JP2011041002A - High frequency amplifier and efficiency increasing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高効率で直線性の良い高周波増幅器および高効率化方法に関する。 The present invention relates to a high-efficiency and high-linearity high-frequency amplifier and a high-efficiency method.
大量の情報を伝達する通信、放送等に利用されるCDMA、OFDMの変調方式は変調信号のピーク電力と平均電力の比が大きく、直線性を確保するため出力増幅器は飽和電力からバックオフをとる必要がある。しかし、バックオフをとると、A級、AB級動作では一般に増幅器の効率が低下するので、バックオフをとった動作点でも増幅器の効率低下を防ぐ増幅方法が求められている。 CDMA and OFDM modulation schemes used for communication, broadcasting, etc. that transmit a large amount of information have a large ratio between the peak power and the average power of the modulation signal, and the output amplifier takes a back-off from saturation power to ensure linearity. There is a need. However, if the back-off is performed, the efficiency of the amplifier generally decreases in class A and class AB operations. Therefore, there is a demand for an amplification method that prevents a decrease in the efficiency of the amplifier even at the operating point where the back-off is performed.
その1つの方法として入力信号にシグマデルタ (以下、ΣΔと記す。)変調をかけて後続のPA(電力増幅器)を1ビット動作させる方法がある(例えば、非特許文献1。)。本方法を用いれば、従来使用していた、送信周波数変換部等のユニットが不要となり、送信機の回路構成が簡素化される。 As one of the methods, there is a method in which a sigma delta (hereinafter referred to as ΣΔ) modulation is applied to an input signal and a subsequent PA (power amplifier) is operated by 1 bit (for example, Non-Patent Document 1). If this method is used, a conventionally used unit such as a transmission frequency converter is not required, and the circuit configuration of the transmitter is simplified.
デジタルΣΔ変調方式に、バンドパスΣΔ方式があり、RF(無線電波)周波数の4倍ものサンプリング周波数でPAをスイッチングしなくてはならず、携帯電話等、数100MHz〜数GHzのRF信号に対して適応すると、PAのスイッチング゛損失が増大し、PAの効率が低下するという問題があった。 There is a bandpass ΣΔ method in the digital ΣΔ modulation method, and the PA must be switched at a sampling frequency four times the RF (radio radio wave) frequency. For RF signals of several hundreds of MHz to several GHz, such as cellular phones If this is applied, there is a problem that the switching loss of the PA increases and the efficiency of the PA decreases.
図5は、従来のΣΔ方式を用いた高周波増幅器の動作を説明する機能ブロック図である。
図5において、従来のΣΔ方式を用いた高周波増幅器は、無線送信する信号のベースバンドのデジタル信号を出力するデジタル処理部8、その出力されるベースバンド信号をΣΔ変調、即ち、1ビットのパルス列の変調信号に変換して出力するΣΔ変調器1、その変調信号をスイッチング増幅し信号電波として出力するパワーアンプ電力増幅器(以下、SWPAと記す。)2と、スイッチング増幅された信号電波から不要な雑音を抑圧し、図示されないアンテナから送信する為の所要の帯域の出力に整えるBPF3とを備える。
FIG. 5 is a functional block diagram for explaining the operation of a conventional high frequency amplifier using the ΣΔ method.
In FIG. 5, a conventional high-frequency amplifier using the ΣΔ method includes a digital processing unit 8 that outputs a baseband digital signal of a signal to be transmitted wirelessly, and the output baseband signal is ΣΔ modulated, that is, a 1-bit pulse train.
SWPA2が電圧制御型の電力増幅器(PA)の場合、その出力電圧のデューティ比が50%時に最大出力となる。SWPA2には高周波用のスイッチングアンプを使用するが、スイッチングをする毎にCout×Vd×1/2の損失が発生する。ここでCoutはSWPA2の出力容量、VdはSWPA2のドレイン電圧である。 When the SWPA2 is a voltage-controlled power amplifier (PA), the maximum output is obtained when the duty ratio of the output voltage is 50%. A high-frequency switching amplifier is used for SWPA2, but a loss of Cout × Vd × 1/2 occurs each time switching is performed. Here, Cout is the output capacity of SWPA2, and Vd is the drain voltage of SWPA2.
非特許文献1の2517ページ表IIIに示されているように、電圧制御スイッチモードのD級アンプにΣΔ変調された正弦波を入力した場合にはそのアンプの効率は34%であるのに対し、ピーク出力と平均出力の比(PAR:peak to Average Power Ratio)が7.1dBのWCDMA信号では、同じく効率が7.1%であり、PARが10dBの場合は3.4%に劣化する。
As shown in Table III on page 2517 of
この様に従来のΣΔ変調方式を用いた高周波増幅器は、PARが高い信号に対しては効率が悪い問題があった。 As described above, the conventional high-frequency amplifier using the ΣΔ modulation method has a problem that the efficiency is poor for a signal with a high PAR.
従来のΣΔ変調方式を用いた高周波増幅器は、ピークと平均とのレベル比(PAR)が高い信号を増幅すると、効率が低い問題があった。 Conventional high-frequency amplifiers using the ΣΔ modulation method have a problem of low efficiency when a signal having a high peak-to-average level ratio (PAR) is amplified.
