JP2009543499A - 負荷ラインの適応 - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、請求項1に記載のパワーアンプ出力に接続された負荷ラインの予め定められた負荷ラインインピーダンスに負荷インピーダンスを適応整合させるための回路に関し、請求項15に記載のパワーアンプ出力における予め定められた負荷ラインインピーダンスに負荷インピーダンスを適応整合させる方法に関する。
一般に、パワーアンプ(PA:power amplifier)は、中間出力電力では出力効率が低くなってしまう。というのも、それらの負荷ラインが、典型的には、最大出力電力に最適化されているからである。負荷ライン切換えおよび負荷ライン適応についての概念は公知である。たとえば、PINダイオード切換えキャパシタは、GSM(Global System for Mobile communications:グローバル・システム・フォー・モバイル・コミュニケーションズ)システムにおいて用いられるトランスミッタのBGY270パワーアンプにおいて実現されている。
クが必要となる。
したがって、出力電力レベルに応じて、広いインピーダンス範囲にわたって負荷インピーダンスを適応させるために適応負荷ライン整合ネットワークを提供することが一目的となる。こうして、パワーアンプを中間の出力電力レベルで動作させる際にエネルギを節約し得る。
− 負荷インピーダンスに接続され、負荷インピーダンスを整合インピーダンスに変換するための可変インピーダンス整合ネットワークと、
− 可変インピーダンス整合ネットワークに接続され、整合インピーダンスを予め定められた負荷ラインインピーダンスに変換するための固定インピーダンス反転ネットワークとを含み、
− 可変インピーダンス整合ネットワークは少なくとも1つの可変回路素子を含み、その可変回路素子のインピーダンスは、可変インピーダンス整合ネットワークによる整合が適用された制御設定によって制御可能となるように、制御設定入力によって制御可能である。
− 負荷インピーダンスを整合インピーダンスに変換するために可変インピーダンス整合ネットワークを調整するステップと、
− 固定インピーダンス反転ネットワークにより整合インピーダンスを予め定められた負荷ラインインピーダンスに反転させるステップとを含み、
− 当該調整するステップは、可変インピーダンス整合ネットワークのうち少なくとも1つの可変回路素子のインピーダンスを設定するステップを含む。
、切換え可能な並列または直列接続されたインダクタのアレイを含み得る。可変インダクタおよび可変または固定キャパシタの直列回路により、比較的高い固定インダクタンス値を必要とすることなく、可変インダクタを有効に実現することができる。切換えインダクタ(またはコイル)および可変キャパシタを備えた可変インピーダンス切換ネットワークにおいて可変直列素子を実現することにより、高いQ係数で可変インダクタを実現することができる。これにより、調整範囲と関連する挿入損失とのトレードオフを改善させることができる。さらに、このような切換え可能なインダクタは、可変キャパシタと同様に、MEMS技術で制御可能にされ得る。対応する「インダクタ」レジスタに格納されたデジタルコードに対応するそれぞれの適用された制御設定を用いることができ、その「インダクタ」レジスタの出力は、実現された切換えインダクタに接続されており、このため、可変インダクタが、インダクタレジスタに格納されたデジタルコードによって制御可能となる。
するパラメータデータから実際の負荷インピーダンスを計算し、計算された実際の負荷インピーダンスおよび実際の出力電力レベルから、可変インピーダンスネットワークについての所要の新しい設定を計算して、パワーアンプから負荷インピーダンスまでの最適な電力伝送を実現するよう構成されるはずである。
変回路素子のインピーダンスを設定することが可能となる。
図1は、この明細書中で提案される適応負荷ライン整合ネットワークの一般概念を示す。第1に、可変整合ネットワーク100は、負荷インピーダンスRloadを整合インピーダンスRmに変換するが、ここで、整合は、整合インピーダンスRmが基準値Rrefに等しくなるように構成され得る。次いで、Z0の特性インピーダンスを有する固定インピーダンス反転ネットワーク200は、整合インピーダンスRmを負荷ラインインピーダンスRllに変換し、これは、Usupplyに接続されたトランジスタによって符号化されるパワーアンプ300の出力に接続されている。
(a)1ステップアルゴリズム、および
(b)反復アルゴリズム、である。
に、機能性が拡張される。さらに、図2に加えて、2つのネットワーク102と201との間の位置にある整合インピーダンスRmを測定するために不整合またはインピーダンスのそれぞれの検波器130が設けられている。この実施例においては、インダクタLseries直列ブランチ102aはインピーダンス検波器130の検知素子として用いられる。インピーダンス検波器130の出力RdetおよびXdetは、制御回路、たとえばコントローラ400に送られて、レジスタ120にダウンロードされるべき新しい適用可能な値SETを決定する。図2の場合、インピーダンス検波器130は設けられておらず、このため、キャパシタCparおよびCseriesの最適な設定は、Zloadの公称負荷インピーダンス、たとえば50Ωをとる。
