JP2011086983A - Transmitter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、情報通信に用いられる送信器に関し、特にデジタル信号処理で用いられる送信器に関する。 The present invention relates to a transmitter used for information communication, and more particularly to a transmitter used in digital signal processing.
近年、携帯電話などによる無線通信では、周波数利用効率が高く、かつ、ピーク電力対平均電力比(PAPR:Peak to Average Power Ratio)が大きな変調方式が採用されている。無線通信装置として従来から使用されている送信器は、信号の増幅を、AB級電力増幅器を用いて行う。振幅変調成分を含む変調信号を、AB級電力増幅器を用いて増幅するには、出力信号の線形性を維持するために、十分なバックオフを取る必要がある。一般的には、少なくともPAPRと同程度のバックオフが必要となる。これに対して、AB級電力増幅器の電力効率は、出力飽和時に最大となり、バックオフが大きくなるほど低下する。このため、変調信号のPAPRが大きければ大きいほど、電力増幅器の電力効率を上げることがより難しくなる。 In recent years, in wireless communication using a mobile phone or the like, a modulation method having high frequency utilization efficiency and a large peak power to average power ratio (PAPR) has been adopted. A transmitter conventionally used as a wireless communication device performs signal amplification using a class AB power amplifier. In order to amplify the modulation signal including the amplitude modulation component using the class AB power amplifier, it is necessary to take a sufficient back-off in order to maintain the linearity of the output signal. In general, a back-off at least as high as PAPR is required. On the other hand, the power efficiency of the class AB power amplifier is maximized when the output is saturated, and decreases as the back-off increases. For this reason, the larger the PAPR of the modulation signal, the more difficult it is to increase the power efficiency of the power amplifier.
図8は、従来から使用されている無線通信装置としての送信器の構成を示す回路図である。図8の回路は、直行変調を行う際に、アナログ信号処理を行うので、ここでは「アナログ直交変調型送信器」と呼ぶことにする。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a transmitter as a wireless communication apparatus conventionally used. Since the circuit of FIG. 8 performs analog signal processing when performing orthogonal modulation, it will be referred to herein as an “analog quadrature modulation transmitter”.
図8に示したアナログ直交変調型送信器は、I信号入力端子801、Q信号入力端子802、デジタルアナログ変換器803、804、局部発振器805、ミキサ806、807、移相器808、加算器809、AB級電力増幅器810、負荷811で構成されている。
An analog quadrature modulation type transmitter shown in FIG. 8 includes an I
I信号入力端子801と、Q信号入力端子802とは、デジタルアナログ変換器803、804の入力部にそれぞれ接続されている。デジタルアナログ変換器803、804の出力部は、ミキサ806、807の第1の入力部にそれぞれ接続されている。局部発振器805は、移相器808の入力部に接続されている。移相器808の出力部は、ミキサ806、807の第2の入力部に接続されている。ミキサ806、807の出力部は、加算器809の2つの入力部にそれぞれ接続されている。加算器809の出力部は、AB級電力増幅器810の入力部に接続されている。AB級電力増幅器810の出力部は、負荷811の一方の端部に接続されている。負荷811の他方の端部は、接地されている。
The I
負荷811としては、例えば、1端子入力のアンテナなどを想定している。I信号入力端子801およびQ信号入力端子802からは、それぞれIおよびQのデジタル信号を入力する。I信号およびQ信号は、それぞれデジタルアナログ変換器803、804によってアナログ信号に変換される。デジタルアナログ変換器803、804によってアナログ信号化されたI信号およびQ信号は、それぞれミキサ806および807の第1の入力部に供給される。同時に、ミキサ806、807の第2の入力部には、局部発振器805から出力された搬送波が、移相器808を介して供給される。このとき、移相器808は、ミキサ807に出力する搬送波を、ミキサ806に出力する搬送波に対して移相を90度遅らせて出力する。ミキサ806、807は、それぞれ、デジタルアナログ変換803、804から出力されたI信号およびQ信号を、移相器808から出力された搬送波と乗算して出力する。ミキサ806、807から出力された信号は加算器809の両入力部に供給され、加算器809は2入力の和を出力する。加算器809から出力された信号はAB級電力増幅器810によって増幅され、負荷811に出力される。
As the
PAPRの大きな変調信号でも高効率に増幅できると期待されている増幅器の1つに、D級スイッチングアンプがある。D級スイッチングアンプは、理論上100%の効率で信号増幅ができる電力増幅器である。 One of the amplifiers expected to be capable of amplifying even a modulation signal having a large PAPR with high efficiency is a class D switching amplifier. The class D switching amplifier is a power amplifier that can theoretically amplify a signal with 100% efficiency.
図9は、従来技術による、D級スイッチングアンプを使用する送信器の1例を示す回路図である。図9の回路は、図8の回路においてアナログ信号処理で行っていた直交変調をデジタル信号処理で行うので、ここでは「デジタル直交変調型送信器」と呼ぶことにする。 FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a transmitter using a class D switching amplifier according to the prior art. The circuit shown in FIG. 9 performs the quadrature modulation performed by the analog signal processing in the circuit shown in FIG. 8 by the digital signal processing, and is referred to as a “digital quadrature modulation transmitter” here.
