JP2006074753A - 移動通信端末機の電源スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 より簡単な構造で高速の電源スイッチングを行い得る移動通信端末機の電源スイッチング装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る移動通信端末機の電源スイッチング装置においては、電力増幅器の電源として使用される第１電圧を生成する電圧調整部と、電力増幅器の電源として使用される第２電圧を出力するバッテリーと、伝送信号の出力電力レベルによって前記第２電圧を電力増幅器の電源にスイッチングするロードスイッチと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動通信端末機に係るもので、詳しくは、電力増幅器の供給電源を高速にスイッチングする移動通信端末機の電源スイッチング装置に関するものである。

一般に、移動通信システムに加入した移動通信端末機（以下、端末機と略称する）は、基地局のサービス領域内で移動交換局が設定した通信網を通じて相手と無線通信を行う。この場合、基地局に近い距離に位置する端末機は低い電力の送信信号を出力し、基地局から遠い距離に位置する端末機は高い電力に送信信号を増幅して出力する。このような端末機の電力制御は、普通、電力増幅器（Power Amplifier Module:ＰＡＭ）の出力又はインナーループパワーコントロール（inner loop powercontrol）によって前記電力増幅器（ＰＡＭ）に供給される入力電圧のレベルを制御することで行われる。

ところが、端末機における電流の消耗は、前記ＰＡＭで最も大きくに起こるため、該ＰＡＭの安定した電源供給を保障してＰＡＭの電流消耗を減らすためには、高速の電源スイッチングが要求される。

図４は、従来の移動通信端末機の電源スイッチング装置の構成を示した図である。

従来の電源スイッチング装置においては、図４に示したように、バッテリーの出力電源（Ｖｄｄ）のレベルを調整する電圧調整部１０と、スイッチイネーブル信号（ＳＥＮ１）によって前記電圧調整部１０の出力電圧（Ｖｏｕｔ−ｄｃ）を電力増幅器（ＰＡＭ）の供給電源（Ｖｐａｍ）として供給する第１ロードスイッチ１１と、スイッチイネーブル信号（ＳＥＮ２）によってバッテリー電源（Ｖｄｄ）を電力増幅器（ＰＡＭ）の供給電源（Ｖｐａｍ）として供給する第２ロードスイッチ１２と、前記供給電源（Ｖｐａｍ）の雑音を除去する電源デカップリング部１３と、を含んでいた。

また、Ｌ１とＣ１は、インダクタとコンデンサから構成された平滑部であって、前記出力電圧（Ｖｏｕｔ−ｄｃ）を平滑する役割を果たす。

また、前記電圧調整部１０は、二つの電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor）（ＦＥＴ１及びＦＥＴ）と一つの制御部１０−１から構成されたＤＣ−ＤＣコンバータで、前記制御部１０−１は、前記ＦＥＴ１とＦＥＴ２を制御して出力電圧（Ｖｏｕｔ−ｄｃ）のレベルを調整する。

また、前記第１、第２ロードスイッチ１１、１２は、図５に示したように、スイッチイネーブル信号（ＳＥＮ１又はＳＥＮ２）によってターンオンするＦＥＴ３と、該ＦＥＴ３がターンオンすると、ターンオンして前記出力電圧（Ｖｏｕｔ−ｄｃ）又はバッテリー電源（Ｖｄｄ）を出力端５０に供給するＦＥＴ４と、を含む。ここで、前記ＦＥＴ３は、ｎ型のＦＥＴで、ＦＥＴ４はｐ型のＦＥＴである。また、前記電源デカップリング部１３は、三つの電源デカップリングコンデンサ（power decoupling capacitor）Ｃ２〜Ｃ４から構成される。