s preserving linearity under severe mismatch conditions)」(無線通信のためのパワーアンプについてのIEEEワークショップ(IEEE Topical Workshop on Power Amplifers
for wireless communications)、2004年9月)、または、A. van Bezooijen、R. Mahmoudi、A.H.M. van Roermundによる「アンテナ不整合条件下でパワーアンプの線形を保持するための適応方法(Adaptive methods to preserve power amplifier linearity under antenna mismatch conditions)」(回路およびシステムについてのIEEEトランザクション(IEEE Transactions on circuits and systems)第1部、第52巻、第10号、2101〜2108頁、2005年10月)に記載されるとおりである。これにより、負荷ラインの十分な適応制御を実現することができる。
。
これは、
こうして、調整可能な直列リアクタンスXLは、1/2Rloadに等しいRmについての1/2Rloadの最大値を有する。負荷がかけられた品質係数Qが低いために、この最大値の幅がかなり広くなる。したがって、50Ωの負荷は、直列インダクタを調整しなくても、かなり正確に約40Ω〜10Ωから整合され得る。インピーダンス調整範囲が40Ω〜2Ωの範囲に拡張されなければならない場合、インダクタの最大値−最小値の比率は2.5でなければならない。
この条件の場合、Rmの関数として並列キャパシタおよび直列キャパシタの値CparおよびCseriesについての代表図が図6bに示され、ここでは、並列キャパシタ値は、当該図の左軸に対して菱形で表わされており、直列キャパシタ値は、整合インピーダンスRmの関数として図の右軸に対して正方形で表わされている。Rloadは50Ω、Lseriesは8.8nH、fは900MHzとされる。
32Ωで負荷がかけられる際の2Ωのソースインピーダンスへの適切な整合を示す。
ピーダンスとは無関係に、予め定められた高調波周波数での十分に規定された負荷インピーダンスが可能となる。
Claims (21)
- パワーアンプ出力に接続された負荷ラインの予め定められた負荷ラインインピーダンスに負荷インピーダンスを適応整合させるための回路であって、適応回路は、
負荷インピーダンス(Rload;Zload)に接続され、前記負荷インピーダンス(Rload;Zload)を整合インピーダンス(Rm,Zm)に変換するための可変インピーダンス整合ネットワーク(100;101;102;103)と、
可変インピーダンス整合ネットワーク(100;101;102;103)に接続され、整合インピーダンス(Rm,Zm)を予め定められた負荷ラインインピーダンス(Rll,Zll)に変換するための固定インピーダンス反転ネットワーク(200;201)とを含み、前記可変インピーダンス整合ネットワーク(100;101;102;103)は、少なくとも1つの可変回路素子(101a,101b;102a,102b;Cpar,Cseries)を含み、その可変回路素子(101a,101b;102a,102b);Cpar,Cseries)のインピーダンスは、可変インピーダンス整合ネットワーク(100;101;102;103)による整合が、適用される制御設定(SET)によって制御可能となるように、制御設定(SET)入力によって制御可能である、回路。 - 可変インピーダンス整合ネットワーク(100;101;102;103)は、少なくとも2つの可変回路素子(101a,101b;102a,102b;Cpar,Cseries)を含み、その第1の回路素子(101a;102a;Cseries)は、負荷インピーダンス(Rload;Zload)に直列に接続され、第2の回路素子(101b;102b;Cpar)は、負荷インピーダンス(Rload;Zload)に並列に接続される、請求項1に記載の回路。
- 第1および第2の可変回路素子は可変キャパシタ(Cpar,Cseries)を含み、可変キャパシタ(Cpar,Cseries)は、バイナリで重み付けされた切換え可能な並列接続されたキャパシタ(C、2C、4C、8C、16C)のアレイを含み、適用された制御設定(SET)は、それぞれのレジスタ(120;122,124)に格納されたデジタルコードに対応し、各々のレジスタ(120;122,124)の出力は、可変キャパシタ(C、2C、4C、8C、16C)の各々がそれぞれのレジスタ(120;122,124)に格納されたそれぞれのデジタルコードによって制御可能となるように、それぞれの切換えられた並列キャパシタ(C、2C、4C、8C、16C)に接続されている、請求項2に記載の回路。
- 第1の可変回路素子は可変インダクタをさらに含み、前記可変インダクタは、切換え可能な並列接続されたインダクタのアレイを含み、適用された制御設計は、インダクタレジスタに格納されたデジタルコードに対応し、そのインダクタレジスタの出力は、可変インダクタがインダクタレジスタに格納されたデジタルコードによって制御可能となるように、切換えられた並列インダクタに接続される、請求項3に記載の回路。
- 可変インピーダンス整合ネットワーク(101)は制御回路によってフィードフォワード制御され、前記制御回路は、可変インピーダンス整合ネットワークの格納された較正データを有するルックアップテーブルを含み、前記較正データは、パワーアンプのいくつかの異なる出力電力レベルにマップされている、請求項1に記載の回路。