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、広帯域でPARが高い信号を高効率で増幅する高周波増幅器、および高効率化方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-frequency amplifier that amplifies a wideband and high PAR signal with high efficiency, and a high-efficiency method.
上記目的を達成するために、本発明の高周波増幅器は、無線送信されるデジタル信号をΣΔ変調して、スイッチングパワーアンプで電力増幅し、更にバンドパスフィルタを通して出力する高周波増幅器において、前記デジタル信号が入力され、それをΣΔ変調したパルス信号にして前記スイッチングパワーアンプへ出力するΣΔ変調器と、電圧v1を出力する第1の電源と、前記v1よりも低いv2の電圧を出力する第2の電源と、前記ΣΔ変調器へ入力されるデジタル信号の信号レベルを監視し、その信号レベルが所定のレベル以下の場合、前記ΣΔ変調器に対して入力する信号レベルに対応してパルス幅が変化するΣΔ変調されたパルス信号を前記スイッチングパワーアンプに出力するとともに、前記スイッチングパワーアンプに前記第2の電源から前記v2の電圧の電源を供給して一定の振幅の送信信号を出力する制御と、前記所定のレベルを超過する場合には、前記ΣΔ変調器に前記所定のレベル入力時と同じパルス幅のパルス信号を前記出力すると共に、前記スイッチングパワーアンプに前記v1の電源電圧を供給し、前記一定の振幅に前記超過するレベルに対応する振幅を加える振幅変調を施した送信信号にして前記バンドパスフィルタへ出力をする制御を行う監視制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a high-frequency amplifier according to the present invention is a high-frequency amplifier that modulates a wirelessly transmitted digital signal by ΣΔ modulation, amplifies power with a switching power amplifier, and outputs the signal through a bandpass filter. A ΣΔ modulator that is input and converted to a ΣΔ-modulated pulse signal and outputs the pulse signal to the switching power amplifier, a first power source that outputs a voltage v1, and a second power source that outputs a voltage v2 lower than v1 When the signal level of the digital signal input to the ΣΔ modulator is monitored and the signal level is equal to or lower than a predetermined level, the pulse width changes corresponding to the signal level input to the ΣΔ modulator. The ΣΔ modulated pulse signal is output to the switching power amplifier, and the second power source is connected to the switching power amplifier. The control for supplying the power of the voltage v2 to output a transmission signal having a constant amplitude, and when the predetermined level is exceeded, the ΣΔ modulator has the same pulse width as that when the predetermined level is input. The band-pass filter is configured to output a pulse signal, supply the power supply voltage v1 to the switching power amplifier, and perform an amplitude modulation to add an amplitude corresponding to the excess level to the constant amplitude. And a monitoring control means for performing a control to output the output.
また、本発明の高周波増幅器の高効率化方法は、スイッチングパワーアンプと、ΣΔ変調器と、電圧v1を出力する第1の電源と、電圧v2を出力する第2の電源と、監視制御手段とを備え、無線送信されるデジタル信号をΣΔ変調して、スイッチングパワーアンプで電力増幅し、更にバンドパスフィルタを通して出力する高周波増幅器の高効率化方法において、前記スイッチングパワーアンプへ電源を出力する前記第1の電源が出力する前記電圧v1は、前記第2の電源が出力する前記電圧v2をよりも高く設定され、前記監視制御手段は、前記ΣΔ変調器へ入力される前記デジタル信号の信号レベルを監視し、それが所定のレベル以下の場合には、前記ΣΔ変調器に対して入力される信号レベルに対応してパルス幅が変化するΣΔ変調されたパルス信号を前記スイッチングパワーアンプに出力するとともに、前記スイッチングパワーアンプに前記第2の電源から前記v2の電圧の電源を供給して一定の振幅の送信信号を出力する制御を行い、前記所定のレベルを超過する場合には、前記ΣΔ変調器に対して前記所定のレベル入力時と同じパルス幅のパルス信号を前記出力すると共に、前記スイッチングパワーアンプに前記v1の電源電圧を供給し、前記一定の振幅に前記超過するレベルに対応する振幅を加える振幅変調を施した送信信号にして前記バンドパスフィルタへ出力をする制御を行うことを特徴とする。 In addition, the high-frequency amplifier high-efficiency method of the present invention includes a switching power amplifier, a ΣΔ modulator, a first power source that outputs a voltage v1, a second power source that outputs a voltage v2, and a monitoring control unit. In the method for improving the efficiency of a high-frequency amplifier that ΣΔ modulates a digital signal to be transmitted wirelessly, amplifies the power with a switching power amplifier, and outputs the amplified signal through a band-pass filter, the power is output to the switching power amplifier. The voltage v1 output from the first power supply is set to be higher than the voltage v2 output from the second power supply, and the monitoring control means sets the signal level of the digital signal input to the ΣΔ modulator. And when it is below a predetermined level, a ΣΔ modulated pulse whose pulse width changes in accordance with the signal level input to the ΣΔ modulator. A signal having a predetermined amplitude is supplied to the switching power amplifier from the second power source to output a transmission signal having a predetermined amplitude, and the predetermined level is set. Is exceeded, the pulse signal having the same pulse width as that when the predetermined level is input is output to the ΣΔ modulator, and the power supply voltage of v1 is supplied to the switching power amplifier. Control is performed to output to the band-pass filter as a transmission signal subjected to amplitude modulation that adds amplitude corresponding to the excess level to the amplitude.
