JP2006094424A - Power source circuit for amplitude modulation - Google Patents
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Description
本発明は、ベースバンド信号の振幅情報に応じて高周波増幅器の電源電圧を変動させて振幅変調を行うための振幅変調用電源回路に関する。 The present invention relates to an amplitude modulation power supply circuit for performing amplitude modulation by changing a power supply voltage of a high-frequency amplifier in accordance with amplitude information of a baseband signal.
従来より、無線通信機などにおいては、高効率な変調増幅性能を有するEER(Envelope Elimination and Restoration:包絡線除去及び復元)変調方式が提案されている。図7は、一般的なEER変調方式の構成を示す概念図である。図7に示すように、EER変調方式は、入力された振幅情報に所望の振幅増幅を行って振幅信号を出力する振幅変調用電源回路101と、増幅された振幅信号を電源として位相変調を行う高周波増幅器102とにより構成されている。すなわち、振幅情報は、振幅変調用電源回路101においてスイッチングにより高効率に増幅された後に高周波増幅器102の電源に加えられ、位相情報は高周波増幅器102において低歪に位相変調される。このような構成により、EER変調方式では高効率、かつ低歪で所望の変調信号を負荷107へ出力することができる。 Conventionally, EER (Envelope Elimination and Restoration) modulation schemes having high-efficiency modulation amplification performance have been proposed for wireless communication devices and the like. FIG. 7 is a conceptual diagram showing a configuration of a general EER modulation method. As shown in FIG. 7, the EER modulation method performs amplitude modulation on the input amplitude information by performing desired amplitude amplification and outputs an amplitude signal, and performs phase modulation using the amplified amplitude signal as a power source. The high frequency amplifier 102 is comprised. That is, the amplitude information is amplified with high efficiency by switching in the amplitude modulation power supply circuit 101 and then added to the power supply of the high-frequency amplifier 102, and the phase information is phase-modulated with low distortion in the high-frequency amplifier 102. With such a configuration, the EER modulation method can output a desired modulation signal to the load 107 with high efficiency and low distortion.
図8は、図7における振幅変調用電源回路101の基本構成を示す回路図である。図8において、振幅変調用電源回路101のスイッチングパルスは、基準の三角波信号と振幅信号とによってPWM(Pulse Width Modulation)制御を行うことにより得られる。すなわち、コンパレータ103に振幅信号と基準の三角波信号が入力されると、そのコンパレータ103によって振幅信号の振幅に応じた幅を持つパルス信号(PWM信号)が生成される。そして、コンパレータ103より出力されたPWM信号は、増幅器104aと増幅器104bの差動増幅回路からなる電圧増幅回路104に入力されて電圧増幅された後、それぞれの差動増幅信号がスイッチング回路105へ入力される。すると、スイッチング回路105の2つのスイッチング素子105a、105bは、差動増幅信号のPWMデューティ(以下、PWM信号という)に応じてON/OFFのスイッチング制御を行い、高効率なPWM信号を電流増幅する。その後、インダクタンスLaとコンデンサCaからなるフィルタ回路106によって、PWM信号から三角波信号のサンプリング成分(つまり、ノイズ)が除去され振幅信号が再現され、図7に示す高周波増幅器102の電源端子で入力される。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a basic configuration of the amplitude modulation power supply circuit 101 in FIG. In FIG. 8, the switching pulse of the power supply circuit 101 for amplitude modulation is obtained by performing PWM (Pulse Width Modulation) control using a reference triangular wave signal and an amplitude signal. That is, when the amplitude signal and the reference triangular wave signal are input to the
振幅変調用電源回路101は、このようにして振幅情報を高効率に増幅して、高周波増幅器102に必要な電力を出力している。すなわち、振幅変調用電源回路101からの出力信号は増幅された振幅信号そのものであり、その振幅信号に応じて高周波増幅器102の電源電圧が変動するので、振幅変調用電源回路101は、振幅変調作用を持った高周波増幅器102の電源回路として動作することになる。 In this way, the amplitude modulation power supply circuit 101 amplifies the amplitude information with high efficiency and outputs the necessary power to the high-frequency amplifier 102. That is, the output signal from the amplitude modulation power supply circuit 101 is the amplified amplitude signal itself, and the power supply voltage of the high-frequency amplifier 102 varies according to the amplitude signal. It operates as a power supply circuit of the high-frequency amplifier 102 having the.