図9に示したデジタル直交変調型送信器は、I信号入力端子901、Q信号入力端子902、信号発生器903、ΔΣ変調器904、905、乗算器906、907、単位遅延器908、加算器909、D級スイッチングアンプ910、バンドパスフィルタ911、負荷912で構成されている。
The digital quadrature modulation type transmitter shown in FIG. 9 includes an I
I信号入力端子901およびQ信号入力端子902は、ΔΣ変調器904、905の入力部にそれぞれ接続されている。ΔΣ変調器904、905の出力部は、乗算器906、907の第1の入力部にそれぞれ接続されている。信号発生器903の出力部は、乗算器906の第2の入力部と、単位遅延器908の入力部とに接続されている。単位遅延器908の出力部は、乗算器907の第2の入力部に接続されている。乗算器906、907の出力部は、加算器909の2つの入力部にそれぞれ接続されている。加算器909の出力部は、D級スイッチングアンプ910の入力部に接続されている。D級スイッチングアンプ910の出力部は、バンドパスフィルタ911の入力部に接続されている。バンドパスフィルタ911の出力部は、負荷912の一方の端部に接続されている。負荷912の他方の端部は、接地されている。
The I
このうち、少なくとも、信号発生器903、乗算器906、907、単位遅延器908、加算器909、D級スイッチングアンプ910、の6ブロックは、無線通信に使用する搬送波周波数(fCとする)の4倍のクロックレート(4・fC)で動作する。また、ΔΣ変調器904、905は、2・fCのクロックレートで動作する。
Among these, at least six blocks of the
I信号入力端子901とQ信号入力端子902は、それぞれI信号とQ信号を入力し、それぞれΔΣ変調器904、905の入力部に供給する。ΔΣ変調器904、905は、入力した信号をパルス密度変調(PDM:Pulse Density Modulation)で1と−1の2値信号に変換し、それぞれ乗算器906、907へ出力する。同時に、信号発生器903は1、0、−1、0の1サイクル4クロック分の信号パターンを繰り返し出力する。この、信号発生器903から出力される信号は、サンプリングレート(=fS)を搬送波周波数(=fC)の4倍にした信号に相当する(fS=4・fC)。信号発生器903から出力された信号は分岐され、乗算器906の第2の入力部および単位遅延器908の入力部に供給される。単位遅延器908は、入力した信号を1クロック分遅延させ、乗算器907に向けて出力する。
The I
乗算器906は、ΔΣ変調器904から出力された信号および信号発生器903から出力された信号をクロック毎に乗算して、加算器909に出力する。同様に、乗算器907は、ΔΣ変調器905から出力された信号および単位遅延器908から出力された信号をクロック毎に乗算して、加算器909に出力する。加算器909は、乗算器906および907から入力した信号をクロック毎に加算し、D級スイッチングアンプ910に向けて出力する。D級スイッチングアンプ910は、加算器909から入力した信号を増幅し、バンドパスフィルタ911を介して負荷912に出力する。ここで、負荷912としては、1端子入力のアンテナなどが想定される。
図12は、従来技術によるD級スイッチングアンプ910の出力信号のスペクトルを示すグラフである。D級スイッチングアンプ910で増幅する信号は、搬送波周波数の4倍のサンプリングレートで離散サンプルした4値の信号である。よって、搬送波のスペクトルは、D級スイッチングアンプ910で増幅する信号のサンプリングレートの4分の1の周波数に発生する。
FIG. 12 is a graph showing the spectrum of the output signal of the class
また、非特許文献1では、回路構成は図9のままで、回路のサンプリングレートを搬送波周波数の3分の4倍の周波数にして信号を増幅することも行っている(fS=4・fC/3)。この場合、D級スイッチングアンプ910の出力信号は搬送波の3分の1の周波数帯に発生するが、この信号のナイキスト周波数を中心とした折り返し信号が搬送波周波数帯に発生する。この折り返し信号もI、Qの変調情報を有しているため、D級スイッチングアンプ910で増幅することで通信に使用することが可能である。
Further, in Non-Patent Document 1, the circuit configuration remains the same as in FIG. 9, and the signal is amplified by setting the circuit sampling rate to four times the carrier frequency (f S = 4 · f). C / 3). In this case, the output signal of the class
しかしながら、この非特許文献1に開示されたデジタル直交変調器には、D級スイッチングアンプ910を高効率に信号増幅させることが難しいという問題点がある。この問題が発生する原因は、D級スイッチングアンプ910が非常に高速なスイッチング動作をする必要があることに起因する。図9の回路は、加算器909から出力される信号が2値信号であるため、理論上100%の効率で信号増幅ができるD級スイッチングアンプ910で増幅することが出来る。しかし、D級スイッチングアンプ910は、無線通信に使用する搬送波周波数の4倍のクロックレートで動作する必要があるため、数GHz以上の非常に高速なスイッチング動作が要求される。一般的に、D級スイッチングアンプは、スイッチング動作が高速になるほど高効率な増幅が難しくなるため、図9の回路でもD級スイッチングアンプ910を高効率に動作させることは難しくなる。
However, the digital quadrature modulator disclosed in Non-Patent Document 1 has a problem that it is difficult to amplify the class
また、サンプリングレートを搬送波周波数の3分の4にして、D級スイッチングアンプの動作を低速化した場合にも問題が発生する。一般的に、DA変換された信号は周波数が高くなるに連れてアナログ出力信号の振幅が減衰してしまう。これを、アパーチャ効果という。 A problem also arises when the sampling rate is set to four thirds of the carrier frequency to slow down the operation of the class D switching amplifier. In general, the amplitude of an analog output signal is attenuated as the frequency of a DA-converted signal increases. This is called an aperture effect.
