JP2008193298A - Power amplification system - Google Patents
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Description
本発明は、通信機器などに使用される電力増幅システムに関し、特にET(エンベロープトラッキング)方式を用いた電力増幅システムに関する。 The present invention relates to a power amplification system used for communication equipment and the like, and more particularly to a power amplification system using an ET (envelope tracking) method.
通信機器などにおいては、高周波であるRF信号を増幅して所定のレベルに昇圧する電力増幅システムが取り入れられている。この電力増幅システムの効率を高める方法の1つにET方式がある。図5はこのET方式による従来の電力増幅システムの構成を示すブロック図である。 In communication equipment and the like, a power amplification system that amplifies an RF signal having a high frequency and boosts the RF signal to a predetermined level is adopted. One method for increasing the efficiency of this power amplification system is the ET method. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a conventional power amplification system using the ET method.
図5に示す従来の電力増幅システムにおいて、カプラ101を通過したRF信号は、遅延回路部102を経て線形電力増幅器103に入力される。また、カプラ101に入力されたRF信号の一部は包絡線検波部104に入力され、ここでRF信号の振幅成分が取り出される。そして、この振幅成分が振幅増幅部であるDC−DCコンバータ105により増幅された後、線形電力増幅器103に電源電圧として供給される。その際、RF信号のエンベロープ(包絡線)の振幅に応じて線形電力増幅器103への供給電圧を変化させることで、線形電力増幅器103を入力信号に対し常に飽和に近い状態で動作させることができる。このため、線形電力増幅器103は一定電圧供給の場合よりも効率的な増幅器となる。
In the conventional power amplification system shown in FIG. 5, the RF signal that has passed through the
図6は上記の一般的なDC−DCコンバータ105の構成を示すブロック図である。直流電源111からの入力電圧Vinはコンバータ部112にて所望の出力電圧Voutに変換され、負荷である線形電力増幅器103に供給される。コンバータ部112は出力段及びLCフィルタを含み、コイル、スイッチ、整流素子、コンデンサなどから構成されている。また、コンバータ部112を制御する制御回路120は、コンバータ部112の出力電圧Voutを検出する検出回路121、その検出値Voを基準電圧源122からの基準値Vrefと比較する誤差増幅器123、誤差増幅器123の出力Veを発振器124の出力Voscと比較する比較器125から構成されている。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the general DC-
図7は上記の従来の制御回路120の構成を示す図である。検出回路121は分圧用の抵抗R101,R102からなり、比較器125の出力は論理回路126を経てコンバータ部112に入力される。誤差増幅器123の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗R103とコンデンサC101の直列回路が接続されている。図8に上記構成のDC−DCコンバータ105への入力電圧Vinと出力電圧Voutの関係を示す。ここでは、正常時と異常時(入力が大きく変動したとき)の様子を示している。ここで、破線は期待される出力、実線は実際の出力を示している。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the
ここで、上記のET方式において、電力増幅システムが高効率で動作するためにはRF信号の包絡線成分を増幅する振幅増幅部の効率が大きく寄与する。このため、振幅増幅部の電源に包絡線トラッキング電源を用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、この他にも電力増幅システムの高効率を実現するために、複数のDC−DCコンバータを用いて振幅増幅部の改善を図ることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、振幅増幅部に使用されるDC−DCコンバータは、RF信号の包絡線成分を増幅し、これを増幅器のドレイン電圧として供給するが、RF信号の振幅変動が大きいとDC−DCコンバータに入力される信号成分も大きく変動し、この変動に十分な速度で追随できないと、図8に示すように、DC−DCコンバータの出力は破線で示す所定のレベルに達することができない場合がある。このような場合、増幅器に対し所望のドレイン電圧を供給できないため、最終的な電力増幅システムの出力に歪みが生じることになる。 However, the DC-DC converter used in the amplitude amplifying unit amplifies the envelope component of the RF signal and supplies it as the drain voltage of the amplifier. If the amplitude variation of the RF signal is large, the DC-DC converter is input to the DC-DC converter. If the signal component to be changed also fluctuates greatly and the fluctuation cannot be followed at a sufficient speed, the output of the DC-DC converter may not reach the predetermined level indicated by the broken line as shown in FIG. In such a case, since a desired drain voltage cannot be supplied to the amplifier, the output of the final power amplification system is distorted.