ところが、図8の振幅変調用電源回路101においては、一般的な電源回路と同様に、スイッチング素子105a、105bの寄生容量による充放電電流によって生じる無効電力の損失のために増幅効率が低下してしまう。このようなスイッチング素子の寄生容量による効率低下を防止する対策は種々提案されている。例えば、寄生容量の大きさはスイッチング素子の大きさに関係するので、小電流容量のスイッチング素子を複数並列に接続しておき、負荷電流の大きさに応じてスイッチング素子の並列個数を変更することによって寄生容量を可変し、負荷容量に応じて最高の効率を得る技術が開示されている(特許文献1参照)。また、小電流容量のスイッチング素子と大電流容量のスイッチング素子を並列接続し、これらを切り替えることによって負荷電流のフルレンジにおいて最適な効率が得られるようにした技術も開示されている(特許文献2参照)。
However, in the amplitude modulation power supply circuit 101 of FIG. 8, the amplification efficiency is reduced due to the loss of reactive power caused by the charge / discharge current due to the parasitic capacitance of the
これらの技術は、スイッチング回路におけるスイッチング素子の合計寄生容量を出力電流量に応じて変化させることにより、出力電流量に対する寄生容量の充放電電流による無効電力の比率を最小化し、スイッチング時の電流の立上り特性を改善して(つまり、電流の立上り時間を短くして)効率の改善を図っているものである。
しかしながら、振幅変調用電源回路の実機を考えた場合、上記のようなスイッチング素子の寄生容量による効率低下以外に、種々の問題が生じている。一つ目の問題は、図8に示すフィルタ回路106のインダクタンスの臨界電流による電流制限の問題である。図9は一般的なインダクタンスにおける直流電流の重畳特性を示す特性図である。図9に示すように、出力信号に重畳する直流電流が増加するとインダクタンス値は減少してしまう。このことは、インダクタンス値を一定に保って所望のフィルタ効果を持たせるためには、直流電流が電流制限されてしまうことを意味する。二つ目の問題は、スイッチング素子のオン抵抗、インダクタンスの直流抵抗、及び回路の直流抵抗分などによる電力損失のために、出力信号の振幅や効率が低下してしまうことである。三つ目の問題は、基準信号である三角波信号に同期したサンプリングの周波数成分(つまり、ノイズ)がフィルタ回路106を通しても完全には除去されないため、このノイズによって、振幅変調用電源回路101の信号供給先である高周波増幅器102において隣接チャネル特性やEVM特性を悪化させてしまうおそれがある。
However, when considering an actual device of an amplitude modulation power supply circuit, various problems have occurred in addition to the above-described efficiency reduction due to the parasitic capacitance of the switching element. The first problem is a problem of current limitation due to the critical current of the inductance of the
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、大電流出力時において大振幅出力と高効率とを両立することができ、かつ、フィルタ回路の出力側において基準波形によるサンプリング成分を抑圧することができる振幅変調用電源回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and can achieve both a large amplitude output and high efficiency at the time of a large current output, and suppress the sampling component by the reference waveform on the output side of the filter circuit. An object of the present invention is to provide an amplitude modulation power supply circuit capable of performing the above.
本発明の振幅変調用電源回路は、ベースバンドの振幅信号に応じて高周波増幅器の電源電圧を変動させて振幅変調を行うための振幅変調用電源回路であって、振幅信号の電位レベルとその振幅信号の振幅成分をサンプリングするための基準信号の電位レベルとを比較し、PWM信号を生成するPWM信号生成手段と、PWM信号生成手段によって生成されたPWM信号のパルス幅に応じてON/OFFのスイッチング制御を行い、PWM信号を増幅するスイッチング手段と、増幅されたPWM信号の高調波成分を除去し、アナログ信号の振幅信号を再生する高調波成分除去手段とを備え、スイッチング手段と高調波成分除去手段は、一系列のPWM信号生成手段に対して二系列以上とする構成を採る。 An amplitude modulation power supply circuit according to the present invention is an amplitude modulation power supply circuit for performing amplitude modulation by changing the power supply voltage of a high-frequency amplifier in accordance with a baseband amplitude signal. Comparing the potential level of the reference signal for sampling the amplitude component of the signal, PWM signal generating means for generating a PWM signal, and ON / OFF according to the pulse width of the PWM signal generated by the PWM signal generating means A switching means that performs switching control and amplifies the PWM signal, and a harmonic component removal means that removes the harmonic component of the amplified PWM signal and reproduces the amplitude signal of the analog signal. The removing unit employs a configuration in which two or more series of PWM signal generating units are used.
このような構成によれば、スイッチング手段(スイッチング回路)と高調波成分除去手段(フィルタ回路)を2系列以上、すなわちn系列とすると、スイッチング素子やフィルタ回路のインダクタンスに流れる電流が1系列のときの1/nにすることができる。また、スイッチング素子の電流容量を小さくすることによって寄生容量を小さくすることができる。さらに、スイッチング素子のON抵抗及びインダクタンスの直流抵抗も1/nにすることができる。よって、一系列あたりでは、寄生容量による無効電力を低減することができると共に、インダクタンスの臨界電流に対して充分に小さい電流で動作することができ、かつ、スイッチング素子のON抵抗やインダクタンスの直流抵抗による損失も1/nになる。そのために、大電流出力時においても、大きな振幅の変調信号を出力することができると共に、変調増幅の高効率化を図ることができる。 According to such a configuration, when the switching means (switching circuit) and the harmonic component removal means (filter circuit) are two or more series, that is, the n series, the current flowing through the inductance of the switching element and the filter circuit is one series. 1 / n. Further, the parasitic capacitance can be reduced by reducing the current capacity of the switching element. Furthermore, the ON resistance of the switching element and the DC resistance of the inductance can be reduced to 1 / n. Therefore, the reactive power due to the parasitic capacitance can be reduced per series, and it can be operated with a current sufficiently smaller than the critical current of the inductance, and the ON resistance of the switching element and the DC resistance of the inductance The loss due to is also 1 / n. For this reason, even when a large current is output, a modulation signal having a large amplitude can be output and the efficiency of modulation amplification can be increased.
また、本発明の振幅変調用電源回路は、前記の構成に加えて、さらに、出力電流を検出して複数系列のスイッチング手段の動作状態を制御する制御手段を備え、その制御手段が、検出した出力電流に応じて、複数系列のスイッチング手段の動作状態と非動作状態を各系列ごとに個別に切り替え、動作状態にあるスイッチング手段の系列の組み合わせを可変制御する構成を採っている。 In addition to the above configuration, the power supply circuit for amplitude modulation according to the present invention further includes control means for detecting the output current and controlling the operating state of the switching means of the plurality of series, and the control means detects According to the output current, the operation state and non-operation state of a plurality of series of switching means are individually switched for each series, and the combination of the series of switching means in the operation state is variably controlled.