以下、このように構成された従来の電源スイッチング装置の動作について説明する。

電源スイッチングの基本概念は、端末機の状態（又はチャネルの状態）によって相異なる二つの電圧のうちの一つをＰＡＭの供給電圧として供給するものである。

図４には、電源スイッチングのためのＶｏｕｔ−ｄｃとバッテリー電源（Ｖｄｄ）が図示されている。前記Ｖｏｕｔ−ｄｃは、電圧調整部１０の出力電圧である。制御部１０−１は、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２の周波数を適切に調節して４Ｖのバッテリー電源（Ｖｄｄ）から電圧降下した１.５ＶのＶｏｕｔ−ｄｃを生成し、該当Ｖｏｕｔ−ｄｃは平滑部であるインダクタＬ１とコンデンサＣ１により平滑された後、第１ロードスイッチ１１に入力される。

従って、第１、第２ロードスイッチ１１、１２は、スイッチイネーブル信号（ＳＥＮ１又はＳＥＮ２）によって前記電圧調整部１０の出力電圧（Ｖｏｕｔ−ｄｃ）又はバッテリー電源（Ｖｄｄ）をＰＡＭの供給電源（Ｖｐａｍ）として供給する。前記スイッチイネーブル信号（ＳＥＮ１及びＳＥＮ２）は、端末機のＭＰＵ（Microprocessor unit）が、例えば、端末機と基地局との距離及びチャネル状況等を考慮して決定する。

即ち、基地局に無線信号を伝送する場合、ＭＰＵは、インナーループパワーコントロールにより端末機と基地局との距離を確認して、電力増幅器の出力電力を最大にするかを決定する（Ｓ１０、Ｓ２０）。

もし、基地局との距離が遠くて最大の出力電力で信号を伝送しなければならない場合、ＭＰＵは、Ｖｄｄ（４Ｖ）がＰＡＭの電源（Ｖｐａｍ）に提供され得るように第２ロードスイッチ１２をオンにして（ＳＥＮ１ｌｏｗ、ＳＥＮ２ｈｉｇｈ）（Ｓ３０）、基地局との距離が近くて正常の出力電力で信号を伝送する場合、ＭＰＵは、１.５ＶのＶｏｕｔ−ｄｃがＰＡＭの電源（Ｖｐａｍ）に入力され得るように第１ロードスイッチ１１をオンにする（ＳＥＮ１ｈｉｇｈ、ＳＥＮ２ｌｏｗ）（Ｓ４０、Ｓ５０）。

この場合、前記第１、第２ロードスイッチ１１、１２は、図５に示したように、ローレベルのスイッチイネーブル信号（ＳＥＮ１及びＳＥＮ２）によりＦＥＴ４がターンオンすると、オン状態になり、前記ＦＥＴ４がオンになるとローレベルの接地電圧によりＦＥＴ３もオンになる。

また、前記ＭＰＵから出力されたスイッチイネーブル信号（ＳＥＮ１及びＳＥＮ２）のレベルによって１.５ＶのＶｏｕｔ−ｄｃ又は４ＶのＶｄｄが出力端５０を通じてＰＡＭの電源（Ｖｐａｍ）として供給される。この時、前記出力端５０に並列接続された電源デカップリング部１３の電源デカップリングコンデンサＣ２−Ｃ４は、前記ＰＡＭに供給される電源（Ｖｐａｍ）から雑音を除去し、ＰＡＭの電源が安定的に供給され得るようにする。

従って、前記電力増幅器（ＰＡＭ）は、前記出力端５０を通じて入力される電源（Ｖｐａｍ）によって無線信号を増幅して基地局に伝送する（Ｓ６０）。

しかるに、従来の電源スイッチング装置においては、電源デカップリングコンデンサを利用して電力増幅器の電源をスイッチングする場合、前記電源デカップリングコンデンサの静電容量により高速スイッチングはもちろんのこと、電源スイッチング後の安定的な電流の供給が難しくなるという問題点があった。さらに、特にＣＤＭＡやＷＣＤＭＡ移動端末機のように、インナーループコントロール（inner loop control）特性を満足しなければならない場合には、前記のような電源スイッチの特性により電力の制御が正しく実行されなくなるという問題点があった。