一方で、入力される包絡線成分の急峻な変動に対して、DC−DCコンバータの出力を高速に対応できるようにスイッチング周波数を高く設定し、ループ帯域を広げることも可能であるが、このような状態での動作はDC−DCコンバータの消費電力が大きく、電力増幅システム全体の効率が低下する。 On the other hand, it is possible to set the switching frequency high and widen the loop band so that the output of the DC-DC converter can cope with a rapid fluctuation of the input envelope component. In an operation in such a state, the power consumption of the DC-DC converter is large, and the efficiency of the entire power amplification system is lowered.
また、複数のDC−DCコンバータを用いる場合は、回路規模が大きくなるとともに、これらの駆動のための電力消費も大きくなる。
なお、特許文献1には、包絡線トラッキング電源を介して増幅器に供給される電力は、増幅出力において、与えられた瞬間に必要とされる電力のレベルを再生するのに充分であるよう変化されるとの記載があるが、具体的な実現方法は開示されていない。
In addition, when a plurality of DC-DC converters are used, the circuit scale increases and the power consumption for driving these also increases.
In
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ET方式において、RF信号の包絡線成分の急峻な変化に対しても振幅増幅部のDC−DCコンバータの出力を追随させることができ、簡易な構成で、DC−DCコンバータの出力が安定し、システム全体の効率が向上する電力増幅システム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 in the ET system, the output of the DC-DC converter of the amplitude amplifying unit can be made to follow a sudden change in the envelope component of the RF signal. An object of the present invention is to provide a power amplifying system that has a simple configuration, stabilizes the output of the DC-DC converter, and improves the efficiency of the entire system.
本発明では上記課題を解決するために、入力されたRF信号を増幅して出力する増幅器と、前記RF信号の振幅成分を増幅して前記増幅器に電源電圧を供給するDC−DCコンバータと、前記RF信号の包絡線成分の変化の度合いを検出する検出手段と、前記検出した変化の度合いを閾値と比較して前記DC−DCコンバータのスイッチング周波数を切り替えるDC−DCコンバータ制御手段と、を備え、前記DC−DCコンバータのスイッチング周波数に合わせて、前記DC−DCコンバータの誤差増幅器の帰還部に接続された位相補償回路を切り替えることを特徴とする電力増幅システムが提供される。 In order to solve the above problems, the present invention amplifies an input RF signal and outputs it, a DC-DC converter that amplifies an amplitude component of the RF signal and supplies a power supply voltage to the amplifier, Detection means for detecting the degree of change in the envelope component of the RF signal, and DC-DC converter control means for switching the switching frequency of the DC-DC converter by comparing the detected degree of change with a threshold value, In accordance with the switching frequency of the DC-DC converter, there is provided a power amplification system characterized in that the phase compensation circuit connected to the feedback section of the error amplifier of the DC-DC converter is switched.
このような電力増幅システムによれば、RF信号の包絡線成分の変化の度合いを閾値と比較してDC−DCコンバータのスイッチング周波数を切り替え、そのスイッチング周波数に合わせて、DC−DCコンバータの誤差増幅器の帰還部に接続された位相補償回路を切り替えるので、所望のドレイン電圧を増幅器に供給することができるとともに、DC−DCコンバータのスイッチング周波数に応じた位相補償が可能となり、RF信号の包絡線成分の急峻な変化に対しても振幅増幅部のDC−DCコンバータの出力を追随させることができ、簡易な構成で、DC−DCコンバータの出力が安定し、システム全体の効率が向上する。 According to such a power amplification system, the switching frequency of the DC-DC converter is switched by comparing the degree of change in the envelope component of the RF signal with a threshold, and the error amplifier of the DC-DC converter is matched to the switching frequency. Since the phase compensation circuit connected to the feedback section of the circuit is switched, a desired drain voltage can be supplied to the amplifier, and phase compensation corresponding to the switching frequency of the DC-DC converter can be performed, and the envelope component of the RF signal The output of the DC-DC converter of the amplitude amplifying unit can be made to follow even a steep change, and with a simple configuration, the output of the DC-DC converter is stabilized and the efficiency of the entire system is improved.