このような構成により、制御手段(制御部)が出力電流を検出して動作状態にあるスイッチング手段の個数や種類の組み合わせを可変制御することにより、振幅変調用電源回路の特性を動作状況に応じて可変することが可能となる。したがって、出力電流量に応じて常に最適な振幅変調特性で振幅変調用電源回路を動作させることができる。 With such a configuration, the control means (control unit) detects the output current and variably controls the combination of the number and types of switching means in the operating state, so that the characteristics of the amplitude modulation power supply circuit can be adjusted according to the operating conditions. Variable. Accordingly, the power supply circuit for amplitude modulation can always be operated with the optimum amplitude modulation characteristic according to the amount of output current.
また、本発明の振幅変調用電源回路は、ベースバンドの振幅信号に応じて高周波増幅器の電源電圧を変動させて振幅変調を行うための振幅変調用電源回路であって、振幅信号の電位レベルとその振幅信号の振幅成分をサンプリングするための基準信号の電位レベルとを比較し、PWM信号を生成するPWM信号生成手段と、PWM信号生成手段によって生成されたPWM信号のパルス幅に応じてON/OFFのスイッチング制御を行い、PWM信号を増幅するスイッチング手段と、増幅されたPWM信号の高調波成分を除去し、アナログ信号の振幅信号を再生する高調波成分除去手段とを備え、PWM信号生成手段、スイッチング手段、及び高調波成分除去手段は、それぞれ二系列で構成され、二系列のPWM信号生成手段は、同一の振幅信号を入力すると共に互いに逆位相の基準信号を入力してPWM信号を生成する構成を採っている。 An amplitude modulation power supply circuit according to the present invention is an amplitude modulation power supply circuit for performing amplitude modulation by varying the power supply voltage of a high-frequency amplifier according to a baseband amplitude signal. Comparing the potential level of the reference signal for sampling the amplitude component of the amplitude signal, PWM signal generating means for generating a PWM signal, ON / OFF according to the pulse width of the PWM signal generated by the PWM signal generating means PWM signal generating means comprising switching means for performing OFF switching control and amplifying the PWM signal; and harmonic component removing means for removing the harmonic component of the amplified PWM signal and reproducing the amplitude signal of the analog signal The switching means and the harmonic component removing means are each composed of two series, and the two series of PWM signal generating means have the same amplitude signal. It adopts a configuration for generating a PWM signal by inputting a reference signal of opposite phases inputs the.
このような構成によれば、二系列のPWM信号生成手段のそれぞれに互いに逆位相の基準信号が入力されるので、二系列のサンプリング成分(つまり、ノイズ成分)は逆位相によって打ち消し合う。したがって、サンプリング周波数成分が抑制された変調信号を出力することができる。 According to such a configuration, since the reference signals having opposite phases to each other are input to the two series of PWM signal generating means, the two series of sampling components (that is, noise components) cancel each other out by the opposite phases. Therefore, it is possible to output a modulated signal in which the sampling frequency component is suppressed.
また、本発明の振幅変調用電源回路は、前記の構成において、二系列のPWM信号生成手段、二系列のスイッチング手段、及び二系列の高調波成分除去手段を一組の振幅信号生成系統として構成したとき、その振幅信号生成系統は複数組が並列に接続され、それぞれの組の振幅信号生成系統に構成されるPWM信号生成手段は、互いに振幅信号の位相をずらして入力する構成を採っている。 Further, the power supply circuit for amplitude modulation according to the present invention has the above-described configuration, wherein the two series of PWM signal generating means, the two series of switching means, and the two series of harmonic component removing means are configured as a set of amplitude signal generating systems. In this case, a plurality of sets of amplitude signal generation systems are connected in parallel, and the PWM signal generation means configured in each set of amplitude signal generation systems adopts a configuration in which the phases of the amplitude signals are shifted from each other. .
このような構成によれば、二系列からなるPWM信号生成手段とスイッチング手段と高調波成分除去手段による一組の振幅信号生成系統は、互いに逆位相の基準信号を用いているので、サンプリング成分(つまり、ノイズ成分)は打ち消し合って除去されると共に、二組以上の振幅信号生成系統は、それぞれ位相のずれた基準信号を用いているので、等化的にサンプリング点が増えてサンプリング精度を向上させることができる。 According to such a configuration, a set of amplitude signal generation systems including two series of PWM signal generation means, switching means, and harmonic component removal means uses reference signals having opposite phases. In other words, noise components are canceled out and removed, and two or more sets of amplitude signal generation systems use reference signals that are out of phase with each other. Can be made.
本発明の振幅変調用電源回路によれば、スイッチング手段(スイッチング回路)及び高調波成分除去手段(フィルタ回路)を並列に複数系列(n系列)設けることにより、各スイッチング素子及びインダクタンスに流れる電流を1/nにすることができる。これによって、スイッチング素子の電流容量を小さくすることができるため、スイッチング素子の寄生容量を小さくして無効電流を低減することができる。さらに、スイッチング素子のON抵抗、インダクタンスや回路の直流抵抗分を1/nにして電力損失を低減させることができる。また、インダクタンスの直流電流重畳特性の影響による損失を1/nにすることもできる。これによって、大振幅、大電流出力かつ高効率で動作する高周波増幅器の振幅変調用電源回路を実現することができる。 According to the power supply circuit for amplitude modulation of the present invention, by providing a plurality of series (n series) of switching means (switching circuit) and harmonic component removing means (filter circuit) in parallel, the current flowing through each switching element and inductance is obtained. It can be 1 / n. Thereby, since the current capacity of the switching element can be reduced, the parasitic capacity of the switching element can be reduced and the reactive current can be reduced. Furthermore, it is possible to reduce the power loss by reducing the ON resistance and inductance of the switching element and the DC resistance of the circuit to 1 / n. Further, the loss due to the influence of the direct current superimposition characteristic of the inductance can be reduced to 1 / n. As a result, it is possible to realize a power supply circuit for amplitude modulation of a high-frequency amplifier that operates with high amplitude, large current output and high efficiency.