本発明によれば、広帯域でピークと平均の差が高い信号を高効率で増幅する高周波増幅器、および高効率化方法を提供することが出来る。 According to the present invention, it is possible to provide a high-frequency amplifier and a high-efficiency method for amplifying a signal having a high peak and average difference in a wide band with high efficiency.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例に係わる高周波増幅器の動作を説明する機能ブロック図である。
図1において、本発明の実施例の高周波増幅器は、図5と同様な事項については説明を省略するが、図5に示される従来のΣΔ方式を用いた高周波増幅器の構成に更にD/Aコンバータ4、弁別増幅器5、スイッチトランジスタTr1、チョークコイル6、逆流防止のダイオード7が加えられている。
FIG. 1 is a functional block diagram for explaining the operation of the high-frequency amplifier according to the embodiment of the present invention.
1, the description of the high-frequency amplifier according to the embodiment of the present invention is omitted with respect to the same matters as in FIG. 5, but the D / A converter is further added to the configuration of the conventional high-frequency amplifier using the ΣΔ method shown in FIG. 4, a discrimination amplifier 5, a switch transistor Tr1, a choke coil 6, and a
無線送信するためのデジタル処理部8から出力されたベースバンド信号は、D/Aコンバータ4でアナログ変換後、例えば、包絡線検波されたレベルモニタ信号が弁別増幅器5へ入力される。弁別増幅器5は、レベルモニタ信号に対して予め信号存在確率の高い平均レベルよりも高めに設定された閾値Vthが設定され、この閾値Vthを越えた場合、トランジスタTr1をオンにして、入力電圧に比例した電圧を出力する。 The baseband signal output from the digital processing unit 8 for wireless transmission is converted into an analog signal by the D / A converter 4 and, for example, an envelope detected level monitor signal is input to the discrimination amplifier 5. In the discrimination amplifier 5, a threshold Vth set higher than an average level having a high signal existence probability is set in advance with respect to the level monitor signal, and when this threshold Vth is exceeded, the transistor Tr1 is turned on to obtain the input voltage. Outputs a proportional voltage.
例えば、閾値Vthは、PARが8dBの時、平均出力レベルから約6dB高いレベルに対応する値で、確率は数%程度になる様に設定される。SWPA2は、通常、電圧v2の電源V2がチョークコイル6とダイオード7を経由してドレインに供給される。一方トランジスタTr1のコレクタには電源V2よりも高い電圧v1の電源V1が供給されている。高周波増幅器への入力信号のレベルが閾値Vth以下で有れば、SWPA2へ電源V2が供給され、閾値Vthを越えると電源V1が供給される。電源V1の電圧v1は、平均入力レベルよりも10dB程大きいピーク入力に対しても出力出来る様な電圧に設定されていると良い。
For example, the threshold value Vth is a value corresponding to a level approximately 6 dB higher than the average output level when the PAR is 8 dB, and is set so that the probability is about several percent. In the
さて、ここで、一旦、ΣΔ変調器からの信号を増幅するスイッチングパワーアンプの動作について考察する。
図2は、非特許引用文献のスイッチングアンプ(CVSCD :Complementary-Voltage Switched Class-D アンプ)の動作説明図である。
図2(a)は、CVSCDアンプの模式図(非特許引用文献 Fig6)、図2(b)(非特許引用文献 Fig7(a))は、一定振幅で50%デューティ比の信号を電流ゼロの時にスイッチング(零電流スイッチング)する状態図、図2(c)(非特許引用文献 Fig7(b))は、ΣΔ変調信号が入力され、零電流スイッチングではない場合の状態図を示している。
Now, consider the operation of the switching power amplifier that amplifies the signal from the ΣΔ modulator.
FIG. 2 is an operation explanatory diagram of a switching amplifier (CVSCD: Complementary-Voltage Switched Class-D amplifier) of a non-patent cited document.
Fig. 2 (a) is a schematic diagram of a CVSCD amplifier (Fig. 6) and Fig. 2 (b) (Fig. 7 (a)) shows a signal with a constant amplitude and 50% duty cycle with zero current. FIG. 2 (c) (non-patent citation FIG. 7 (b)) shows a state diagram in the case where the ΣΔ modulation signal is inputted and the current is not zero current switching.
WCDMA信号は、平均出力レベルとピークレベルとのレベル差が大きい信号ではあるものの、ピークレベルの信号を出力する確率は大きくなく、大半の時間で信号の振幅は平均出力レベルである。 Although the WCDMA signal is a signal having a large level difference between the average output level and the peak level, the probability of outputting the peak level signal is not large, and the signal amplitude is the average output level in most time.