例えば、電力増幅器の供給電圧Ｖｐａｍである出力端５０（又は電力増幅器の入力端）の電圧が４Ｖに充電された状態（第２ロードスイッチだけイネーブル）において、前記出力端５０の電圧を１.５Ｖにするために、第２ロードスイッチ１２は、ディセーブルにして第１ロードスイッチ１１をイネーブルにする場合を考えてみる。この場合は、前記出力端５０の電圧が放電されながら放電時間だけ電源スイッチング速度が増加し、特に、前記Ｃ２−Ｃ５に充電された電圧が全て放電されるまで前記出力端５０の電圧がＶｏｕｔ−ｄｃ（１.５Ｖ）以下に落ちなくなる。即ち、前記放電時間は、電源デカップリングコンデンサＣ２−Ｃ４の静電容量に左右されるため、もし、各ロードスイッチ１１、１２内の各ＦＥＴのオン／オフ時間をtとすると、従来の電源スイッチング装置の総スイッチング時間は、４ｔ＋（Ｃ２、Ｃ３及びＣ４の放電時間）だけ増加するという問題点があった。

また、電力増幅器の供給電圧を１.５Ｖに維持するため、第１ロードスイッチをイネーブルにした場合は、電源デカップリングコンデンサＣ２−Ｃ４による逆電流（第１ロードスイッチへの逆放電）が発生し、前記出力端５０（又は電力増幅器の入力端）から発生する逆電圧が前記電圧調整部１０側に漏洩して該電圧調整部１０の出力が歪むという問題点があった。

従って、本発明は、より簡単な構造により高速の電源スイッチングを行い得る移動通信端末機の電源スイッチング装置を提供することを目的とする。

また、電源スイッチング時に発生する逆電流及び逆電圧を防止して安定的に電源スイッチングと電流供給を行い得る移動通信端末機の電源スイッチング装置を提供することを目的とする。

前記のような本発明の目的を達成するために、本発明に係る移動通信端末機の電源スイッチング装置においては、電力増幅器の電源として使用される第１電圧を生成する電圧調整部と、電力増幅器の電源として使用される第２電圧を出力するバッテリーと、伝送信号の出力電力レベルによって前記第２電圧を電力増幅器の電源にスイッチングするロードスイッチと、を含むことを特徴とする。