また、本発明の振幅変調用電源回路によれば、互いに逆位相の基準信号によってサンプリングされた振幅変調信号をフィルタ回路の出力側で合成することにより、ノイズ成分となるサンプリング周波数成分を除去することができるので、ノイズの少ない安定した振幅変調信号を高周波増幅器の電源に供給することができる。これによって、高効率な性能が求められ、かつ送信スプリアスに対して厳しい仕様を持つ通信装置などの高周波増幅器用の電源回路に適用することができる。さらに、本発明の振幅変調用電源回路によれば、PWM信号生成手段(コンパレータ)、スイッチング手段(スイッチング回路)、及び二高調波成分除去手段(フィルタ回路)を多数の系列で構成して、互いに位相をずらした複数の基準信号を用いることによって、振幅信号のサンプリング精度をさらに向上させることができる。 In addition, according to the power supply circuit for amplitude modulation of the present invention, the sampling frequency component that becomes a noise component is removed by synthesizing the amplitude modulation signals sampled by the reference signals having opposite phases to each other on the output side of the filter circuit. Therefore, a stable amplitude modulation signal with less noise can be supplied to the power supply of the high frequency amplifier. As a result, high-efficiency performance is required, and it can be applied to a power supply circuit for a high-frequency amplifier such as a communication device having strict specifications for transmission spurious. Further, according to the power supply circuit for amplitude modulation of the present invention, the PWM signal generating means (comparator), the switching means (switching circuit), and the second harmonic component removing means (filter circuit) are configured in a number of series, and By using a plurality of reference signals whose phases are shifted, the sampling accuracy of the amplitude signal can be further improved.
本発明の振幅変調用電源回路は、コンパレータによって基準の三角波信号と振幅信号とを比較して、振幅の大きさに応じて振幅信号をPWM制御して電圧増幅を行い、所望のPWM信号を生成している。そして、生成されたPWM信号のパルス幅に応じてスイッチング回路をON/OFF制御して電流増幅した後、フィルタ回路によって高調波分を除去して再びアナログ信号の振幅信号に再現して高周波増幅器の電源に供給している。このとき、スイッチング回路とフィルタ回路を二系列以上の複数系列に分割することによって電流分散を図ったことを特徴としている。これによって、一系列当りの各構成要素の定数を小さくして、個々の系列のスイッチング素子やフィルタ素子(インダクタンスなど)に流れる電流を少なくすることができる。したがって、スイッチング素子の小型化によって生じる寄生容量の減少による無効電力の低減、フィルタを構成するインダクタンスの小型化によるインダクタンス電流の低減、及びスイッチング素子のON抵抗やインダクタンスの直流抵抗の低減などを実現することができる。よって、一系列当りの寄生容量が低下して効率が向上すると共に、インダクタンスの臨界電流に対して充分に小さい電流で動作することができ、かつ、スイッチング素子のON抵抗やインダクタンスの直流抵抗による損失を低減することができる。その結果、大電流の出力時においても、大振幅な振幅信号の出力及び高効率化を図ることが可能となる。 The power supply circuit for amplitude modulation according to the present invention compares a reference triangular wave signal and an amplitude signal by a comparator, performs PWM control on the amplitude signal according to the amplitude, and performs voltage amplification to generate a desired PWM signal. is doing. Then, the switching circuit is turned on / off in accordance with the pulse width of the generated PWM signal to amplify the current, and then the harmonic component is removed by the filter circuit to reproduce the amplitude signal of the analog signal again. Supplying power. At this time, the current distribution is achieved by dividing the switching circuit and the filter circuit into two or more series. Thereby, the constant of each component per series can be reduced, and the current flowing through each series of switching elements and filter elements (inductance, etc.) can be reduced. Therefore, the reactive power can be reduced by reducing the parasitic capacitance caused by the miniaturization of the switching element, the inductance current can be reduced by reducing the inductance constituting the filter, and the ON resistance of the switching element and the DC resistance of the inductance can be reduced. be able to. Therefore, the parasitic capacitance per series is reduced and the efficiency is improved, and it is possible to operate with a current sufficiently smaller than the critical current of the inductance, and the loss due to the ON resistance of the switching element and the DC resistance of the inductance Can be reduced. As a result, even when a large current is output, it is possible to output a large amplitude signal and increase the efficiency.
以下、図面を用いて、本発明における振幅変調用電源回路の実施の形態の幾つかを詳細に説明する。尚、各実施の形態に用いる図面において、同一の構成要素は同一の符号を付し、かつ重複する説明は可能な限り省略する。 Hereinafter, some embodiments of the power supply circuit for amplitude modulation according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings used in the embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as much as possible.