- 前記回路はさらに、整合インピーダンスの特性を検出する少なくとも1つの検波器(130;131,132)を含み、可変インピーダンス整合ネットワーク(102;103)は、制御回路(400;LOOP1,LOOP2)によって適応制御され、前記制御回路は、実際の電力レベルに従って、整合インピーダンスの検出された特性に応じて、可変インピーダンス整合ネットワークの設定を調整するよう構成される、請求項1に記載の回
路。 - 制御回路(400)は、各々の適用された設定について可変インピーダンス整合ネットワーク(102)を記述するパラメータデータが格納されたルックアップテーブルを含み、制御回路(400)は、整合インピーダンスの検出された特性および実際の設定(SET)の対応するパラメータデータから、実際の負荷インピーダンスを計算し、計算された実際の負荷インピーダンスおよび実際の出力電力レベルから、可変インピーダンスネットワーク(102)についての新しい設定(SET)を計算するよう構成される、請求項6に記載の回路。
- 可変インピーダンス整合ネットワークの挙動を記述するパラメータデータは、Sパラメータデータ、Hパラメータデータ、ZパラメータデータおよびYパラメータデータのうちの少なくとも1つを含む、請求項7に記載の回路。
- 制御回路(400)は、予め定められたときに、または予め定められたイベント時に、可変インピーダンス整合ネットワークの設定を更新するよう構成される、請求項6に記載の回路。
- 適応制御についての制御回路(LOOP1、LOOP2)は、最適な整合が達成されるまで、予め定められた方向に、可変インピーダンス整合ネットワーク(103)の検出された整合インピーダンスに応じて段階的に調整するよう構成される、請求項6に記載の回路。
- 固定インピーダンス反転ネットワーク(201)は、予め定められた周波数を除去するための伝送零点を含む、請求項1に記載の回路。
- 固定インピーダンス反転ネットワーク(201)は、基準周波数での負荷インピーダンスとは無関係に、予め定められた第2の高調波周波数で、十分に規定された負荷インピーダンスをもたらす、請求項1に記載の回路。
- 前記回路は、広帯域符号分割多元接続システム、または、世界的展開用の高速データレートを提供する規格に従ったグローバル通信システムのうちの1つにおいて使用される装置のトランスミッタユニットにおいて実現される、請求項1に記載の回路。
- パワーアンプ出力における予め定められた負荷ラインインピーダンスに負荷インピーダンスを適応整合させる方法であって、
前記負荷インピーダンスを整合インピーダンスに変換するために可変インピーダンス整合ネットワークを調整するステップと、
固定インピーダンス反転ネットワークにより、前記整合インピーダンスを予め定められた負荷ラインインピーダンスに反転させるステップとを含み、前記調整するステップは、可変インピーダンス整合ネットワークのうち少なくとも1つの可変回路素子のインピーダンスを設定するステップを含む、方法。 - 前記少なくとも1つの可変回路素子についての所要の設定をルックアップテーブルから得るステップをさらに含み、前記ルックアップテーブルは、可変インピーダンス整合ネットワークの格納された較正データを含み、前記較正データは、パワーアンプ出力のさまざまな出力電力レベルにマップされ、さらに、
得られた設定を前記少なくとも1つの可変回路素子に適用することにより、前記少なくとも1つの可変回路素子のインピーダンスを設定するステップを含む、請求項15に記載の方法。 - 整合インピーダンスの少なくとも1つの特性を検出するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 実際の出力電力レベルに従って、整合インピーダンスのうち検出された少なくとも1つの特性に応じて、少なくとも1つの可変回路素子のインピーダンスを設定するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 整合インピーダンスの検出された特性および実際の設定の対応するパラメータデータに従って、各々の適用された設定について可変インピーダンス整合ネットワークを記述するパラメータデータが格納されたルックアップテーブルから、実際の負荷インピーダンスを得るステップと、
前記得られた実際の負荷インピーダンスおよび前記実際の出力電力レベルから、可変インピーダンスネットワークについての新しい設定を計算するステップと、
前記新しい設定を適用することにより、少なくとも1つの可変回路素子のインピーダンスの設定を調整するステップとをさらに含む、請求項17に記載の方法。 - 予め定められたときに、または、予め定められたイベント時に、少なくとも1つの可変回路素子の設定を更新するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 最適な整合が達成されるまで、整合インピーダンスのうち検出された少なくとも1つの特性に応じて、少なくとも1つの可変回路素子の設定を予め定められた方向に段階的に調整するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
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