また、前記電源スイッチング装置は、前記ロードスイッチに入力される第２電圧の雑音を除去する電源デカップリング部をさらに含むことを特徴とする。

また、前記スイッチング装置は、前記電圧調整部の出力電圧を平滑する平滑部をさらに含むことを特徴とする。

また、前記スイッチング装置は、前記電圧調整部の出力端と電力増幅器の入力端の間に直列接続されたダイオードをさらに含むことを特徴とする。

好ましくは、前記ロードスイッチは、電圧調整部の出力端に並列接続されて、最大の出力電力で無線信号を伝送する時、第２電圧を電力増幅器の電源にスイッチングする。

好ましくは、前記第１電圧は、正常の出力電力で無線信号を伝送する時、電力増幅器の電源として使用される電圧であって、第２電圧を所定レベルだけ降下させて得る。

上記目的を達成するために、本発明は、例えば、以下の手段を提供する。
（項目１）
電力増幅器の電源として使用される第１電圧を生成する電圧調整部と、
電力増幅器の電源として使用される第２電圧を出力するバッテリーと、
伝送信号の出力電力レベルによって前記第２電圧を電力増幅器の電源にスイッチングするロードスイッチと、を含むことを特徴とする移動通信端末機の電源スイッチング装置。
（項目２）
前記ロードスイッチに入力される第２電圧の雑音を除去する電源デカップリング部をさらに含むことを特徴とする項目１記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
（項目３）
前記電圧調整部の出力電圧を平滑する平滑部をさらに含むことを特徴とする項目１記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
（項目４）
前記電圧調整部の出力端と電力増幅器の入力端の間に直列接続されたダイオードをさらに含むことを特徴とする項目１記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
（項目５）
前記ロードスイッチは、
前記電圧調整部の出力端に並列接続されることを特徴とする項目１記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
（項目６）
前記ロードスイッチは、
最大の出力電力で無線信号を伝送する時、第２電圧を電力増幅器の電源にスイッチングすることを特徴とする項目１記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
（項目７）
前記第１電圧は、
正常の出力電力で無線信号を伝送する時、電力増幅器の電源として使用され、第２電圧を所定レベルだけ降下させて生成されることを特徴とする項目１記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
（項目８）
所定レベルの第１電圧を電力増幅器に出力する電圧調整部と、
該電圧調整部の出力電圧を平滑する平滑部と、
該平滑部の出力端と電力増幅器の入力端の間に直列接続されたダイオードと、
該ダイオードの入力端に並列接続されて、伝送信号の出力電力レベルによってバッテリー電圧を電力増幅器にスイッチングするロードスイッチと、
該ロードスイッチに入力されるバッテリー電圧の雑音を除去する電源デカップリング部と、を含むことを特徴とする移動通信端末機の電源スイッチング装置。
（項目９）
前記ロードスイッチは、
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）から構成され、前記電源デカップリング部は、少なくとも一つ以上のコンデンサを含むことを特徴とする項目８記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
（項目１０）
前記電圧調整部の出力電圧は、
正常の出力電力で無線信号を伝送する時、電力増幅器の電源として供給されることを特徴とする項目８記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
（項目１１）
前記ロードスイッチは、
最大の出力電力で無線信号を伝送する時、バッテリー電源を電力増幅器の電源にスイッチングすることを特徴とする項目８記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。

本発明は、簡単な構造の電源スイッチング回路を提供することで、従来に比べてスイッチング速度を４倍以上増加させ、特に、電源スイッチング時に電源用デカップリングコンデンサによる逆電流及び出力端から発生する逆電圧を防止し得るという効果がある。

また、本発明は、一つのロードスイッチを利用して電源をスイッチングすることで、制御信号を減らし、特に、製造費用と維持費用を低減し得るという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて説明する。

本発明は、より簡単で、かつ従来の電源スイッチング回路より高速に電源スイッチングを行い、電源スイッチング時に発生する逆電圧及び逆電流を除去し得る電源スイッチング装置を提案する。特に、本発明は、移動通信端末機の電流消耗を減らしながらＣＤＭＡやＷＣＤＭＡのインナーループパワーコントロールの特性を満足させる電源スイッチング装置を提供する。

図１は、本発明の実施形態に係る移動通信端末機の電源スイッチング装置の構成を示した図である。

本発明の実施形態に係る移動通信端末機の電源スイッチング装置においては、図１に示したように、バッテリー電源（Ｖｄｄ）のレベルを調整して電力増幅器（ＰＡＭ）の供給電源（Ｖｐａｍ）として供給する電圧調整部２０と、スイッチイネーブル信号（ＳＥＮ）によってバッテリー電源（Ｖｄｄ）を電力増幅器（ＰＡＭ）の供給電源（Ｖｐａｍ）として供給するロードスイッチ２１と、前記バッテリー電源（Ｖｄｄ）の雑音を除去する電源デカップリング部２２と、電源スイッチング時に出力端（又は電力増幅器の入力端）７０から発生する逆電圧の流れを除去するダイオードＤ１と、を含んでいる。

また、前記電圧調整部２０は、二つのＦＥＴ（ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２）と制御部２０−１から構成され、バッテリーの出力電源（Ｖｄｄ）のレベルを調整して１.５Ｖの出力電圧（Ｖｏｕｔ−ｄｃ）を発生する。該１.５Ｖの出力電圧（Ｖｏｕｔ−ｄｃ）は、移動通信端末機が無線信号を正常電力で伝送する場合、電力増幅器（ＰＡＭ）の電源（Ｖｐａｍ）として供給されている。