図9の回路においては、D級スイッチングアンプ910からバンドパスフィルタ911を介して負荷912に信号出力することは、DA変換に相当する。このため、図9の回路もアパーチャ効果の影響を受ける(図12参照)。アパーチャ効果は、サンプリング周波数を下げるほど影響が大きくなる。このため、サンプリングレートを搬送波周波数の3分の4にした場合はアパーチャ効果の影響が大きくなる。この結果、D級スイッチングアンプに供給される信号は、使用したい搬送波周波数帯の信号に対する帯域外のノイズの割合が大きくなる。
In the circuit of FIG. 9, outputting a signal from the class
一般的に、D級スイッチングアンプは、使用したい周波数帯の信号に対する帯域外ノイズの割合が大きくなるほど高効率な増幅が難しくなる。よって、サンプリングレートを搬送波周波数の3分の4にした場合でも、図9の回路はD級スイッチングアンプ910を高効率に動作させることは難しい。
In general, with a class D switching amplifier, it becomes difficult to perform efficient amplification as the ratio of out-of-band noise to a signal in a frequency band to be used increases. Therefore, even when the sampling rate is set to 4/3 of the carrier frequency, it is difficult for the circuit of FIG. 9 to operate the class
また、上記に関連して、特許文献1(特開2002−534908号公報)には、電力変調システムに係る記載が開示されている。この電力変調システムは、供給入力に応答した電力出力を生成するために信号入力を電力増幅するための第1および第2の手段を用いて、同相および直角位相入力信号を変調および増幅する。この電力変調システムは、第1、第2、第3、および第4の基準周波数信号を供給するための手段と、第1および第2手段の信号入力へ信号を供給するための手段と、第1の可変供給電圧を電力増幅のための第1手段の供給入力へ供給する手段と、第2の可変供給電圧を電力増幅のための第2手段の供給入力へ供給する手段と、電力増幅のための第1および第2手段の電力出力を負荷へつなぐための手段とによって特徴付けられている。ここで、第1および第2基準周波数信号は、互いに反転している。また第3および第4の基準周波数信号は、互いに反転している。第1および第2手段の信号入力へ信号を供給するための手段は、第1および第2基準周波数信号の1つをIおよびQ入力信号の一方の極性の関数として電力増幅のための第1手段の信号入力へ選択的に供給する。第1および第2手段の信号入力へ信号を供給するための手段は、第1および第2基準周波数信号の1つをIおよびQ入力信号の他方の極性の関数として電力増幅のための第2手段の信号入力へ選択的に供給する。第1の可変供給電圧を電力増幅のための第1手段の供給入力へ供給する手段は、IおよびQ入力信号の一方に応答して第1の可変供給電圧を電力増幅のための第1手段の供給入力へ供給する。第2の可変供給電圧を電力増幅のための第2手段の供給入力へ供給する手段は、IおよびQ入力信号の他方に応答して第2の可変供給電圧を電力増幅のための第1手段の供給入力へ供給する。 Further, in relation to the above, Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-534908) discloses a description relating to a power modulation system. The power modulation system modulates and amplifies in-phase and quadrature input signals using first and second means for power amplifying the signal input to produce a power output in response to the supply input. The power modulation system includes means for providing first, second, third, and fourth reference frequency signals, means for providing signals to signal inputs of the first and second means, Means for supplying one variable supply voltage to the supply input of the first means for power amplification, means for supplying the second variable supply voltage to the supply input of the second means for power amplification, And means for connecting the power output of the first and second means to the load. Here, the first and second reference frequency signals are inverted from each other. The third and fourth reference frequency signals are inverted from each other. The means for providing a signal to the signal inputs of the first and second means includes a first for power amplification as one of the first and second reference frequency signals as a function of one polarity of the I and Q input signals. Selectively fed to the signal input of the means. The means for providing a signal to the signal inputs of the first and second means includes a second for power amplification as one of the first and second reference frequency signals as a function of the other polarity of the I and Q input signals. Selectively fed to the signal input of the means. The means for supplying the first variable supply voltage to the supply input of the first means for power amplification is a first means for power amplification of the first variable supply voltage in response to one of the I and Q input signals. Supply to the supply input. The means for supplying the second variable supply voltage to the supply input of the second means for power amplification is a first means for power amplification of the second variable supply voltage in response to the other of the I and Q input signals. Supply to the supply input.
本発明の目的は、高効率な増幅が容易な送信器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a transmitter that can be easily amplified with high efficiency.