そこで、本発明の実施例では、増幅器(SWPA2)の入力信号のレベルが規定値(閾値)以下の場合は、電源としてスイッチングアンプのドレイン端子に固定電圧(v2)を与えてΣΔ変調器の出力信号をそのまま入力するスイッチング動作で一定振幅の送信信号を出力する。 Therefore, in the embodiment of the present invention, when the level of the input signal of the amplifier (SWPA2) is equal to or less than the specified value (threshold value), a fixed voltage (v2) is applied to the drain terminal of the switching amplifier as a power supply, and the output of the ΣΔ modulator A transmission signal having a constant amplitude is output by a switching operation in which the signal is input as it is.
一方、PARが大きくなる信号が入力した場合、言い換えると閾値以上のピークレベルが大きい信号では、ΣΔ変調器から増幅器への出力信号を入力信号のレベルに対応して変化するパルス幅(デューティ)を一定のパルス幅に保持する動作に切り替える。そして、増幅器のドレイン端子に供給される電源電圧を制御して振幅方向の変調をかけた送信信号を出力することにより効率の改善を図っている。 On the other hand, when a signal with an increased PAR is input, in other words, with a signal having a large peak level above the threshold, the pulse width (duty) that changes the output signal from the ΣΔ modulator to the amplifier in accordance with the level of the input signal is set. Switch to an operation that maintains a constant pulse width. The power supply voltage supplied to the drain terminal of the amplifier is controlled to output a transmission signal modulated in the amplitude direction to improve efficiency.
即ち、図1におけるCVSCDアンプであるSWPA2に対して閾値のVth以上ではパルスのデューティ比ではなく、最高で電圧がv1になるように電源電圧を制御することにより、振幅変調がかかるようにする。閾値Vthを前述のように平均レベルより所定のレベルだけ高いポイントまで通常のΣΔ変調を行う様に設定すれば、SWPA2は、閾値Vth以下ではピーク時に必要な電圧(v1)よりも低い電圧(v2)で動作する。 That is, the amplitude modulation is performed by controlling the power supply voltage so that the voltage is not the duty ratio of the pulse but the voltage is v1 at the maximum with respect to SWPA2 which is the CVSCD amplifier in FIG. If the threshold Vth is set to perform normal ΣΔ modulation up to a point higher than the average level by a predetermined level as described above, the SWPA2 has a voltage (v2) lower than the voltage (v1) required at the peak below the threshold Vth. ).
つまりWCDMAの様にPARが大きい信号では、ピーク出力になる確率は低いので、大半の時間は低いドレイン電圧v2で動作するので効率低下を防ぐことが出来る。 That is, a signal with a large PAR, such as WCDMA, has a low probability of being a peak output, and therefore operates at a low drain voltage v2 for most of the time, so that a reduction in efficiency can be prevented.
上述の様に高周波増幅器への入力信号が、それに対応する弁別増幅器5への入力レベルの閾値Vth以下で有れば、トランジスタTr1はオフのままでSWPA2へ電源V2が供給され、閾値Vthを越えるとトランジスタTr1がオンになり電源V1が供給される。 As described above, if the input signal to the high-frequency amplifier is equal to or lower than the threshold Vth of the input level to the discrimination amplifier 5 corresponding thereto, the transistor Tr1 remains off and the power source V2 is supplied to SWPA2, exceeding the threshold Vth. The transistor Tr1 is turned on and the power source V1 is supplied.
また同時に、弁別増幅器5から出力するトランジスタTr1をオンにする電圧までは、ΣΔ変調器1が入力信号振幅に比例してパルス幅を変化させる通常の動作をする様に制御する制御信号(閾値情報)、または電圧が、デジタル処理部8、または弁別増幅器5からΣΔ変調器1に入力される。
At the same time, the control signal (threshold information) controls the
また、この「オン」にするが制御信号加わっている間は、入力信号が閾値Vth相当の入力時と同じパルス幅と振幅になるようにΣΔ変調器1からの出力が維持される。言い換えれば、ΣΔ変調器1は、入力信号のレベルが閾値Vthを越えている場合には、出力する変調信号のパルス幅が固定される様に設定されている。
Further, while the control signal is applied, the output from the
そして、入力信号のレベルが閾値Vthを越える場合には、SWPA2の電源には、弁別増幅器5によってオンになったトランジスタTr1を経由して振幅が変化する最大v1の電圧が供給され、結果として、入力信号が閾値Vth以下の場合の通常のΣΔ変調器の出力の振幅に、入力信号が閾値Vthを越えた分に対応して振幅が増した送信信号がBPF3へ出力される。
When the level of the input signal exceeds the threshold value Vth, the voltage of the maximum v1 whose amplitude changes via the transistor Tr1 turned on by the discrimination amplifier 5 is supplied to the power source of the SWPA2, and as a result, A transmission signal having an amplitude increased corresponding to the amplitude of the output of the normal ΣΔ modulator when the input signal is less than or equal to the threshold value Vth corresponding to the amount of the input signal exceeding the threshold value Vth is output to the
図3は、SWPA2の入力信号と出力の波形図である。
図3は、入力信号がVthを越えると出力振幅が増加する振幅変調が行われる状態を示している。
FIG. 3 is a waveform diagram of the input signal and output of SWPA2.
