パルスを発生するタイミング機能を更に含み、前記トラック・アンド・ホールド回路は、前記バイアス校正パルスに依存して前記第1と前記第2の状態のどちらか1つで動作する前記電流変調器。
- 請求項25に記載の電流変調器において、前記バイアスコントローラは、前記バイアス電圧の調整中、前記バイアス校正パルスに応答して、前記振幅変調信号から前記電流変調制御回路を切り離す入力制御スイッチを更に含む前記電流変調器。
- 請求項25に記載の電流変調器において、前記バイアスコントローラは、前記バイアス電圧の調整を容易にするように、電流変調器の前記変調制御利得を選択的に修正する利得制御回路を更に含む前記電流変調器。
- 請求項25に記載の電流変調器において、前記利得制御回路は、前記電流変調器の前記変調制御利得が前記バイアス校正パルスの継続時間中に修正されるように、前記バイアス校正パルスに応答する前記電流変調器。
- 請求項25に記載の電流変調器であって、前記第1のフィードバックループが供給電圧の変調のフィードバックをするように、前記変調制御回路のフィードバック制御入力を前記電流変調器の出力に結合する第1のフィードバックループを含み、前記第2のフィードバックループが供給電流の変調のフィードバックをするように、前記基準電流に応答して、前記変調制御回路の前記フィードバック制御入力を前記基準回路のフィードバック電圧に結合する第2のフィードバックループをさらに含む前記電流変調器。
- 請求項29に記載の電流変調器において、前記バイアスコントローラは、前記バイアス校正パルスの継続時間中、前記電流変調制御回路から前記第2のフィードバックループを選択的に切り離すフィードバックスイッチング回路を更に含む前記電流変調器。
- 請求項24に記載の電流変調器において、前記バイアスコントローラは、前記送信イネーブルパルスの立ち上げ時間中、前記変調制御回路が前記振幅変調信号から切り離されるように、送信イネーブルパルスに応答可能なスイッチング回路を含む前記電流変調器。
- 請求項31に記載の電流変調器において、前記スイッチング回路は、RF送信動作中のゼロ入力電流基準電圧と前記検出信号の差に応答して前記送信イネーブルパルスの立ち上げ時間中に前記バイアス電圧の動的調整を可能にする前記トラック・アンド・ホールド回路を更に動作可能にする前記電流変調器。
- 請求項32に記載の電流変調器であって、前記送信動作中に前記ゼロ入力電流基準電圧の大きさを動的に制御することによって、RF送信電力を動的に制御するゼロ入力電流基準電圧コントローラを更に含む前記電流変調器。
- 電力増幅器に変調された供給電流が供給される場合、電力増幅器に変調された電流を供給する電流変調器において、電流変調器の電力増幅器(PA)のAM変調インピーダンスを推測感知する方法であって、
振幅変調信号に応答して出力回路の中で前記変調された供給電流を発生し、
基準回路の中で前記変調された供給電流に比例する基準電流を発生し、
PA AM変調インピーダンスの変化に関係なく、前記基準電流が前記変調された供給電流に対して既知の比例関係に維持されるように、前記基準回路によって発生する前記基準回路の動作電圧を電力増幅器の動作電圧と連動し、
前記電力増幅器の動作電圧と前記基準電流の関数として推測感知信号を発生する、
ことを含む方法。 - 請求項34に記載の方法において、前記基準電流によって発生する前記基準回路の動作電圧を電力増幅器の動作電圧と連動することは、前記基準回路の前記動作電圧と前記電力増幅器の前記動作電圧に依存して決まる前記出力回路の中の対応する動作電圧との間の固定的関係を維持するように、前記基準回路の動作電圧を制御することを含む前記方法。
- 請求項35に記載の方法において、前記基準電流によって発生する前記基準回路の動作電圧を電力増幅器の動作電圧に連動させることは、前記推測感知信号に応答して前記基準回路の抵抗を変えることを更に含む前記方法。
- 請求項36に記載の方法において、前記推測感知信号に応答して前記基準回路の抵抗を変えることは、前記電力増幅器の前記動作電圧に応答して前記制御トランジスタの前記実効抵抗が変わるように、前記推測感知信号に応答する前記制御トランジスタを可変抵抗器として構成することを含む前記方法。
- 請求項34に記載の方法において、前記電力増幅器の動作電圧と前記基準電流の関数として推測感知信号を発生することは、前記基準回路の前記動作電圧と前記出力回路の前記動作電圧の差に基づいて、差動増幅器の中で前記推測感知信号を発生する前記方法。
- 請求項34に記載の方法において、振幅変調信号に応答して出力回路の中で前記変調された供給電流を発生することは、前記変調制御信号に応答して、前記出力電流が前記変調された供給電流を変えるように、変調制御回路の中で前記変調制御信号を発生するとともに、前記変調制御回路を前記出力回路に結合することを含む前記方法。
- 請求項39に記載の方法において、変調制御回路の中で変調制御信号を発生することは、振幅変調信号と前記基準回路の前記動作電圧から取り出されたフィードバック信号の差に基づいて、差動増幅器回路の中で前記変調制御信号を発生することを含む前記方法。
- 請求項40に記載の方法であって、前記電力増幅器のPA AM変調インピーダンスの変化に関係なく、前記推測感知信号に応答して前記基準回路の抵抗を変え、前記変調制御回路の制御利得を固定的に維持することを更に含む前記方法。
- 請求項34に記載の方法であって、前記電力増幅器のAM変調インピーダンスの変化に応答して、補償制御信号を発生することを更に含む前記方法。
- 請求項42に記載の方法であって、PA AM変調インピーダンスの変化を補償する前記補償制御信号に応答して、前記電流変調器の変調利得を変えることを更に含む前記方法。