本発明による送信器は、第1の変換部と、第2の変換部と、第1のD級スイッチングアンプと、第2のD級スイッチングアンプと、負荷とを具備する。ここで、第1の変換部は、所定の搬送波周波数を有する搬送波に乗ったI信号を、所定のサンプリング周波数を有する第1の2値のデジタル信号に変換する。第2の変換部は、所定の搬送波周波数を有する搬送波に乗ったQ信号を、所定のサンプリング周波数を有し、位相が第1の2値のデジタル信号から90度遅れ、符号が反転された、第2の2値のデジタル信号に変換する。第1のD級スイッチングアンプは、第1の2値のデジタル信号を増幅する。第2のD級スイッチングアンプは、第2の2値のデジタル信号を増幅する。負荷は、一方の端部から第1のD級スイッチングアンプの出力信号を入力し、他方の端部から第2のD級スイッチングアンプの出力信号を入力する。負荷は、入力された2つの出力信号から搬送波周波数の帯域の信号を抽出するバンドパス特性を具備する。 The transmitter according to the present invention includes a first conversion unit, a second conversion unit, a first class D switching amplifier, a second class D switching amplifier, and a load. Here, the first converter converts an I signal on a carrier having a predetermined carrier frequency into a first binary digital signal having a predetermined sampling frequency. The second conversion unit has a Q signal riding on a carrier wave having a predetermined carrier frequency, a predetermined sampling frequency, a phase delayed by 90 degrees from the first binary digital signal, and the sign is inverted. Convert to a second binary digital signal. The first class D switching amplifier amplifies the first binary digital signal. The second class D switching amplifier amplifies the second binary digital signal. The load receives the output signal of the first class D switching amplifier from one end and the output signal of the second class D switching amplifier from the other end. The load has a band-pass characteristic for extracting a signal in a carrier frequency band from two input output signals.
本発明による第1の効果は、D級スイッチングアンプで増幅する信号を非特許文献1の回路の2分の1のサンプリングレートとすることで、高効率な増幅が容易となることである。 A first effect of the present invention is that a signal amplified by a class D switching amplifier has a sampling rate that is half that of the circuit of Non-Patent Document 1, thereby facilitating highly efficient amplification.
本発明による第2の効果は、2つのD級スイッチングアンプで2端子入力の負荷の両端を駆動することで、負荷に印加される信号を3値に量子化された信号とすることである。その結果、2値に量子化した信号を増幅する非特許文献1の回路に比べて、搬送波周波数帯の信号に対する帯域外のノイズを小さくすることが可能となり、高効率な増幅が容易となることである。 A second effect of the present invention is to drive a signal applied to the load into a three-valued signal by driving both ends of a two-terminal input load with two class D switching amplifiers. As a result, compared to the circuit of Non-Patent Document 1 that amplifies a binary quantized signal, it is possible to reduce out-of-band noise for a carrier frequency band signal and facilitate high-efficiency amplification. It is.
添付図面を参照して、本発明による送信器を実施するための形態を以下に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments for implementing a transmitter according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態による送信器の構成を概略的に示す回路図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing a configuration of a transmitter according to the first embodiment of the present invention.
本発明の第1の実施形態の送信器は、デジタル変調IQ信号生成部101、I変調信号入力端子102、Q変調信号入力端子103、D級スイッチングアンプ104、105、負荷106を具備する。
The transmitter according to the first embodiment of the present invention includes a digital modulation IQ
I変調信号入力端子102およびQ変調信号入力端子103は、デジタル変調IQ信号生成部101の2つの出力部にそれぞれ接続されている。I変調信号入力端子102およびQ変調信号入力端子103は、D級スイッチングアンプ104、105の入力部にそれぞれ接続されている。D級スイッチングアンプ104、105の出力部は、負荷106の2つの端部にそれぞれ接続されている。
The I modulation signal
負荷106としては、例えば、搬送波周波数帯の信号のみを電力として抽出するバンドパス特性を有する2端子入力のアンテナなどが想定されている。
As the
なお、上記に説明した回路構成はあくまでも一例であって、本実施形態の送信器の構成を限定するものではない。 The circuit configuration described above is merely an example, and does not limit the configuration of the transmitter according to the present embodiment.
I変調信号入力端子102から供給された2値のデジタル信号は、D級スイッチングアンプ104で増幅され、負荷106の片方の入力端子に出力される。同様に、Q変調信号入力端子103から供給された2値のデジタル信号は、D級スイッチングアンプ105で増幅され、負荷106の他方の入力端子に出力される。
The binary digital signal supplied from the I modulation signal
図10は、本発明の第1の実施形態における入出力信号を示すタイミングチャートである。本発明の第1の実施形態において、I変調信号入力端子102から供給される信号は、I信号と搬送波を乗算した信号で、搬送波周波数(fCとする)の2倍のサンプリングレート(fSとする;fS=2・fC)で離散サンプリングした2値の信号になっている。同様に、Q変調信号入力端子103から供給される信号は、Q信号と搬送波を乗算して正負を反転した信号で、搬送波周波数の2倍のサンプリングレート(fS=2・fC)で離散サンプリングした2値の信号になっている。ただし、この2つの入力信号は、I信号はcos波に相当する搬送波と乗算されているのに対して、Q信号はsin波に相当する搬送波と乗算されている。これらのcos波とsin波は、共に、1と−1を交互に繰り返す信号になる。そして、I変調信号入力端子102から供給される信号のサンプリング・クロックに対してQ変調信号入力端子103から供給される信号のサンプリング・クロックを4・fC分の1秒(サンプリング・クロックの2分の1の時間)ずらしている。こうすることで、周波数の2倍のサンプリングレート(fS=2・fC)を用いてcos波とsin波の双方で波形の腹をサンプリングしている。また、負荷106の2つの入力端子にそれぞれI信号を元に生成した変調信号とQ信号を元に生成した変調信号を入力しているが、これは2つの入力信号を負荷106上で減算処理することと等価である。