FIG. 3 shows a state where amplitude modulation is performed in which the output amplitude increases when the input signal exceeds Vth.
トランジスタTr1をリニヤ、例えばA級に近い動作をさせるため、一見電源を含めた効率は良くないがCDMA、OFDMの様な変調信号のピーク電力と平均電力の比が大きな信号では、入力信号が閾値Vth以上となる存在確率が低くなるように閾値Vthを設定しているので全体としての高周波増幅器の効率は向上する。 Since the transistor Tr1 is operated linearly, for example, close to class A, the efficiency including the power supply is not good at first glance. However, in the case of a signal having a large ratio between the peak power and the average power of the modulation signal such as CDMA and OFDM, the input signal is a threshold value. Since the threshold value Vth is set so that the existence probability of Vth or higher is lowered, the efficiency of the high frequency amplifier as a whole is improved.
図4は、本発明の実施例に係わる高周波増幅器の変形例の動作を説明する機能ブロック図である。
図4において、高周波増幅器は、図1の構成に、エミッタが共通接続された2つのトランジスタTr2、Tr3、バイアス部9、デカップリングコンデンサであるキャパシタCとを更に備えている。
FIG. 4 is a functional block diagram for explaining the operation of the modified example of the high-frequency amplifier according to the embodiment of the present invention.
In FIG. 4, the high frequency amplifier further includes two transistors Tr2 and Tr3 having a common emitter connected to the configuration of FIG. 1, a bias unit 9, and a capacitor C as a decoupling capacitor.
また高周波増幅器のSWPA2のドレインには、高出力時に供給される電圧v1のバイアスと低出力時用の電圧v2のバイアスの2種類のバイアス電源が供給される。弁別増幅器5の出力はバイアス部9へ入力され、入力信号のレベルが規定値(Vth)以下の時は、バイアス部9により、Tr3がオフ、Tr2がオンとなる。 Also, two types of bias power sources are supplied to the drain of the high-frequency amplifier SWPA2: a bias of the voltage v1 supplied at the time of high output and a bias of the voltage v2 for the low output. The output of the discrimination amplifier 5 is input to the bias unit 9, and when the level of the input signal is equal to or lower than the specified value (Vth), Tr3 is turned off and Tr2 is turned on by the bias unit 9.
バイアス部9は、弁別増幅器5で出力電圧が制御される可変電圧電源である。この可変電圧電源が、Tr3、Tr2のベース電圧を制御する。即ち、入力信号レベルが閾値Vth以下で有れば、Tr3がオフ、Tr2がオンとなり、閾値Vth以上で有れば、Tr3がオン、Tr2がオフとなる様にベース電圧を制御する。回路構成としては、入力信号の大小を比較する弁別増幅器5からの入力に応じて上述の電圧を出力する能動素子回路、または、DSP回路等で構成すればよい。 The bias unit 9 is a variable voltage power source whose output voltage is controlled by the discrimination amplifier 5. This variable voltage power source controls the base voltages of Tr3 and Tr2. That is, if the input signal level is equal to or lower than the threshold value Vth, Tr3 is turned off and Tr2 is turned on. If the input signal level is higher than the threshold value Vth, the base voltage is controlled so that Tr3 is turned on and Tr2 is turned off. As a circuit configuration, an active element circuit that outputs the above-described voltage according to an input from the discrimination amplifier 5 that compares the magnitudes of input signals, a DSP circuit, or the like may be used.
Tr3がオフ、Tr2がオンとなると、電圧v2の電源V2が、チョークコイル6、ダイオード7を介してSWPA2に印加される。この時、Tr2のコレクタ側にはキャパシタCが接続されているので、SWPA2の出力端子から電源系統側を見たベースバンド信号におけるインピーダンスは低インピーダンスとなる。
When Tr3 is turned off and Tr2 is turned on, the power source V2 of voltage v2 is applied to SWPA2 via the choke coil 6 and the
SWPA2は高効率のスイッチングアンプであり、D級で動作する。この時、ベースバンド信号における電源系統のインピーダンスが高いと、SWPA2の電源電流の変動に伴い、電源電圧も変化してドレイン変調がかかる。 SWPA2 is a high-efficiency switching amplifier and operates in class D. At this time, if the impedance of the power supply system in the baseband signal is high, the power supply voltage also changes due to the fluctuation of the power supply current of SWPA2, and drain modulation is applied.
その結果、高周波増幅器の歪特性が劣化し、特にデジタル処理部8の中にDPD(デジタルプリディストーション回路)を用いた増幅回路では、メモリエフェクトと呼ばれる歪劣化特性を引き起こす。これを更に補正するためDPDが大規模になるという問題があった。本実施例の高周波幅器のSWPA2は、電源系統のインピーダンスを低くしているので、メモリエフェクトによる劣化を抑えることができる。 As a result, the distortion characteristics of the high-frequency amplifier deteriorate, and in particular, an amplifier circuit using a DPD (digital predistortion circuit) in the digital processing unit 8 causes a distortion deterioration characteristic called a memory effect. In order to further correct this, there is a problem that the DPD becomes large-scale. Since the SWPA2 of the high frequency width device of this embodiment has a low impedance of the power supply system, it is possible to suppress deterioration due to the memory effect.
