JP2008206062A - 電源装置、信号出力装置、および電源供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波信号を出力する出力器に電源を供給する場合であっても損失を適切に抑えることができる電源装置、損失が適切に抑えられた信号出力装置、および損失を適切に抑えることができる電源供給方法を提供する。
【解決手段】電源電圧を供給されて出力信号を出力する出力器にその電源電圧を供給する電源供給部と、上記電源供給部を制御して、上記電源電圧を、上記出力器の出力信号のエンベロープに追随させる電圧制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、出力器に電源電圧を供給する電源装置、信号を出力する信号出力装置、および電源電圧を供給する電源供給方法に関する。

従来、増幅器や信号発生器に電源電圧を供給する電源装置が知られており、その電源装置から電源電圧を供給される増幅器や信号発生器は、電源装置に対する負荷となっているという意味で負荷装置と称されている。また、信号を出力するという意味で出力器の一種でもある。

負荷装置における損失は、負荷装置に供給される電源電圧と負荷装置から出力される信号電圧との差に比例するため、電源電圧を信号電圧に応じた電圧に制御することで損失を抑える技術が提案されている。例えば下記の特許文献１には、リンガー信号を送出するリンガー信号送出装置が示されており、このリンガー信号送出装置内に組み込まれた電源装置は、リンガー信号を増幅する増幅回路に供給する電源電圧をリンガー信号の振幅に同期させて曲線状に変化させることで増幅回路の損失を抑えている。
特開２００１−６９２４１号公報

しかし、例えば通信装置などでは負荷装置が出力する信号の周波数が高いため、従来提案されている技術を内部電源にそのまま適用しても、電源電圧を信号に同期させることが困難であると予想され、適切な損失抑制が図られないと考えられる。

本発明は上記事情に鑑み、高周波信号を出力する出力器に電源を供給する場合であっても損失を適切に抑えることができる電源装置、損失が適切に抑えられた信号出力装置、および損失を適切に抑えることができる電源供給方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の電源装置は、
電源電圧を供給されて出力信号を出力する出力器にその電源電圧を供給する電源供給部と、
上記電源供給部を制御して、上記電源電圧を、上記出力器の出力信号のエンベロープに追随させる電圧制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明の電源装置によれば、電源電圧は出力器の出力信号のエンベロープに追随するので、そのように追随した分だけ、電源電圧と出力信号との電圧差が低減されて損失が抑えられる。また、通信装置などでは、出力信号が高周波信号であっても出力信号のエンベロープの周波数は十分に低く、電源電圧の追随が可能であるため適切な損失抑制が実現する。

本発明の電源装置は、
「 上記出力器が、入力信号を受けて、その入力信号の信号強度に応じた強度の出力信号を出力するものであり、
上記電圧制御部が、上記出力器が受ける入力信号に基づいて上記電源電圧を制御することにより、結果として、出力信号のエンベロープに上記電源電圧を追随させるものである」
という形態が好ましい。

例えば増幅器などのように、入力信号の信号強度に応じた強度の出力信号を出力する出力器の場合には、入力信号から出力信号を予測することができるため、入力信号に基づいて出力信号のエンベロープを求めることができる。そして、入力信号に基づいて求められたエンベロープに電源電圧を追随させることで、出力信号のエンベロープに直接に追随させるよりも時間的な余裕が生じて追随性が向上し、損失抑制も向上する。

また、本発明の電源装置は、
「 上記電源供給部が、
一定電圧を発生する定電圧発生部と、
パルス信号の入力を受け、上記定電圧発生部で発生された一定電圧をそのパルス信号のオンオフに応じて断続させることで一定電圧を上記電源電圧に変換する断続部とを備えたものであり、
上記電圧制御部が、上記出力信号のエンベロープに応じたオンオフ比率のパルス信号を生成して上記電源供給部の断続部に入力するものである」
という形態が好ましい。

この好ましい形態の電源装置によれば、電源電圧がいわゆるＰＷＭ制御やＰＦＭ制御などで制御されるので安定した高精度の電圧制御が実現し、その結果、エンベロープに対する電源電圧の追随がより適切となって損失抑制が向上する。

上記目的を達成する本発明の信号出力装置は、
電源電圧を供給されて出力信号を出力する信号出力部と、
上記信号出力部に電源電圧を供給する電源供給部と、
上記電源供給部を制御して、上記電源電圧を、上記信号出力部の出力信号のエンベロープに追随させる電圧制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明の信号出力装置によれば、電源電圧が信号出力部の出力信号のエンベロープに追随するため、電源電圧と出力信号との電圧差が低減されて上述したように損失が抑えられる。

なお、本発明にいう信号出力装置については、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいう信号出力装置には、上記の基本形態のみではなく、前述した電源装置の各形態に対応する各種の形態が含まれる。

上記目的を達成する本発明の電源供給方法は、
電源電圧を供給されて出力信号を出力する出力器のエンベロープを直接あるいは間接に入手するエンベロープ入手過程と、
上記エンベロープ入手過程で入手したエンベロープに追随した電源電圧を上記出力器に供給する電源供給過程とを有することを特徴とする。