また、前記ロードスイッチ２１は、一つのスイッチングＦＥＴから構成され、バッテリー電源（Ｖｄｄ）を電力増幅器（ＰＡＭ）にスイッチングする。また、前記バッテリー電源（Ｖｄｄ）は、無線信号を最大の出力電力で伝送する場合に電力増幅器（ＰＡＭ）の電源（Ｖｐａｍ）として供給される。

また、前記電源デカップリング部２２は、ロードスイッチ１０１とバッテリー電源（Ｖｄｄ）の入力端７１の間に並列接続された電源デカップリングコンデンサＣ１２〜Ｃ１４から構成される。そして、Ｌ１１とＣ１１は、インダクタとコンデンサから構成された平滑部であって、前記出力電圧（Ｖｏｕｔ−ｄｃ）を平滑する役割を果たす。

以下、このように構成される移動通信端末機の電源スイッチング装置の動作について図面を用いて説明する。

本発明は、一つのロードスイッチのみを利用して電源スイッチングを行う。即ち、本発明は、前記電圧調整部２０の出力電圧（Ｖｏｕｔ−ｄｃ）は常に電力増幅器（ＰＡＭ）に供給されるようにして、４Ｖのバッテリー電源（Ｖｄｄ）は、ロードスイッチ２１を通じて選択的に電力増幅器（ＰＡＭ）に供給されるようにする。この場合、ロードスイッチ２１の動作は、ＭＰＵから出力されたスイッチイネーブル信号（ＳＥＮ）により制御される。

図３に示すように、移動通信システムにおいて、無線通信を行うために基地局に無線信号を伝送する場合、ＭＰＵは、インナーループパワーコントロールによって端末機と基地局との距離を確認して出力電力のレベルを決定する（Ｓ１００）。

もし、端末機と基地局との距離が遠くて最大の出力電力で信号を伝送しなければならない場合（Ｓ１１０）、ＭＰＵは、ハイレベルのスイッチイネーブル信号（ＳＥＮ）を出力してロードスイッチ２１のＦＥＴ１３をオンにする（Ｓ１２０）。前記ロードスイッチ１０１のＦＥＴ１３がオンになると、４Ｖのバッテリー電源（Ｖｄｄ）がロードスイッチ１０１を経由して電力増幅器（ＰＡＭ）の電源（Ｖｐａｍ）として提供されるが、この場合、電源デカップリング部２２の電源デカップリングコンデンサＣ１２−Ｃ１４はバッテリー電源（Ｖｄｄ）から雑音を除去する。

この状態において、基地局との距離が近くて正常の出力電力で信号を伝送しなければならない場合が発生する（Ｓ１３０）と、即ち、ＶｄｄからＶｏｕｔ−ｄｃに電源をスイッチングする場合、ＭＰＵは、ローレベルのスイッチイネーブル信号（ＳＥＮ）を出力してロードスイッチ２１のＦＥＴ１３をオフにする（Ｓ１４０）。

次いで、前記ロードスイッチ２１がオフになると、１.５ＶのＶｏｕｔ−ｄｃが電力増幅器（ＰＡＭ）側に供給され、電力増幅器（ＰＡＭ）に供給される電源（Ｖｐａｍ）である出力端７０（又は電力増幅器の入力端）の電圧は図２に示したように、４Ｖから１.５Ｖに急激に落ちる。この時、オフになったロードスイッチ２１は、従来、電源デカップリングコンデンサＣ１２−Ｃ１４により発生していた逆電流（ロードスイッチへの逆放電）を防止することができる。従って、前記ロードスイッチ２１のＦＥＴ１３のオン／オフ時間をtとすると、図２に示したように、本発明による電源スイッチング時間は、従来の４ｔ＋（Ｃ２−Ｃ４の放電時間）からｔに減り、約１／４となった。

また、前記ロードスイッチ２１がオフになって１.５ＶのＶｏｕｔ−ｄｃが電力増幅器（ＰＡＭ）の電源（Ｖｐａｍ）として供給されると、ダイオードＤ１が出力端７０から発生して電圧調整部２０側に漏洩する逆電圧を遮断して前記電圧調整部２０の出力歪みを防止する。