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1における振幅変調用電源回路の回路図である。この振幅変調用電源回路は、前述した図7のEER変調方式に用いられる高周波増幅器102の電源用の振幅変調用電源回路101であるが、EER変調方式は前述したように公知の技術であるのでその説明は省略する。
<
FIG. 1 is a circuit diagram of an amplitude modulation power supply circuit according to
図1において、振幅変調用電源回路は、振幅信号とこの振幅信号をサンプリングするための基準となる三角波信号とによってPWM制御を行ってPWM信号を生成するコンパレータ(PWM信号生成手段)1と、PWM信号を所望の電圧レベルまで増幅する増幅器2a1と増幅器2a2の差動増幅回路からなる電圧増幅部2と、PWM信号のパルス幅に応じてON/OFF制御することによって極めて高効率にPWM信号の電流増幅を行うスイッチング回路(スイッチング手段)3と、スイッチング回路3から出力されたPWM信号を再びアナログ信号にしてコンパレータ1に入力された振幅信号を再生するためのフィルタ回路(高調波成分除去手段)4とを備えた構成になっていて、負荷R1を接続している。
In FIG. 1, an amplitude modulation power supply circuit includes a comparator (PWM signal generation means) 1 that generates PWM signals by performing PWM control using an amplitude signal and a triangular wave signal that is a reference for sampling the amplitude signal, and a PWM signal. The current of the PWM signal is extremely efficiently controlled by ON / OFF control according to the pulse width of the PWM signal, and the
また、スイッチング回路3は、2つのスイッチング素子が交互にON/OFFスイッチングする組合せで複数系列(図では3系列)のスイッチング回路3a,3b,3nが並列に接続された構成となっている。尚、各スイッチング回路3a,3b,3nにおける2つのスイッチング素子の組合せは、それぞれ、スイッチング素子3a1とスイッチング素子3a2、スイッチング素子3b1とスイッチング素子3b2、及びスイッチング素子3n1とスイッチング素子3n2である。また、フィルタ回路4においては、それぞれのスイッチング回路3a,3b,3nに対応して、各インダクタンスL1、L2、Lnが複数系列(図では3系列)並列に接続された構成となっている。尚、フィルタ回路4を構成するコンデンサC1は、各インダクタンスL1、L2、Lnに共通であって1個で構成されている。このようにして、スイッチング回路3とフィルタ回路4が複数系列に亘って並列に接続された構成となっている。
The
次に、図1に示す振幅変調用電源回路の動作を説明する。まず、コンパレータ1には、振幅信号と、この振幅信号をサンプリングするための基準信号、例えば三角波信号とが入力される。尚、三角波信号の周波数は振幅信号の周波数に比べて充分に高い周波数となっている。コンパレータ1は、振幅信号と三角波信号の振幅の大小を比較し(つまり、二つの波形の電位レベルを比較し)、その大小に応じてパルス幅の変わるPWM信号を生成して出力する。そして、PWM信号は電圧増幅部2における増幅器2a1と増幅器2a2に入力され、位相が180°異なって2つに振り分けられるPWM信号が生成されて高周波増幅器の必要とする所望の電圧まで増幅される。さらに、増幅されたPWM信号は、各スイッチング回路3a,3b,3nにおいて、スイッチング素子3a1と3a2、スイッチング素子3b1と3b2、及びスイッチング素子3n1と3n2のそれぞれに、一方は反転して、もう一方は正転のまま出力される。
Next, the operation of the amplitude modulation power supply circuit shown in FIG. 1 will be described. First, the
各スイッチング回路3a,3b,3nは、それぞれ、PWM信号のHigh、Lowに応じて、スイッチング素子3a1と3a2、スイッチング素子3b1と3b2、及びスイッチング素子3n1と3n2のON/OFFスイッチングを行い、それぞれのPWM信号について高効率な電流増幅を行う。さらに、スイッチング回路3a,3b,3nで増幅されたそれぞれのPWM信号は、各系列のインダクタンスL1,L2,L3と共通のコンデンサC1で構成されるフィルタ回路4に入力される。すると、フィルタ回路4は、各系列のPWM信号から三角波信号に依存するサンプリング成分(つまり、ノイズ)が除去されて、元の振幅信号、すなわちコンパレータ1に入力された振幅信号が再現され、負荷R1(つまり、図7の高周波増幅器102の電源端子)へ入力される。
The switching
このとき、スイッチング回路3とフィルタ回路4の全系列数がnであったとすると、各系列は並列に接続されているので、各スイッチング回路3a,3b,3nとインダクタンスL1,L2,Lnにおける一系列当りに流れる電流量は全出力電流の1/nになる。したがって、各インダクタンスL1,L2,Lnの直流電流の重畳特性により制限される出力電流の上限値が、一系列でフィルタ回路4を構成したときに比べてn倍に改善されることになる。また、各系列の各スイッチング回路3a,3b,3nやフィルタ回路4が並列に接続されている構成上、それぞれのスイッチング素子の寄生容量やON抵抗は1/nとなり、かつ、インダクタンスの直流抵抗や回路の直流抵抗も1/nとなる。この結果、寄生容量による無効電力が1/nとなると共に、抵抗分による電力損失が1/nとなることによって、振幅特性及び効率特性が大幅に改善される。
At this time, if the total number of series of the
ここで、並列接続されるスイッチング回路3a,3b,3nの一部または全てに対して異なる電流容量のスイッチング素子を用いることもできるので、この場合は、電流に応じて異なった電流容量のスイッチング素子を選定すれば直流電流の重畳特性は前述と同様の要領によって改善される。また、このように電流容量の異なるスイッチング素子を選定した場合においても、全体として直流抵抗値は各系列の直流抵抗値の並列抵抗値となるため、やはり一系列でスイッチング回路を構成した場合より寄生容量やON抵抗は小さくなる。したがって、寄生容量や抵抗分による損失が小さくなるので振幅特性や効率特性が改善される。
Here, since switching elements having different current capacities can be used for some or all of the switching
<実施の形態2>
次に、本発明の実施の形態2における振幅変調用電源回路について説明する。図2は、本発明の実施の形態2における振幅変調用電源回路の回路図である。図2に示す実施の形態2では、図1の構成に加えて、各系列のスイッチング回路2a,2bの動作状態と非動作状態をON/OFFできる制御部(制御手段)7a,7bを各系列ごとに備える構成とした。すなわち、図2に示すように、振幅変調用電源回路の出力回路に直列抵抗R0を挿入し、制御部7a,7bが、直列抵抗R0に流れる出力電流を検出して各系列のスイッチング回路2a,2bの並列接続構成を制御するように構成されている。
<
Next, an amplitude modulation power supply circuit according to
図2は、説明を簡単にするために、図1に示すスイッチング回路3とフィルタ回路4を2系統にし、かつ、電圧増幅部2とスイッチング回路3を一まとめとして広義の意味のスイッチング回路とし、それぞれ、スイッチング回路2aとスイッチング回路2bとしている。また、スイッチング回路2aは、増幅器2a1,2a2とスイッチング素子3a1,3a2とによって構成され、スイッチング回路2bは、増幅器2b1,2b2とスイッチング素子3b1,3b2とによって構成されている。