本発明の電力増幅システムは、RF信号の包絡線成分の変化の度合いを閾値と比較してDC−DCコンバータのスイッチング周波数を切り替え、そのスイッチング周波数に合わせて、DC−DCコンバータの誤差増幅器の帰還部に接続された位相補償回路を切り替えるので、所望のドレイン電圧を増幅器に供給することができるとともに、DC−DCコンバータのスイッチング周波数に応じた位相補償が可能となり、RF信号の包絡線成分の急峻な変化に対しても振幅増幅部のDC−DCコンバータの出力を追随させることができ、簡易な構成で、DC−DCコンバータの出力が安定し、システム全体の効率が向上するという利点がある。 The power amplification system of the present invention switches the switching frequency of the DC-DC converter by comparing the degree of change of the envelope component of the RF signal with a threshold value, and feedbacks the error amplifier of the DC-DC converter according to the switching frequency. Since the phase compensation circuit connected to the unit is switched, a desired drain voltage can be supplied to the amplifier, and phase compensation according to the switching frequency of the DC-DC converter can be performed, so that the envelope component of the RF signal can be sharp. The output of the DC-DC converter of the amplitude amplifying section can be made to follow even a change, and there is an advantage that the output of the DC-DC converter is stabilized with a simple configuration and the efficiency of the entire system is improved.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態の電力増幅システムの構成を示すブロック図である。この電力増幅システムはET方式を用いた電力増幅システムであり、カプラ1に入力されたRF信号を遅延回路部2で遅延して線形電力増幅器3に入力し、ここで増幅されたRF信号を出力する。また、カプラ1に入力されたRF信号は包絡線検波部4にも入力され、ここで振幅成分が取り出される。この振幅成分はDC−DCコンバータ5により増幅され、線形電力増幅器3に電源電圧として供給される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power amplification system according to an embodiment of the present invention. This power amplifying system is a power amplifying system using the ET system. The RF signal input to the
また、上記DC−DCコンバータ5を制御するDC−DCコンバータ制御部6を備えている。このDC−DCコンバータ制御部6は、RF信号の包絡線成分の変化の度合いを検出する検出手段を有し、検出した変化の度合いを予め設定された閾値と比較してDC−DCコンバータ5のスイッチング周波数を切り替えるとともに、そのスイッチング周波数に合わせて、DC−DCコンバータ5の誤差増幅器の帰還部に接続された位相補償回路を切り替える。
Further, a DC-DC
図2は上記の実施の形態の電力増幅システムにおけるDC−DCコンバータの構成を示すブロック図である。直流電源11からの入力電圧Vinはコンバータ部12にて所望の出力電圧Voutに変換され、負荷である線形電力増幅器3に供給される。コンバータ部12は出力段及びLCフィルタを含み、コイル、スイッチ、整流素子、コンデンサなどから構成されている。また、コンバータ部12を制御する制御回路20は、コンバータ部12の出力電圧Voutを検出する検出回路21、その検出値Voを基準値Vinputと比較する誤差増幅器22、誤差増幅器22の出力Veを発振器23の出力Voscと比較する比較器24から構成され、発振器23には制御信号Scont1が入力され、誤差増幅器22には制御信号Scont2が入力される。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the DC-DC converter in the power amplification system of the above embodiment. An input voltage Vin from the
図3は上記の実施の形態の電力増幅システムにおける制御回路20の構成を示す図である。検出回路21は分圧用の抵抗R1,R2からなり、比較器24の出力は論理回路25を経て制御電圧Vcontとしてコンバータ部12に入力される。誤差増幅器22の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗(R3,R4)とコンデンサ(C1,C2)とスイッチ(SW1,SW2)の直列回路が位相補償回路として複数個並列に接続されている。そして、DC−DCコンバータ5のスイッチング周波数に合わせて、スイッチSW1,SW2が選択的に切り替えられる。スイッチSW1が選択(オン)されたときはスイッチSW2が非選択(オフ)となって低スイッチング周波数に対応する位相補償回路となり、スイッチSW2が選択されたときはスイッチSW1が非選択となって高スイッチング周波数に対応する位相補償回路となる。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the