本発明の電源供給方法によれば、電源電圧が出力器の出力信号のエンベロープに追随するため、電源電圧と出力信号との電圧差が低減されて上述したように損失が抑えられる。

以上説明したように、本発明によれば損失が適切に抑えられる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の信号出力装置の一実施形態に相当する通信装置を示す図である。

この図には、携帯電話の基地局として用いられる通信装置１００の概略が示されており、この通信装置１００には、送信内容を表したデジタルの送信データが入力されてその送信内容を表したアナログの送信信号を生成する送信信号生成器１０と、その送信信号を増幅して通信信号を出力する増幅器２０と、その通信信号が入力されて電波を発するアンテナ３０と、定電圧電源５０と、定電圧電源５０の電圧をいわゆるＰＷＭによって変換して増幅器２０に供給する電圧変換器４０と、ローパスフィルタ６０と、ＡＤ変換器７０と、パルス生成回路８０とを備えている。

ここで、増幅器２０は、本発明にいう出力器の一例に相当するとともに本発明にいう信号出力部の一例にも相当する。また、定電圧電源５０は、本発明にいう定電圧発生部の一例に相当し、電圧変換器４０は、本発明にいう断続部の一例に相当し、これら定電圧電源５０と電圧変換器４０とによって、本発明にいう電源供給部の一例が構成されている。また、ローパスフィルタ６０と、ＡＤ変換器７０と、パルス生成回路８０とによって、本発明にいう電圧制御部の一例が構成されている。さらに、定電圧電源５０と電圧変換器４０とローパスフィルタ６０とＡＤ変換器７０とパルス生成回路８０とによって、本発明の電源装置の一実施形態が構成されている。

なお、この図１に示す増幅器２０および電圧変換器４０の回路構成は、増幅器２０および電圧変換器４０の実際の構成を表したものではなく、説明の便宜のために、極めて単純化された概念的な等価回路の構成を表したものである。

従来の通信装置では、増幅器２０には定格の電圧が供給されるが、増幅器２０へ供給される供給電圧と増幅器２０から出力される通信信号の電圧との差は、増幅器２０における損失となる。そこで、本実施形態の通信装置１００では、省電力化のために、増幅器２０への供給電圧を増幅器２０から出力される通信信号に追随させて通信信号の電圧よりもやや大きい供給電圧にする仕組みが組み込まれている。ただし、この通信装置１００では、増幅器２０の出力に供給電圧が追随するための時間的な余裕を得るために、増幅器２０の出力そのものではなく、増幅器２０に入力される送信信号を用いて供給電圧を出力に追随させている。また、本実施形態では、送信信号および通信信号の基本周波数は約２ＧＨｚであり、送信内容に応じて約２０ＭＨｚでエンベロープが変動するが、供給電圧を２ＧＨｚで調整することは困難であるため、供給電圧を通信信号のエンベロープに追随させる仕組みとなっている。この仕組みを以下説明する。

送信信号生成器１０によって生成される送信信号は、増幅器２０に入力される一方でローパスフィルタ６０にも入力される。このローパスフィルタ６０には数１０ＭＨｚのフィルタが用いられており、このローパスフィルタ６０によって送信信号のエンベロープが抽出される。抽出されたエンベロープは２ＧＨｚのＡＤ変換器７０によってサンプリングされてパルス生成回路８０へと送られる。このパルス生成回路８０は、いわゆるＰＷＭ制御で電源電圧を制御するためのパルス信号を生成して電圧変換器４０に入力する回路であり、２ＧＨｚの基本パルスのオンオフ制御によって一定周波数のパルス信号を生成している。即ち、所定数の基本パルスの並びを１セットとし、そのセットの前側をオン、後ろ側をオフとし、オンとオフとの境界位置を、ＡＤ変換器７０によってサンプリングされたエンベロープに応じた位置に調整することでパルス信号のパルス幅を調整する。パルス信号の周波数は一定であるので、このようにパルス幅が調整されると、パルス信号のオンオフの比率であるデューティー比が調整されることとなる。ところで、増幅器２０の増幅特性は既知であるから、増幅器２０へ入力される送信信号のエンベロープの大きさが解れば増幅器２０から出力される通信信号のエンベロープの大きさも解る。また、通信信号のエンベロープに対して電源電圧がやや大きい程度となるようにパルス信号のデューティー比を予め決めておくこともできる。パルス生成回路８０では、このような既知の関係に基づいて、ＡＤ変換器７０から得られるエンベロープの大きさに対するパルス幅が予め対応表に組んであり、その対応表が用いられることで送信信号のエンベロープからパルス信号のパルス幅が高速に求められ、そのパルス幅のパルス信号が生成される。このように生成されたパルス信号は、電圧変換器４０に入力される。