2, for the sake of simplicity of explanation, the switching
図2において、例えば、スイッチング回路2aの各スイッチング素子3a1,3a2には1ワットのFETを使用し、スイッチング回路2bの各スイッチング素子3b1,3b2には4ワットのFETを使用する。このようにして、各系列のスイッチング回路ごとに定格容量の異なるFETを用いた構成にすることによって、振幅特性及び効率特性を改善することができる。
In FIG. 2, for example, a 1-watt FET is used for each switching element 3a1, 3a2 of the
図3は、本発明の実施の形態2における振幅変調用電源回路の振幅特性を示す特性図であり、横軸に出力電流、縦軸に振幅に相当する出力電圧を示している。また、図4は、本発明の実施の形態2における振幅変調用電源回路の効率特性を示す特性図であり、横軸に出力電流、縦軸に効率を示している。以下、図2、図3、及び図4を用いて、実施の形態2において振幅及び効率の改善を実現する動作について説明する。 FIG. 3 is a characteristic diagram showing the amplitude characteristics of the amplitude modulation power supply circuit according to the second embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the output current, and the vertical axis represents the output voltage corresponding to the amplitude. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the efficiency characteristics of the amplitude modulation power supply circuit according to the second embodiment of the present invention, where the horizontal axis represents the output current and the vertical axis represents the efficiency. Hereinafter, the operation for realizing the improvement of the amplitude and the efficiency in the second embodiment will be described with reference to FIG. 2, FIG. 3, and FIG.
コンパレータ1には、振幅信号とこの振幅信号をサンプリングするための基準信号となる三角波信号が入力される。コンパレータ1は、これらの二つの信号波形の振幅の大小を比較して、その大小に応じてパルス幅の変わるPWM信号を生成して出力する。さらに、各スイッチング回路2a,2bによって高効率な増幅が行われ、フィルタ回路4によってサンプリング成分(ノイズ)が除去された後、振幅信号の波形が再現されて高周波増幅器へ出力される。
The
このとき、振幅変調用電源回路の出力側に、消費電力や電圧降下が実用上問題とならない程度の直列抵抗R0を挿入し、この直列抵抗R0の電圧降下を検出するなどの方法によって、制御部7a及び制御部7bが出力電流量を検出する。そして、制御部7a及び制御部7bが、それぞれの電流検出レベルに応じて、各系列ごとのスイッチング回路2a,2bの動作状態と非動作状態の切り替えを行う。
At this time, the control unit is connected to the output side of the amplitude modulation power supply circuit by a method such as inserting a series resistor R0 that does not cause power consumption or voltage drop to be a practical problem and detecting the voltage drop of the series resistor R0. 7a and the
制御部7a,7bによってこのような切り替え制御を行うことにより、振幅変調用電源回路の振幅特性および効率特性を出力電流に応じて変化させることができる。例えば、図3に示すように、入力側の振幅信号が小さいところ、すなわち出力電流が小さいところ(0.05A以下)では1ワット(W)の(a)特性で動作させ、出力電流値が中程度のところ(0.1A以下)では4Wの(b)特性で動作させ、かつ、入力側の振幅信号が大きいところ、すなわち出力電流が大きいところ(0.1A以上)では1W+4Wの(c)特性で動作させることにより、常に、高い出力電圧、すなわち良好な振幅特性を維持することができる。同様にして、図4に示すように、入力側の振幅信号が小さいところ、すなわち出力電流が小さいところ(0.05A以下)では1Wの(a)特性で動作させ、出力電流値が中程度のところ(0.35A以下)では4Wの(b)特性で動作させ、かつ、入力側の振幅信号が大きいところ、すなわち出力電流が大きいところ(0.35A以上)では1W+4Wの(c)特性で動作させることにより、常に、高い効率特性を維持できる。
By performing such switching control by the
<実施の形態3>
次に、本発明の実施の形態3における振幅変調用電源回路について説明する。図5は、本発明の実施の形態3における振幅変調用電源回路の回路図である。図5に示す実施の形態3では、図1の構成において、電圧増幅部2、スイッチング回路3、及びフィルタ回路4を二系列とし、かつ入力側のコンパレータを各系列ごとに配置した構成を採っている。すなわち、図5に示すように、第1の系列は、コンパレータ1a、増幅器2a1,2a2からなる電圧増幅部2a、スイッチング素子3a1,3a2からなるスイッチング回路3a、及びインダクタンスL1を備えるフィルタ回路4によって構成され、第2の系列は、コンパレータ1b、増幅器2b1,2b2からなる電圧増幅部2b、スイッチング素子3b1,3b2からなるスイッチング回路3b、及びインダクタンスL2を備えるフィルタ回路4によって構成されている。
<
Next, an amplitude modulation power supply circuit according to
すなわち、コンパレータ1a,1bとスイッチング回路2a,2bとフィルタ回路4のインダクタンスL1,L2を並列に2系列配置し、二つのコンパレータ1a,1bに同じ振幅で同じ周波数の振幅信号を入力する構成にしている。但し、振幅信号をサンプリングするための基準信号である三角波信号は、二つのコンパレータ1a,1b間で互いに逆位相となるよう入力して、それぞれのコンパレータ1a,1bでPWM制御を行うように構成されている。
In other words, the
次に、図5に示す振幅変調用電源回路の動作について説明する。まず、コンパレータ1aとコンパレータ1bには全く同じ周波数で同じ振幅の振幅信号が入力される。一方、基準信号となる三角波信号は、コンパレータ1aとコンパレータ1bに互いに逆位相で入力される。コンパレータ1a及びコンパレータ1bでは、それぞれ、振幅信号と三角波信号の振幅の大小が比較され、その大小に応じてパルス幅の変わるPWM信号が出力される。コンパレータ1aより出力されたPWM信号は、電圧増幅部2aにおける増幅器2a1,2a2へ入力され、コンパレータ1bより出力されたPWM信号は、電圧増幅部2bにおける増幅器2b1,2b2へそれぞれ入力される。そして、各電圧増幅部2a,2bで高周波増幅部の必要とする所望のレベルまで電圧増幅される。さらに、各電圧増幅部2a,2bより出力されたPWM信号は、それぞれ、スイッチング回路3a,3bに入力されて高効率で増幅され、各系列ごとにフィルタ回路4によってサンプリング成分が除去がされて、出力側において振幅変調信号が合成される。