FIG. 10 is a timing chart showing input / output signals in the first embodiment of the present invention. In the first embodiment of the present invention, the signal supplied from the I modulation signal
図11は、本発明の第1の実施形態において負荷106に供給される信号のスペクトルを示すグラフである。D級スイッチングアンプ104、105で増幅する信号は、搬送波周波数の2倍のサンプリングレートで離散サンプルした2値の信号である。同時に、2つのD級スイッチングアンプ104、105に入力する信号を、サンプリング・クロックの2分の1だけずらして入力することで、負荷106に供給される信号は、搬送波周波数の4倍のサンプリング・クロックで生成した3値の信号と同等になる。よって、搬送波のスペクトルは、D級スイッチングアンプ104、105で増幅する信号のサンプリングレートの2分の1の周波数に発生する。また、負荷106に供給される信号が3値の信号であることから、図11のスペクトルは図12のスペクトルに比べて、搬送波周波数帯の信号に対する帯域外のノイズの比率が減少する。
FIG. 11 is a graph showing a spectrum of a signal supplied to the
また、図1の回路において、D級スイッチングアンプ104、105に入力する信号のサンプリングレートを、搬送波周波数の3分の2倍としても良い。このとき、I変調信号入力端子102から供給される信号のサンプリング・クロックに対してQ変調信号入力端子103から供給される信号のサンプリング・クロックを4・fC分の3秒(サンプリング・クロックの2分の1の時間)ずらして動作させる。これにより、D級スイッチングアンプ104、105からは搬送波の3分の1の周波数の信号が出力され、搬送波周波数帯にはこの折り返し信号が発生する。この折り返し信号もI、Qの変調情報を有しているため、通信に使用することが可能である。
In the circuit of FIG. 1, the sampling rate of the signals input to the class
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態における送信器の構成例を示す回路図である。本発明の第2の実施形態における送信器は、I信号入力端子201、Q信号入力端子202、信号発生器203、デジタル変調器204、205、乗算器206、207、符号反転回路208、D級スイッチングアンプ209、210、負荷211を具備する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of a transmitter in the second embodiment of the present invention. The transmitter according to the second embodiment of the present invention includes an I signal
I信号入力端子201およびQ信号入力端子202は、デジタル変調器204、205の第1の入力部にそれぞれ接続されている。デジタル変調器204、205の出力部は、乗算器206、207の第1の入力部にそれぞれ接続されている。乗算器206、207の第2の入力部には、信号発生器203の2つの出力部がそれぞれ接続されている。乗算器206、207の出力部は、D級スイッチングアンプ209、210の入力部にそれぞれ接続されている。D級スイッチングアンプ209、210の出力部は、負荷211の両端部にそれぞれ接続されている。
The I signal
デジタル変調器204、205としては、例えば、ΔΣ変調器やPWM(Pulse Width Modulation)変調器など、入力信号を2値のデジタル信号に変調する回路が想定されている。また、負荷211としては、例えば、搬送波周波数帯の信号のみを電力として抽出するバンドパス特性を有する2端子入力のアンテナなどが想定されている。
As the
なお、上記に説明した回路構成はあくまでも一例であって、本実施形態の送信器の構成を限定するものではない。 The circuit configuration described above is merely an example, and does not limit the configuration of the transmitter according to the present embodiment.
デジタル変調器204、205、乗算器206、207、符号反転回路208、D級スイッチングアンプ209、210、は搬送波周波数の2倍のクロックレートで動作する。ただし、デジタル変調器205と乗算器207と符号反転回路208とD級スイッチングアンプ210は、デジタル変調器204と乗算器206とD級スイッチングアンプ209に比べて、1クロックの2分の1だけ遅れたクロックタイミングで動作する。
The
ベースバンド回路から出力されるI信号およびQ信号は、それぞれI信号入力端子201およびQ信号入力端子202から供給され、それぞれデジタル変調器204およびデジタル変調器205に供給される。デジタル変調器204、205は入力信号を1と−1の2値のPDM信号(またはPWM信号)に変換し、それぞれ乗算器206、207に出力する。同時に、信号発生器203は1、−1の1サイクル2クロック分の信号パターンを生成し、乗算器206、207に出力する。この信号発生器203から出力される信号は、搬送波(周波数=fC)を2倍のサンプリングレート(2・fC)でサンプリングした信号に相当する。また、このとき、信号発生器203から乗算器207に出力される信号は、信号発生器203から乗算器206に出力される信号に比べて、2分の1クロック分の時間が遅れた信号とする。乗算器206は、デジタル変調器204および信号発生器203から出力された信号をクロック毎に乗算し、D級スイッチングアンプ209に出力する。乗算器207は、デジタル変調器205および信号発生器203から出力された信号をクロック毎に乗算し、符号反転回路208に出力する。符号反転回路208は、入力信号の正負を反転し、D級スイッチングアンプ210に出力する。D級スイッチングアンプ209、210から出力された信号は、負荷211に出力される。
The I signal and Q signal output from the baseband circuit are supplied from the I
上記の構成を取ることにより、本発明の第2の実施形態(図2)は、第1の実施形態(図1)と同じ条件でD級スイッチングアンプを動作させることが可能となる。また、第2の実施形態(図2)は、図9の従来回路とは異なり、内部回路の全てが搬送波周波数の2倍のクロックレートで動作する。このため、第2の実施形態(図2)は、図9の従来回路に比べて、D級スイッチングアンプ以外の部分についてもクロックレートを低く抑える効果があり、回路実装が容易になる。 By taking the above configuration, the second embodiment (FIG. 2) of the present invention can operate the class D switching amplifier under the same conditions as the first embodiment (FIG. 1). In the second embodiment (FIG. 2), unlike the conventional circuit of FIG. 9, all of the internal circuits operate at a clock rate twice the carrier frequency. For this reason, the second embodiment (FIG. 2) has an effect of suppressing the clock rate at portions other than the class D switching amplifier as compared with the conventional circuit of FIG. 9, and the circuit mounting becomes easy.