従って、前記電力増幅器（ＰＡＭ）は、電源スイッチング（Ｖｄｄ→Ｖｏｕｔ−ｄｃ又はＶｏｕｔ−ｄｃ→Ｖｄｄ）により前記出力端７０に供給される電源（Ｖｐａｍ）である４Ｖのバッテリー電源（Ｖｄｄ）又は１.５ＶのＶｏｕｔ−ｄｃによって無線信号を増幅して基地局に伝送する（Ｓ１５０）。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。

より簡単な構造で高速の電源スイッチングを行い得る移動通信端末機の電源スイッチング装置を提供する。

本発明に係る移動通信端末機の電源スイッチング装置においては、電力増幅器の電源として使用される第１電圧を生成する電圧調整部と、電力増幅器の電源として使用される第２電圧を出力するバッテリーと、伝送信号の出力電力レベルによって前記第２電圧を電力増幅器の電源にスイッチングするロードスイッチと、を含むことを特徴とする。

本発明の実施形態に係る移動通信端末機の電源スイッチング装置の構成を示した図である。 従来及び本発明における電源スイッチング時間を比較するための図である。 本発明に係る移動通信端末機の電源スイッチング方法を示したフローチャートである。 従来の移動通信端末機の電源スイッチング装置の構成を示した図である。 図４に図示された第１、第２ロードスイッチを詳細に示した構成図である。 従来の移動通信端末機の電源スイッチング方法を示したフローチャートである。

符号の説明

２０:電圧調整部
２１:ロードスイッチ
２２:電源デカップリング部
Ｃ１２−Ｃ１４:電源デカップリングコンデンサ
Ｄ１:ダイオード

Claims (11)

1. 電力増幅器の電源として使用される第１電圧を生成する電圧調整部と、
   電力増幅器の電源として使用される第２電圧を出力するバッテリーと、
   伝送信号の出力電力レベルによって前記第２電圧を電力増幅器の電源にスイッチングするロードスイッチと、を含むことを特徴とする移動通信端末機の電源スイッチング装置。
2. 前記ロードスイッチに入力される第２電圧の雑音を除去する電源デカップリング部をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
3. 前記電圧調整部の出力電圧を平滑する平滑部をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
4. 前記電圧調整部の出力端と電力増幅器の入力端の間に直列接続されたダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
5. 前記ロードスイッチは、
   前記電圧調整部の出力端に並列接続されることを特徴とする請求項１記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
6. 前記ロードスイッチは、
   最大の出力電力で無線信号を伝送する時、第２電圧を電力増幅器の電源にスイッチングすることを特徴とする請求項１記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
7. 前記第１電圧は、
   正常の出力電力で無線信号を伝送する時、電力増幅器の電源として使用され、第２電圧を所定レベルだけ降下させて生成されることを特徴とする請求項１記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
8. 所定レベルの第１電圧を電力増幅器に出力する電圧調整部と、
   該電圧調整部の出力電圧を平滑する平滑部と、
   該平滑部の出力端と電力増幅器の入力端の間に直列接続されたダイオードと、
   該ダイオードの入力端に並列接続されて、伝送信号の出力電力レベルによってバッテリー電圧を電力増幅器にスイッチングするロードスイッチと、
   該ロードスイッチに入力されるバッテリー電圧の雑音を除去する電源デカップリング部と、を含むことを特徴とする移動通信端末機の電源スイッチング装置。
9. 前記ロードスイッチは、
   電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）から構成され、前記電源デカップリング部は、少なくとも一つ以上のコンデンサを含むことを特徴とする請求項８記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
10. 前記電圧調整部の出力電圧は、
    正常の出力電力で無線信号を伝送する時、電力増幅器の電源として供給されることを特徴とする請求項８記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。
11. 前記ロードスイッチは、
    最大の出力電力で無線信号を伝送する時、バッテリー電源を電力増幅器の電源にスイッチングすることを特徴とする請求項８記載の移動通信端末機の電源スイッチング装置。

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