Next, the operation of the amplitude modulation power supply circuit shown in FIG. 5 will be described. First, amplitude signals having the same frequency and the same amplitude are input to the
ここで、実施の形態3では、コンパレータ1aとコンパレータ1bに互いに逆位相の三角波信号が入力されるため、コンパレータ1aの出力側のサンプリング成分(F1)とコンパレータ1bの出力側のサンプリング成分(F2)は、図5の該当箇所に示すように、基準周波数f0以外の全ての周波数(f1、2f1、3f1…nf1)において逆極性の信号となっている。したがって、一つの系列のスイッチング回路3aから出力される増幅後のサンプリング成分(F3)と他の系列のスイッチング回路3bから出力される増幅後のサンプリング成分(F4)も、図5の該当箇所に示すように、基準周波数f0以外の全ての周波数(f1、2f1、3f1…nf1)において逆極性の信号となっている。よって、互いに逆位相の周波数となるサンプリング成分(F3及びF4)を有する二つの振幅信号は、フィルタ回路4の出力側において合成されるため、両系列がそれぞれ有するサンプリング成分のうち、逆極性の周波数成分(f1、2f1、3f1…nf1)は互いに打ち消し合うので、結果的に、ノイズとなるサンプリング周波数成分は低減され、必要な周波数成分f0の振幅信号(F5)が出力される。
Here, in
<実施の形態4>
次に、本発明の実施の形態4における振幅変調用電源回路について説明する。図6は、本発明の実施の形態4における振幅変調用電源回路の回路図である。図6に示す実施の形態4は、図5に示す実施の形態3のコンパレータ1a,1b、電圧増幅回路2a,2b、スイッチング回路3a,3b及びフィルタ回路4のインダクタンスL1,L2が2系列で構成された回路を2組並列に接続した構成を採っている。もちろん、2組以上を並列に接続した構成としてもよい。尚、図6を用いて実施の形態4に固有の作用を説明する上で、それぞれの組(第1の組及び第2の組)に個別の符号を付すと符号が煩雑になるので、図6においては、第1の組と第2の組には図5と同一符号を付すことにする。
<
Next, an amplitude modulation power supply circuit according to
図6において、第1の組と第2の組がそれぞれ振幅信号を出力する動作は、第3の実施の形態で説明した内容と全く同じであるので重複する説明は省略する。実施の形態4において、第1の組10のコンパレータ1abのコンパレータ1aとコンパレータ1bに互いに逆位相の三角波信号を入力し、かつ、第2の組20のコンパレータ1abのコンパレータ1aとコンパレータ1bに互いに逆位相の三角波信号を入力することは図5に示した第3の実施の形態と全く同じである。実施の形態4の特徴は、第1の組10のコンパレータ1a,1bと第2の組20のコンパレータ1a,1bとで三角波信号の位相をずらしている点である。例えば、図6に示すように、第1の組10のコンパレータ1aに0°及びコンパレータ1bに180°の位相の三角波信号を入力し、第2の組20のコンパレータ1aに90°及びコンパレータ1bに270°の位相の三角波信号を入力する。
In FIG. 6, the operation in which the first group and the second group each output an amplitude signal is exactly the same as the content described in the third embodiment, and thus a duplicate description is omitted. In the fourth embodiment, triangular wave signals having opposite phases are input to the comparator 1a and the
このようにして、第1の組10と第2の組20とで、それぞれのコンパレータ1a,1bに入力する三角波信号の位相をずらすことにより、第1の組10と第2の組20の三角波信号によってサンプリングされた振幅信号がフィルタ回路4によって合成されるので、結果的に、2倍のサンプリン点によってサンプリングされた振幅信号が合成されることになる。言い換えれば、第1の組10と第2の組20とで異なったサンプリングタイミングでサンプリングされた振幅信号が、フィルタ回路4の出力側において合成されることになるので、再現された振幅信号は等価的には2倍のサンプリン点によりサンプリングされた信号を復元したことになる。
In this way, the triangular wave of the first set 10 and the
したがって、図5に示すような1組のコンパレータ1a,1bに入力された三角波信号の周波数でサンプリングを行うよりも、図6に示すような2組のコンパレータ1a,1bに異なる周波数で入力された三角波信号の周波数でサンプリングを行うことによって、サンプリング精度が一段と向上することになる。尚、このとき、図5で説明したように、第1の組10のコンパレータ1aとコンパレータ1bには逆位相の三角波信号が入力されるので、サンプリング成分のうちのノイズ成分は打ち消し合い、かつ、第2の組20のコンパレータ1aとコンパレータ1bにも逆位相の三角波信号が入力されるので、サンプリング成分のうちのノイズ成分は打ち消し合う。この結果、実施の形態4では、三角波信号の周波数を高くしたのと同様にサンプリング精度を向上させ、かつ、サンプリング成分が抑制された振幅信号を出力することができる。
Therefore, rather than sampling at the frequency of the triangular wave signal input to the pair of
以上説明したように、本発明に係る振幅変調用電源回路は、高効率で大電流、大振幅の振幅信号を高周波増幅器に供給することができると共に、ノイズ成分となるサンプリング成分を十分に抑制することができる。したがって、本発明の振幅変調用電源回路は、高効率な性能が求められ、かつ送信スプリアスに対して厳しい仕様を持つ移動体通信における基地局装置や端末機器などの通信装置の高周波増幅器などに適用することができる。 As described above, the amplitude modulation power supply circuit according to the present invention can supply a high-current, large-amplitude amplitude signal to a high-frequency amplifier with high efficiency and sufficiently suppress a sampling component that becomes a noise component. be able to. Therefore, the power supply circuit for amplitude modulation according to the present invention is applied to a high-frequency amplifier of a communication device such as a base station device or a terminal device in mobile communication that requires high efficiency performance and has strict specifications for transmission spurious. can do.