図2の回路において、符号反転回路208は、D級スイッチングアンプ210の手前の信号処理経路であれば、乗算器207とD級スイッチングアンプ210の間以外に置いても構わない。つまり、符号反転回路208を乗算器207とD級スイッチングアンプ210の間に置く替わりに、Q信号入力端子202とデジタル変調器205の間、信号発生器203と乗算器207の間、デジタル変調器205と乗算器207の間の三箇所のいずれかにも置くことができる。
In the circuit of FIG. 2, the
また、図2の回路において、デジタル変調器204、205、乗算器206、207、符号反転回路208、D級スイッチングアンプ209、210のクロックレートを、搬送波周波数の3分の2倍として動作することも可能である。このとき、I変調信号入力端子201から供給される信号のサンプリング・クロックに対してQ変調信号入力端子202から供給される信号のサンプリング・クロックを4・fC分の3秒(サンプリング・クロックの2分の1の時間)ずらして動作させる。同様に、信号発生器203は、1、−1の1サイクル2クロック分の信号を搬送波(周波数=fC)の3分の2倍のクロックグレート(2・fC/3)で出力する。また、このとき、信号発生器203から乗算器207に出力される信号は、信号発生器203から乗算器206に出力される信号に比べて、2分の1クロック分の時間が遅れた信号とする。これにより、D級スイッチングアンプ209、210からは搬送波の3分の1の周波数の信号が出力され、搬送波周波数帯にはこの折り返し信号が発生する。この折り返し信号もI、Qの変調情報を有しているため、通信に使用することが可能である。
In the circuit of FIG. 2, the
(第3の実施形態)
図3は、本発明の第3の実施形態の送信器の構成例を示す回路図である。本発明の第3の実施形態は、I信号入力端子301、Q信号入力端子302、信号発生器303、デジタル変調器304、305、乗算器306、307、符号反転回路308、遅延器309、D級スイッチングアンプ310、311、負荷312を具備する。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of a transmitter according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment of the present invention includes an I signal
I信号入力端子301およびQ信号入力端子302は、デジタル変調器304、305の入力部にそれぞれ接続されている。デジタル変調器304、305の出力部は、乗算器307の第1の入力部にそれぞれ接続されている。乗算器306、307の第2の入力部には、信号発生器303の出力部が接続されている。乗算器306の出力部は、D級スイッチングアンプ310の入力部に接続されている。乗算器307の出力部は、符号反転回路308の入力部に接続されている。符号反転回路308の出力部は、遅延器309の入力部に接続されている。遅延器309の出力部は、D級スイッチングアンプ311の入力部に接続されている。D級スイッチングアンプ310、311の出力部は、負荷312の両端部にそれぞれ接続されている。
The I signal
なお、上記に説明した回路構成はあくまでも一例であって、本実施形態の送信器の構成を限定するものではない。 The circuit configuration described above is merely an example, and does not limit the configuration of the transmitter according to the present embodiment.