また、入力信号のレベルが規定値Vth以上の時は、バイアス部9がTr3をオン、Tr2をオフとする。そしてTr3はエミッタフォロワとして動作するので、増幅器のコレクタ、またはドレイン(電源)電圧は弁別増幅器5が出力する入力信号へ追従して動作するようになる。 When the level of the input signal is equal to or higher than the specified value Vth, the bias unit 9 turns on Tr3 and turns off Tr2. Since Tr3 operates as an emitter follower, the collector or drain (power supply) voltage of the amplifier operates following the input signal output from the discrimination amplifier 5.
Tr3のコレクタに供給される電源V1の電圧v1は、v1>v2となるようにしているので、従来の簡易な増幅器と異なり、SWPA2のコレクタ電圧が不連続に変化することなく、入力レベルの検波電圧に対応して変化するので、SWPA2の歪特性を改善することができるとともに振幅変調を与えることが出来る。 Since the voltage v1 of the power source V1 supplied to the collector of Tr3 is set so that v1> v2, unlike the conventional simple amplifier, the collector voltage of SWPA2 does not change discontinuously and the input level is detected. Since it changes corresponding to the voltage, the distortion characteristics of SWPA2 can be improved and amplitude modulation can be applied.
なお、上記のTr3、Tr2はバイポーラトランジスタでもよいし、FETでもよい。また片側がバイポーラトランジスタ、もう片側がFETの組合せの構成でもよい。 The above Tr3 and Tr2 may be bipolar transistors or FETs. Alternatively, a combination of a bipolar transistor on one side and an FET on the other side may be used.
なお、バイポーラトランジスタの場合は、コレクタ電圧が制御され、FETの場合で有れば、ドレイン電圧が制御されるが、ここでは、これら制御される電圧を何れもバイアス電圧と総称する。また、バイポーラトランジスタとFETの場合、コレクタをドレイン、エミッタをソース、ベースをゲートとそれぞれ読み替えればよい。 In the case of a bipolar transistor, the collector voltage is controlled, and in the case of an FET, the drain voltage is controlled. Here, these controlled voltages are collectively referred to as a bias voltage. In the case of bipolar transistors and FETs, the collector may be read as the drain, the emitter as the source, and the base as the gate.
なお、本発明は、上記主旨を脱しない範囲で、構成、組合せ、処理手順等を変更することが出来る。例えば、上記D/A変換器4、弁別増幅器5、バイアス部9は、独立した構成になっているが、弁別増幅器5の信号レベル比較は、デジタル的に行われ、バイアス部9はそのデジタル変換された値から各トランジスタを制御するバイアス電圧を生成するバイアス信号生成手段であっても良い。 In the present invention, the configuration, combination, processing procedure, and the like can be changed without departing from the spirit of the invention. For example, the D / A converter 4, the discrimination amplifier 5, and the bias unit 9 have independent configurations, but the signal level comparison of the discrimination amplifier 5 is performed digitally, and the bias unit 9 performs digital conversion of the digital signal. A bias signal generating unit that generates a bias voltage for controlling each transistor from the obtained value may be used.
1 ΣΔ変調器
2 SWPA(スイッチングパワーアンプ)
3 BPF
4 D/Aコンバータ
5 弁別増幅器
6 チョークコイル
7 逆電圧防止ダイオード
8 デジタル処理部
9 バイアス部
Tr1、Tr2、Tr3 スイッチトランジスタ
1
3 BPF
4 D / A converter 5 Discriminating amplifier 6
Claims (7)
前記デジタル信号が入力され、それをΣΔ変調したパルス信号にして前記スイッチングパワーアンプへ出力するΣΔ変調器と、
電圧v1を出力する第1の電源と、
前記v1よりも低いv2の電圧を出力する第2の電源と、
前記ΣΔ変調器へ入力されるデジタル信号の信号レベルを監視し、
その信号レベルが所定のレベル以下の場合、前記ΣΔ変調器に対して入力する信号レベルに対応してパルス幅が変化するΣΔ変調されたパルス信号を前記スイッチングパワーアンプに出力するとともに、前記スイッチングパワーアンプに前記第2の電源から前記v2の電圧の電源を供給して一定の振幅の送信信号を出力する制御と、
前記所定のレベルを超過する場合には、前記ΣΔ変調器に対して前記所定のレベル入力時と同じパルス幅のパルス信号を前記出力すると共に、前記スイッチングパワーアンプに前記v1の電源電圧を供給し、前記一定の振幅に前記超過するレベルに対応する振幅を加える振幅変調を施した送信信号にして前記バンドパスフィルタへ出力をする制御とを行う監視制御手段とを
備えることを特徴とする高周波増幅器。 In a high-frequency amplifier that ΣΔ modulates a digital signal transmitted wirelessly, amplifies power with a switching power amplifier, and outputs through a bandpass filter.