1、1a,1b,1ab コンパレータ(PWM信号発生手段)
2,2a,2b 電圧増幅部
3,3a,3b,3n スイッチング回路(スイッチング手段)
4 フィルタ回路(高調波成分除去手段)
7a,7b 制御部(制御手段)
1, 1a, 1b, 1ab comparator (PWM signal generating means)
2, 2a, 2b
4 Filter circuit (Harmonic component removal means)
7a, 7b Control unit (control means)
Claims (4)
前記振幅信号の電位レベルとその振幅信号の振幅成分をサンプリングするための基準信号の電位レベルとを比較し、PWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
前記PWM信号生成手段によって生成されたPWM信号のパルス幅に応じてON/OFFのスイッチング制御を行い、前記PWM信号を増幅するスイッチング手段と、
増幅されたPWM信号の高調波成分を除去し、アナログ信号の振幅信号を再生する高調波成分除去手段とを備え、
前記スイッチング手段と前記高調波成分除去手段は、一系列の前記PWM信号生成手段に対して二系列以上で構成されていることを特徴とする振幅変調用電源回路。 A power supply circuit for amplitude modulation for performing amplitude modulation by changing a power supply voltage of a high-frequency amplifier according to an amplitude signal of a baseband,
PWM signal generating means for comparing the potential level of the amplitude signal with the potential level of a reference signal for sampling the amplitude component of the amplitude signal, and generating a PWM signal;
Switching means for performing ON / OFF switching control according to the pulse width of the PWM signal generated by the PWM signal generating means, and amplifying the PWM signal;
A harmonic component removing means for removing the harmonic component of the amplified PWM signal and reproducing the amplitude signal of the analog signal;
2. The amplitude modulation power supply circuit according to claim 1, wherein the switching means and the harmonic component removing means are configured in two or more series with respect to one series of the PWM signal generating means.
前記制御手段が、検出した出力電流に応じて、複数系列の前記スイッチング手段の動作状態と非動作状態を各系列ごとに個別に切り替え、動作状態にあるスイッチング手段の系列の組み合わせを可変制御することを特徴とする請求項1に記載の振幅変調用電源回路。 Furthermore, it comprises a control means for detecting the output current and controlling the operating state of the switching means of a plurality of series,
The control means individually switches the operation state and non-operation state of the plurality of series of the switching means for each series according to the detected output current, and variably controls the combination of the series of switching means in the operating state. The power supply circuit for amplitude modulation according to claim 1.
前記振幅信号の電位レベルとその振幅信号の振幅成分をサンプリングするための基準信号の電位レベルとを比較し、PWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
前記PWM信号生成手段によって生成されたPWM信号のパルス幅に応じてON/OFFのスイッチング制御を行い、前記PWM信号を増幅するスイッチング手段と、
増幅されたPWM信号の高調波成分を除去し、アナログ信号の振幅信号を再生する高調波成分除去手段とを備え、
前記PWM信号生成手段、前記スイッチング手段、及び前記高調波成分除去手段は、それぞれ二系列で構成され、
二系列の前記PWM信号生成手段は、同一の前記振幅信号を入力すると共に互いに逆位相の前記基準信号を入力し、前記PWM信号を生成することを特徴とする振幅変調用電源回路。 A power supply circuit for amplitude modulation for performing amplitude modulation by changing a power supply voltage of a high-frequency amplifier according to an amplitude signal of a baseband,
PWM signal generating means for comparing the potential level of the amplitude signal with the potential level of a reference signal for sampling the amplitude component of the amplitude signal, and generating a PWM signal;
Switching means for performing ON / OFF switching control according to the pulse width of the PWM signal generated by the PWM signal generating means, and amplifying the PWM signal;
A harmonic component removing means for removing the harmonic component of the amplified PWM signal and reproducing the amplitude signal of the analog signal;
The PWM signal generating means, the switching means, and the harmonic component removing means are each composed of two series,
Two series of PWM signal generation means input the same amplitude signal and input the reference signals having opposite phases to each other to generate the PWM signal.
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CN114630453A (en) * | 2020-12-09 | 2022-06-14 | 东京毅力科创株式会社 | Power supply and inspection device |
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- 2004-09-27 JP JP2004280544A patent/JP2006094424A/en active Pending
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