電圧変換器４０では、２つの半導体スイッチ４１，４２がパルス信号に従って互いに背反したスイッチング動作を行う。一方、電圧変換器４０には定電圧電源５０が接続されており、この定電圧電源５０は出力電圧の安定化が図られた電源である。そして、この定電圧電源５０から安定した電圧が電圧変換器４０に供給され、その安定した電圧は、半導体スイッチ４１，４２のスイッチング動作によって、パルス信号のデューティー比に応じた電圧に変換されて電圧変換器４０から出力されることとなる。一般的には、このようなスイッチング動作を行う回路では、出力の安定化を図るために出力のフィードバックが行われるが、本実施形態においては、電圧変換器４０に供給される電圧が定電圧電源５０からの安定した電圧であるためフィードバックは省略されており、この結果、電圧変換器４０からの出力は、増幅器２０から出力される通信信号のエンベロープに対して高速に追随することができる。

このように通信信号のエンベロープに追随して変動する電圧が電源電圧として増幅器２０に供給され、増幅器２０では、そのように変動する電源電圧によって送信信号が増幅されて通信信号が出力される。

図２は、通信信号と電源電圧のグラフである。

このグラフの横軸は時間を表し、縦軸は電圧を表している。

このグラフには、通信信号２０１が示されており、この通信信号２０１における細かい振動が２ＧＨｚの基本周波数に相当する。そして、この通信信号２０１の細かい振動の各頂点を結んだものが通信信号２０１のエンベロープであり、上述したように約２０ＭＨｚで大きく変動している。

このグラフには、通信信号２０１の上方に電源電圧２０２も示されており、この電源電圧２０２が通信信号２０１のエンベロープに追随していて、エンベロープの電圧よりもやや大きい電圧となっていることがわかる。この電源電圧２０２は、図１に示す増幅器２０が動作するために必要な最低限の余裕だけを残してできるだけ電圧を下げたものとなっており、このような電源電圧２０２が増幅器２０に供給されることにより、増幅器２０における損失および通信装置１００における損失が大幅に抑制されることとなる。

なお、上記説明では、本発明にいう電圧制御部の一例としてＰＷＭ制御で電圧を制御するものが示されているが、本発明にいう電圧制御部は、ＰＦＭ制御で電圧を制御するものであってもよく、あるいはパルス信号を用いない制御方式で電圧を制御するものであってもよい。

また、上記説明では、本発明にいう電圧制御部の一例として、増幅器への入力信号に基づいて電源電圧を制御し、その結果、電源電圧を出力信号に追随させるものが示されているが、本発明にいう電圧制御部は、出力器の出力信号そのものを直接用いて電源電圧を出力信号に追随させるであってもよい。

また、上記説明では、本発明の電源装置の一実施形態として、通信装置に組み込まれて増幅器に電源電圧を供給する電源装置が示されているが、本発明の電源装置は、通信装置や増幅器以外の装置や回路に電源電圧を供給するものであってもよい。

本発明の信号出力装置の一実施形態に相当する通信装置を示す図である。 通信信号と電源電圧のグラフである。

符号の説明

１００ 通信装置
１０ 送信信号生成器
２０ 増幅器
３０ アンテナ
４０ 電圧変換器
４１，４２ 半導体スイッチ
５０ 定電圧電源
６０ ローパスフィルタ
７０ ＡＤ変換器
８０ パルス生成回路

Claims (5)

1. 電源電圧を供給されて出力信号を出力する出力器に該電源電圧を供給する電源供給部と、
   前記電源供給部を制御して、前記電源電圧を、前記出力器の出力信号のエンベロープに追随させる電圧制御部とを備えたことを特徴とする電源装置。
2. 前記出力器が、入力信号を受けて、該入力信号の信号強度に応じた強度の出力信号を出力するものであり、
   前記電圧制御部が、前記出力器が受ける入力信号に基づいて前記電源電圧を制御することにより、結果として、出力信号のエンベロープに該電源電圧を追随させるものであることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記電源供給部が、
   一定電圧を発生する定電圧発生部と、
   パルス信号の入力を受け、前記定電圧発生部で発生された一定電圧を該パルス信号のオンオフに応じて断続させることで該一定電圧を前記電源電圧に変換する断続部とを備えたものであり、
   前記電圧制御部が、前記出力信号のエンベロープに応じたオンオフ比率のパルス信号を生成して前記電源供給部の断続部に入力するものであることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
4. 電源電圧を供給されて出力信号を出力する信号出力部と、
   前記信号出力部に電源電圧を供給する電源供給部と、
   前記電源供給部を制御して、前記電源電圧を、前記信号出力部の出力信号のエンベロープに追随させる電圧制御部とを備えたことを特徴とする信号出力装置。
5. 電源電圧を供給されて出力信号を出力する出力器のエンベロープを直接あるいは間接に入手するエンベロープ入手過程と、
   前記エンベロープ入手過程で入手したエンベロープに追随した電源電圧を前記出力器に供給する電源供給過程とを有することを特徴とする電源供給方法。

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