A ΣΔ modulator that receives the digital signal and outputs it to the switching power amplifier as a ΣΔ-modulated pulse signal;
A first power supply that outputs a voltage v1;
A second power source that outputs a voltage of v2 lower than v1;
Monitor the signal level of the digital signal input to the ΣΔ modulator,
When the signal level is equal to or lower than a predetermined level, the switching power amplifier outputs a ΣΔ modulated pulse signal whose pulse width changes corresponding to the signal level input to the ΣΔ modulator, and the switching power Control for supplying a power of the voltage v2 from the second power source to the amplifier and outputting a transmission signal having a constant amplitude;
When the predetermined level is exceeded, the pulse signal having the same pulse width as that when the predetermined level is input is output to the ΣΔ modulator, and the power supply voltage v1 is supplied to the switching power amplifier. A high-frequency amplifier comprising: a monitoring control unit that performs control to output the band-pass filter as an amplitude-modulated transmission signal that adds an amplitude corresponding to the excess level to the constant amplitude .
前記所定のレベルを、前記入力される信号レベルの想定する平均入力レベル以上かつ、最大ピークレベル未満の値に設定していることを
特徴とする請求項1記載の高周波増幅器。 The monitoring control means includes
2. The high-frequency amplifier according to claim 1, wherein the predetermined level is set to a value that is equal to or higher than an average input level assumed for the input signal level and lower than a maximum peak level.
前記第1の電源は、トランジスタのコレクタに接続され、そのエミッタが前記前記スイッチングパワーアンプの電源端子に接続され、その、ベースが前記監視制御手段へ接続され、
前記監視制御手段は、
前記入力する信号レベルが前記所定のレベル以下の場合前記トランジスタをオフにして前記第2の電源を前記スイッチングパワーアンプへ供給し、
前記入力する信号レベルが前記所定のレベル以上の場合前記トランジスタをオンにして前記第1の電源を前記スイッチングパワーアンプへ供給し、所定のレベルを越えた電圧に対応する出力の振幅が前記一定の振幅に加算される制御信号を前記トランジスタのベースに出力する
ことを特徴とする請求項1または2記載の高周波増幅器。 The second power supply is connected to a power supply terminal of the switching power amplifier via a backflow prevention diode,
The first power supply is connected to a collector of a transistor, an emitter thereof is connected to a power supply terminal of the switching power amplifier, a base thereof is connected to the monitoring control means,
The monitoring control means includes
When the input signal level is less than or equal to the predetermined level, the transistor is turned off and the second power supply is supplied to the switching power amplifier,
When the input signal level is equal to or higher than the predetermined level, the transistor is turned on to supply the first power source to the switching power amplifier, and the output amplitude corresponding to the voltage exceeding the predetermined level is the constant level. 3. The high frequency amplifier according to claim 1, wherein a control signal added to the amplitude is output to a base of the transistor.
請求項1乃至3の何れか1つに記載の高周波増幅器。 4. The high-frequency amplifier according to claim 1, wherein the voltage v <b> 1 is a voltage capable of the amplitude modulation that can correspond to a peak signal that is approximately 10 dB larger than the average input level. 5.
前記第2の電源が、逆流防止ダイオードを経て前記スイッチングパワーアンプの電源端子に接続され、
ベースが前記監視制御手段の出力端子へ接続され、コレクタがキャパシタを介して接地される第2のトランジスタと、ベースが前記監視制御手段の出力端子へ接続され、コレクタが前記第1の電源に接続され、エミッタが前記第2のトランジスタのエミッタに接続されると共に前記スイッチングパワーアンプの電源端子に接続される第3のトランジスタとを備え、
前記監視制御手段は、前記入力する信号レベルが前記所定の信号レベル以下で有る場合、前記第3のトランジスタをオフ、前記第2のトランジスタをオンに設定して前記第2の電源を前記スイッチングパワーアンプへ供給し、前記所定の入力レベルを越えた場合、前記第2のトランジスタをオフ、前記第3のトランジスタをオンに設定し、前記所定の信号レベルを越えたレベルに対応する出力の振幅が前記一定の出力振幅に加算される制御信号を前記各トランジスタのベースに出力する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の高周波増幅器。 The high-frequency amplifier is
The second power supply is connected to a power supply terminal of the switching power amplifier via a backflow prevention diode;
A base is connected to the output terminal of the monitoring control means, a collector is grounded via a capacitor, a base is connected to the output terminal of the monitoring control means, and a collector is connected to the first power supply A third transistor having an emitter connected to the emitter of the second transistor and connected to a power supply terminal of the switching power amplifier;
When the input signal level is equal to or lower than the predetermined signal level, the supervisory control unit sets the third transistor to OFF and the second transistor to ON to switch the second power source to the switching power. When the signal is supplied to an amplifier and the predetermined input level is exceeded, the second transistor is turned off and the third transistor is turned on, and the amplitude of the output corresponding to the level exceeding the predetermined signal level is 3. The high frequency amplifier according to claim 1, wherein a control signal added to the constant output amplitude is output to a base of each transistor.