デジタル変調器304、305としては、ΔΣ変調器やPWM変調器など、入力信号を2値のデジタル信号に変調する回路が想定されている。また、負荷312としては、搬送波周波数帯の信号のみを電力として抽出するバンドパス特性を有する2端子入力のアンテナなどが想定されている。
As the
このうち、信号発生器303、デジタル変調器304、305、乗算器306、307、符号反転回路308、D級スイッチングアンプ310、311、は搬送波周波数(fC)の2倍のクロックレートで動作する。
Among these, the
ベースバンド回路から出力されるI信号およびQ信号は、それぞれI信号入力端子301およびQ信号入力端子302から供給され、それぞれデジタル変調器304およびデジタル変調器305に供給される。デジタル変調器304、305は入力信号を1とー1の2値のPDM信号に変換し、それぞれ乗算器306、307に出力する。同時に、信号発生器304は1、−1の1サイクル2クロック分の信号パターンを生成し、乗算器306、307に出力する。
The I signal and Q signal output from the baseband circuit are supplied from an I signal
この信号発生器303から出力される信号は、搬送波(周波数=fC)を2倍のサンプリングレート(2・fC)でサンプリングした信号に相当する。また、このとき、信号発生器303から乗算器307に出力される信号は、信号発生器303から乗算器306に出力される信号と同位相である点が第2の実施形態(図2)との相違点になる。
The signal output from the
乗算器306は、デジタル変調器304および信号発生器303から出力された信号をクロック毎に乗算し、D級スイッチングアンプ310に出力する。乗算器307は、デジタル変調器305および信号発生器303から出力された信号をクロック毎に乗算し、符号反転回路308に出力する。符号反転回路308は、入力信号の正負を反転し、遅延器309に出力する。遅延器309は入力信号を1/(4・fC)秒(クロックの2分の1の時間)遅延させてD級スイッチングアンプ311出力する。D級スイッチングアンプ310、311から出力された信号は、負荷312に出力される。
上記の構成を取ることにより、本発明の第3の実施形態(図3)は、第1の実施形態(図1)および第2の実施形態(図2)と同じ条件でD級スイッチングアンプを動作させることが可能となる。また、第3の実施形態(図3)は、第2の実施形態(図2)と同様に、内部回路の全てが搬送波周波数の2倍のクロックレートで動作する。さらに、I信号とQ信号の処理過程において、クロックの移相をずらして処理する過程が後段に移ることで、デジタル的な回路設計が容易な回路ブロックが広くなる。第2の実施形態では、各回路ブロックは全て搬送波周波数の2倍のクロックレート(2・fC)で動いているが、クロックのタイミング調整は搬送波周波数の4倍のクロックレート(4・fC)での回路動作に要求される精度が必要であった。これに対して、第3の実施形態では、遅延器308、D級スイッチングアンプ310、311以外のデジタル回路ブロックでは、搬送波周波数の2倍のクロックレート(2・fC)での回路動作に要求されるクロックの精度で設計すれば十分になる。このため、第3の実施形態は第2の実施形態に比べて、自動配置配線などでの回路設計が容易である。
By adopting the above configuration, the third embodiment (FIG. 3) of the present invention has a class D switching amplifier under the same conditions as those of the first embodiment (FIG. 1) and the second embodiment (FIG. 2). It becomes possible to operate. In the third embodiment (FIG. 3), as in the second embodiment (FIG. 2), all of the internal circuits operate at a clock rate that is twice the carrier frequency. Furthermore, in the process of processing the I signal and the Q signal, the process of shifting the phase of the clock shifts to the subsequent stage, so that the number of circuit blocks that allow easy digital circuit design becomes wider. In the second embodiment, all the circuit blocks operate at a clock rate (2 · f C ) that is twice the carrier frequency, but the clock timing adjustment is performed at a clock rate (4 · f C ) that is four times the carrier frequency. ) Required the accuracy required for circuit operation. On the other hand, in the third embodiment, the digital circuit block other than the
図3の回路において、符号反転回路308は、D級スイッチングアンプ311の手前の信号処理経路であれば、乗算器307と遅延器309の間以外に置いても構わない。つまり、符号反転回路308を乗算器307と遅延器309の間に置く替わりに、Q信号入力端子302とデジタル変調器305の間、信号発生器303と乗算器307の間、デジタル変調器305と乗算器307、遅延器309とD級スイッチングアンプ311の間の4箇所のいずれかにも置くことができる。
In the circuit of FIG. 3, the
また、図3の回路において、デジタル変調器304、305、乗算器306、307、符号反転回路308、D級スイッチングアンプ310、311のクロックレートを、搬送波周波数の3分の2倍として動作することも可能である。このとき、遅延器309で発生させる遅延時間は4・fC分の3秒(サンプリング・クロックの2分の1の時間)となる。同様に、信号発生器303は、1、−1の1サイクル2クロック分の信号を搬送波(周波数=fC)の3分の2倍のクロックグレート(2・fC/3)で出力する。これにより、D級スイッチングアンプ310、311からは搬送波の3分の1の周波数の信号が出力され、搬送波周波数帯にはこの折り返し信号が発生する。この折り返し信号もI、Qの変調情報を有しているため、通信に使用することが可能である。
In the circuit of FIG. 3, the
本発明の第3の実施形態では、I信号の演算過程に掛かる時間よりも、Q信号の演算過程に掛かる時間の方が2分の1クロック分だけ長くなる。この時間差は、歪発生の原因となる。 In the third embodiment of the present invention, the time required for the Q signal calculation process is longer by a half clock than the time required for the I signal calculation process. This time difference causes distortion.