- 請求項43に記載の方法において、前記推測感知信号に応答して、前記電流変調器の変調利得を変えることを更に含む前記方法。
- 請求項42に記載の方法であって、前記補償制御信号に応答して、前記電力増幅器の出力に結合される整合回路網のインピーダンスを調整することを更に含む前記方法。
- 請求項34に記載の方法であって、前記推測感知信号に応答して、前記振幅変調信号のスケーリングすることを更に含む前記方法。
- 振幅変調信号に応答して電力増幅器に変調された供給電流を供給する電流変調器であって、
前記変調制御信号に応答して前記変調された供給電流を発生する出力回路と、
前記基準電流が前記変調された供給電流に対して既知の比例関係に維持されるように、前記変調された供給電流に比例する基準電流を発生し、前記基準電流によって発生した動作電圧を含み、さらに前記電力増幅器の動作電圧に連動する前記基準回路と、
前記推測感知信号が電力増幅器(PA)のインピーダンスに依存して変わるように、前記電力増幅器と前記基準回路の動作電圧の関数として前記推測感知信号を発生する検出回路と、
を含む電流変調器。 - 請求項47に記載の電流変調器において、前記基準回路は、前記推測感知信号に応答して前記基準回路内の抵抗を変える基準制御素子を含む前記電流変調器。
- 請求項48に記載の電流変調器において、前記基準制御素子は、前記基準回路の中で可変抵抗器として構成された基準制御トランジスタを含む前記電流変調器。
- 請求項47に記載の電流変調器において、前記出力回路は、前記振幅変調信号に応答して前記変調された供給電流を制御する出力トランジスタを含み、前記基準回路は、前記振幅変調信号に応答して前記基準電流を制御する基準トランジスタを含み、さらに前記基準トランジスタは、前記出力トランジスタに対して既知のジオメトリック・スケーリングを有する前記電流変調器。
- 請求項50に記載の電流変調器において、前記基準制御回路は、前記基準トランジスタの前記動作条件を、前記出力トランジスタの前記動作条件と同じに維持する基準制御素子を更に含む前記電流変調器。
- 請求項51に記載の電流変調器において、前記基準制御回路の前記動作電圧は、前記基準トランジスタの前記ドレーン電圧を含む前記電流変調器。
- 請求項52に記載の電流変調器において、前記基準制御素子は、前記基準トランジスタの前記ドレーン電圧を、前記出力トランジスタの前記ドレーン電圧に等しく維持するように動作する前記電流変調器。
- 請求項53に記載の電流変調器において、前記出力トランジスタと前記基準トランジスタの前記ドレーン電圧は、双方共に前記電力増幅器の前記動作電圧に等しい前記電流変調器。
- 請求項51に記載の電流変調器において、前記基準制御素子は、可変抵抗器として構成された基準制御トランジスタを含む前記電流変調器。
- 請求項55に記載の電流変調器において、前記基準制御トランジスタは、前記基準トランジスタと直列に接続される前記電流変調器。
- 請求項47に記載の電流変調器において、前記基準回路の前記動作電圧は、前記電力増幅器の前記動作電圧に等しい前記電流変調器。
- 請求項47に記載の電流変調器において、前記検出回路は、前記出力回路と前記基準回路の間に接続され、前記基準回路の前記動作電圧と、前記出力回路の前記電力増幅器の電圧に依存して決まる前記出力回路の対応する動作電圧の差に基づいて、前記推測感知信号を発生する差動増幅器回路を含む前記電流変調器。
- 請求項58に記載の電流変調器において、前記基準回路の前記動作電圧と前記出力回路の前記動作電圧は、双方共に前記電力増幅器の前記動作電圧に等しい前記電流変調器。
- 請求項47に記載の電流変調器であって、前記振幅変調信号に応答して変調制御信号を発生する変調制御回路を更に含む前記電流変調器において、前記変調制御回路は、前記出力回路が前記変調制御回路からの前記変調制御回路に応答して、前記変調された供給電流を制御するように、前記出力回路に結合される前記電流変調器。
- 請求項60に記載の電流変調器において、前記変調制御回路は、前記基準信号が前記変調制御信号に応答して制御されるように、前記基準回路に結合される前記電流変調器。
- 請求項61に記載の電流変調器において、前記変調制御回路は、前記基準回路の前記動作電圧から取り出されたフィードバック信号と前記振幅変調信号を比較する差動増幅器回路を含む前記電流変調器。
- 請求項62に記載の電流変調器において、フィードバック信号は、前記変調制御回路の前記制御利得が前記電力増幅器のPA AM変調インピーダンスの変化に関係なく固定的状態を続けるように、前記推測感知信号に応答して変わる前記電流変調器。
- 請求項51に記載の電流変調器において、前記検出回路は、前記電力増幅器のPA AM変調インピーダンスに応答して、補償制御信号を発生する前記電流変調器。
- 請求項64に記載の電流変調器であって、前記補償制御信号に応答して前記電流変調器の変調利得を変え、前記補償制御信号に応答して電力増幅器のPA AM変調インピーダンスの変化を補償する前記電流変調器。
- 請求項65に記載の電流変調器において、前記利得コントローラは、前記電流変調器の抵抗を変えて前記変調利得を調整する前記電流変調器。
- 請求項65に記載の電流変調器において、前記利得コントローラは、前記振幅変調信号のスケーリングを変えて前記変調利得を調整する前記電流変調器。
- 請求項64に記載の電流変調器であって、前記補償制御信号に応答して整合回路網のインピーダンスを調整し、前記補償制御信号に応答して前記電力増幅器の出力に結合される補償コントローラ回路を更に含む前記電流変調器。
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