無線送信されるデジタル信号をΣΔ変調して、スイッチングパワーアンプで電力増幅し、更にバンドパスフィルタを通して出力する高周波増幅器の高効率化方法において、
前記スイッチングパワーアンプへ電源を出力する前記第1の電源が出力する前記電圧v1は、前記第2の電源が出力する前記電圧v2をよりも高く設定され、
前記監視制御手段は、前記ΣΔ変調器へ入力される前記デジタル信号の信号レベルを監視し、
それが所定のレベル以下の場合には、
前記ΣΔ変調器に対して入力される信号レベルに対応してパルス幅が変化するΣΔ変調されたパルス信号を前記スイッチングパワーアンプに出力するとともに、前記スイッチングパワーアンプに前記第2の電源から前記v2の電圧の電源を供給して一定の振幅の送信信号を出力する制御を行い、
前記所定のレベルを超過する場合には、前記ΣΔ変調器に対して前記所定のレベル入力時と同じパルス幅のパルス信号を前記出力すると共に、前記スイッチングパワーアンプに前記v1の電源電圧を供給し、前記一定の振幅に前記超過するレベルに対応する振幅を加える振幅変調を施した送信信号にして前記バンドパスフィルタへ出力をする制御を行う
ことを特徴とする高周波増幅器の高効率化方法。 A switching power amplifier, a ΣΔ modulator, a first power source that outputs a voltage v1, a second power source that outputs a voltage v2, and a monitoring control means;
In a method for improving the efficiency of a high-frequency amplifier that ΣΔ modulates a digital signal transmitted wirelessly, amplifies power with a switching power amplifier, and further outputs through a bandpass filter
The voltage v1 output from the first power supply that outputs power to the switching power amplifier is set higher than the voltage v2 output from the second power supply,
The monitoring control means monitors the signal level of the digital signal input to the ΣΔ modulator,
If it is below a certain level,
The ΣΔ modulated pulse signal whose pulse width changes corresponding to the signal level input to the ΣΔ modulator is output to the switching power amplifier, and the switching power amplifier receives the v2 from the second power supply. To control the output of a constant amplitude transmission signal
When the predetermined level is exceeded, the pulse signal having the same pulse width as that when the predetermined level is input is output to the ΣΔ modulator, and the power supply voltage v1 is supplied to the switching power amplifier. A method for increasing the efficiency of a high-frequency amplifier, characterized in that control is performed to output the band-pass filter as a transmission signal subjected to amplitude modulation that adds an amplitude corresponding to the excess level to the constant amplitude.
前記所定のレベルを、想定する前記入力する信号レベルの平均入力レベル以上かつ、最大ピークレベル未満の値に設定していることを
特徴とする請求項6記載の高周波増幅器の高効率化方法。 The monitoring control means includes
7. The method for improving the efficiency of a high-frequency amplifier according to claim 6, wherein the predetermined level is set to a value not less than an average input level of the input signal level to be assumed and less than a maximum peak level.
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EP2892155A1 (en) | 2014-01-02 | 2015-07-08 | Sony Corporation | Sigma-delta modulation apparatus and sigma-delta modulation power amplifier |
JP2016029799A (en) * | 2015-08-27 | 2016-03-03 | 住友電気工業株式会社 | Method for providing content for broadcasting |
JP2017511029A (en) * | 2014-02-04 | 2017-04-13 | 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 | Transmitter and method of transmission |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63204908A (en) * | 1987-02-20 | 1988-08-24 | Victor Co Of Japan Ltd | Amplification device |
JPH06318824A (en) * | 1993-03-10 | 1994-11-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Protection device for power control section |
JP2003304127A (en) * | 2002-04-08 | 2003-10-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Amplifying device for transmitter |
JP2004048703A (en) * | 2002-05-13 | 2004-02-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Amplifier circuit, transmitter, method for amplification and transmission |
JP2005020696A (en) * | 2003-06-24 | 2005-01-20 | Northrop Grumman Corp | Multi-mode amplification system |
JP2005020693A (en) * | 2003-06-24 | 2005-01-20 | Northrop Grumman Corp | Pole and linear amplifier system |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63204908A (en) * | 1987-02-20 | 1988-08-24 | Victor Co Of Japan Ltd | Amplification device |
JPH06318824A (en) * | 1993-03-10 | 1994-11-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Protection device for power control section |
JP2003304127A (en) * | 2002-04-08 | 2003-10-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Amplifying device for transmitter |
JP2004048703A (en) * | 2002-05-13 | 2004-02-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Amplifier circuit, transmitter, method for amplification and transmission |
JP2005020696A (en) * | 2003-06-24 | 2005-01-20 | Northrop Grumman Corp | Multi-mode amplification system |
JP2005020693A (en) * | 2003-06-24 | 2005-01-20 | Northrop Grumman Corp | Pole and linear amplifier system |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2892155A1 (en) | 2014-01-02 | 2015-07-08 | Sony Corporation | Sigma-delta modulation apparatus and sigma-delta modulation power amplifier |
US9350578B2 (en) | 2014-01-02 | 2016-05-24 | Sony Corporation | Sigma-delta modulation apparatus and sigma-delta modulation power amplifier |
JP2017511029A (en) * | 2014-02-04 | 2017-04-13 | 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 | Transmitter and method of transmission |
JP2016029799A (en) * | 2015-08-27 | 2016-03-03 | 住友電気工業株式会社 | Method for providing content for broadcasting |
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