図4は実施の形態の電力増幅システムの動作を示すフローチャートであり、ここではDC−DCコンバータ制御部6の動作について示している。RF信号の包絡線成分が入力されると(S1)、その振幅の変化の度合いdV/dtを算出し(S2)、変化の度合いdV/dtを閾値と比較する(S3)。この閾値はユーザにより予め入力設定されたものであるが、設計時のパラメータであってもよい。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the power amplification system according to the embodiment. Here, the operation of the DC-DC
そして、RF信号の振幅の変化の度合いdV/dtが閾値より大きく(dV/dt>閾値)、RF信号の包絡線成分に急峻な変化が生じた場合は、発振器23のスイッチング周波数を高くし(S4)、DC−DCコンバータ5を高スイッチング周波数で動作させるとともに、誤差増幅器22の帰還部のスイッチSW2をオン(ON)にする(S5)。また、RF信号の振幅の変化の度合いdV/dtが閾値より小さい場合には、発振器23のスイッチング周波数を低くし(S6)、DC−DCコンバータ5を低スイッチング周波数で動作させるとともに、誤差増幅器22の帰還部のスイッチSW1をオンにする(S7)。
When the degree of change in amplitude of the RF signal dV / dt is larger than the threshold (dV / dt> threshold) and a sharp change occurs in the envelope component of the RF signal, the switching frequency of the
このように、実施の形態の電力増幅システムにおいては、RF信号の包絡線成分の変化の度合いを閾値と比較してDC−DCコンバータ5のスイッチング周波数を切り替え、そのスイッチング周波数に合わせて、DC−DCコンバータ5の誤差増幅器22の帰還部に接続された位相補償回路を切り替えるので、所望のドレイン電圧を線形電力増幅器3に供給することができるとともに、DC−DCコンバータ5のスイッチング周波数に応じた位相補償が可能となり、RF信号の包絡線成分の急峻な変化に対しても振幅増幅部のDC−DCコンバータ5の出力を追随させることができ、簡易な構成で、DC−DCコンバータ5の出力が安定し、システム全体の効率が向上する。
Thus, in the power amplification system according to the embodiment, the switching frequency of the DC-
なお、RF信号の振幅の変化の度合いdV/dtは、例えば包絡線検波部4の出力を微分回路やDSP(デジタルシグナルプロセッサ)などに入力することによって得ることができる。 Note that the degree of change in amplitude of the RF signal dV / dt can be obtained, for example, by inputting the output of the envelope detector 4 to a differentiating circuit, a DSP (digital signal processor), or the like.
1 カプラ
2 遅延回路部
3 線形電力増幅器
4 包絡線検波部
5 DC−DCコンバータ
6 DC−DCコンバータ制御部
11 直流電源
12 コンバータ部
20 制御回路
21 検出回路
22 誤差増幅器
23 発振器
24 比較器
25 論理回路
C1,C2 コンデンサ
R1〜R4 抵抗
SW1,SW2 スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記RF信号の振幅成分を増幅して前記増幅器に電源電圧を供給するDC−DCコンバータと、
前記RF信号の包絡線成分の変化の度合いを検出する検出手段と、
前記検出した変化の度合いを閾値と比較して前記DC−DCコンバータのスイッチング周波数を切り替えるDC−DCコンバータ制御手段と、
を備え、
前記DC−DCコンバータのスイッチング周波数に合わせて、前記DC−DCコンバータの誤差増幅器の帰還部に接続された位相補償回路を切り替えることを特徴とする電力増幅システム。 An amplifier for amplifying and outputting an input RF signal;
A DC-DC converter that amplifies the amplitude component of the RF signal and supplies a power supply voltage to the amplifier;
Detecting means for detecting the degree of change in the envelope component of the RF signal;
DC-DC converter control means for switching the switching frequency of the DC-DC converter by comparing the detected degree of change with a threshold value;
With
A power amplification system, wherein a phase compensation circuit connected to a feedback unit of an error amplifier of the DC-DC converter is switched in accordance with a switching frequency of the DC-DC converter.
前記DC−DCコンバータのスイッチング周波数に合わせて、前記スイッチを切り替えることを特徴とする請求項1記載の電力増幅システム。 The phase compensation circuit is formed by connecting a plurality of series circuits in which a resistor, a capacitor, and a switch are connected in series.
The power amplification system according to claim 1, wherein the switch is switched in accordance with a switching frequency of the DC-DC converter.
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