図4は、本発明の第3の実施形態において、負荷312に出力される信号の歪を効果的に除去できる前置歪補正回路の構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a predistortion correction circuit that can effectively remove distortion of a signal output to the
図4の前置歪補正回路は、I信号入力端子401、Q信号入力端子402、単位遅延器403、404、加算器405、除算器406、I信号出力端子407、Q信号出力端子408を具備する。
4 includes an I signal
I信号入力端子401は、単位遅延器403の入力部に接続されている。単位遅延器403の出力部は、I信号出力端子407に接続されている。Q信号入力端子402は、単位遅延器404の入力部と、加算器405の第1の入力部とに接続されている。単位遅延器404の出力部は、加算器405の第2の入力部に接続されている。加算器405の出力部は、除算器406の入力部に接続されている。除算器406の出力部は、Q信号出力端子408に接続されている。
The I signal
図4の回路は、デジタル変調器304、305と同じクロックレートで動作する。
The circuit of FIG. 4 operates at the same clock rate as the
I信号入力端子401にはI信号が供給され、供給されたI信号は単位遅延器403に送られる。単位遅延器403は入力信号を1クロック分の時間を遅延させ、I信号出力端子407へ出力する。Q信号入力端子402からはQ信号が供給され、供給されたQ信号は単位遅延器404と加算器405に送られる。単位遅延器404は入力信号を1クロック分の時間を遅延させ、加算器405へ出力する。加算器405は、Q信号入力端子からの入力信号と単位遅延器403からの入力信号の和を計算し、計算結果を除算器406へ出力する。除算器406は入力信号を2分の1に除算し、Q信号出力端子408に出力する。
An I signal is supplied to the I
図4のI信号出力端子407とQ信号出力端子408は、それぞれ、図3のI信号入力端子301とQ信号入力端子302に接続される。
The I signal
図5、図6、図7は、本発明の第1、第2、第3の実施形態において、負荷106、211、312に所望の特性を持たせるための回路構成を示す回路図である。なお、図5、図6、図7の回路は負荷106、211、312のどれとも置き換えが可能である。
5, 6 and 7 are circuit diagrams showing circuit configurations for imparting desired characteristics to the
図5の回路は、バンドパスフィルタ501、502とアンテナ負荷503を具備する。
The circuit in FIG. 5 includes band-
図5の回路は入力端子を2つ有する。片方の入力端子は、I信号の処理経路にあるD級スイッチングアンプ104、209、310の出力をバンドパスフィルタ501に接続する。もう片方の入力端子は、Q信号の処理経路にあるD級スイッチングアンプ105、210、311の出力をバンドパスフィルタ502に接続する。アンテナ負荷503は2端子入力になっており、それぞれの端子にバンドパスフィルタ501、502の出力が供給される。
The circuit of FIG. 5 has two input terminals. One input terminal connects the output of the class
図6の回路は、バンドパスフィルタ601、602、バラン603とアンテナ負荷604を具備する。
The circuit in FIG. 6 includes
図6の回路は入力端子を2つ有する。片方の入力端子は、I信号の処理経路にあるD級スイッチングアンプ104、209、310の出力をバンドパスフィルタ601に接続する。もう片方の入力端子は、Q信号の処理経路にあるD級スイッチングアンプ105、210、311の出力をバンドパスフィルタ602に接続する。バラン603は、バンドパスフィルタ601の出力とバンドパスフィルタ602の出力の差をアンテナ負荷604に出力する。
The circuit of FIG. 6 has two input terminals. One input terminal connects the output of the class
図7の回路は、バラン701、バンドパスフィルタ702とアンテナ負荷703を具備する。
The circuit in FIG. 7 includes a
図7の回路は入力端子を二つ有する。片方の入力端子は、I信号の処理経路にあるD級スイッチングアンプ104、209、310の出力に接続する。もう片方の入力端子は、Q信号の処理経路にあるD級スイッチングアンプ105、210、311の出力に接続する。バラン701は、D級スイッチングアンプ104、209、310の出力とD級スイッチングアンプ104、209、310の出力の差を出力する。バラン701から出力された信号は、バンドパスフィルタ702を介してアンテナ負荷703に供給される。
The circuit of FIG. 7 has two input terminals. One input terminal is connected to the output of the class
101 デジタル変調IQ信号生成部
102 I変調信号入力端子
103 Q変調信号入力端子
104、105、209、210、310、311、910 D級スイッチングアンプ
106、211、312、811、912 負荷
201、301、401、801、901 I信号入力端子
202、302、402、802、902 Q信号入力端子
203、303、903 信号発生器
204、205、304、305 デジタル変調器
206、207、306、307、906、907 乗算器
208、308 符号反転回路
309 遅延器
403、404、908 単位遅延器
405 加算器
406 除算器
407 I信号出力端子
408 Q信号出力端子
501、502、601、602、702、911 バンドパスフィルタ
503、604、703 アンテナ負荷
603、701 バラン
803、804 デジタルアナログ変換器
805 局部発振器
806、807 ミキサ
808 移相器
809、909 加算器
810 AB級電力増幅器
904、905 ΔΣ変調器
101 Digital Modulation IQ Signal Generation Unit 102 I Modulation Signal Input Terminal 103 Q Modulation
Claims (9)
前記所定の搬送波周波数を有する搬送波に乗ったQ信号を、前記所定のサンプリング周波数を有し、位相が前記第1の2値のデジタル信号から90度遅れ、符号が反転された、第2の2値のデジタル信号に変換する第2の変換部と、
前記第1の2値のデジタル信号を増幅する第1のD級スイッチングアンプと、
前記第2の2値のデジタル信号を増幅する第2のD級スイッチングアンプと、
一方の端部から前記第1のD級スイッチングアンプの出力信号を入力し、他方の端部から前記第2のD級スイッチングアンプの出力信号を入力する負荷と
を具備し、
前記負荷は、
入力された2つの前記出力信号から前記搬送波周波数の帯域の信号を抽出するバンドパス特性
を具備する
送信器。 A first converter that converts an I signal on a carrier wave having a predetermined carrier frequency into a first binary digital signal having a predetermined sampling frequency;
A Q signal on a carrier wave having the predetermined carrier frequency has a predetermined sampling frequency, a phase is delayed by 90 degrees from the first binary digital signal, and a sign is inverted. A second conversion unit for converting into a digital signal of value;
A first class D switching amplifier for amplifying the first binary digital signal;
A second class D switching amplifier for amplifying the second binary digital signal;
A load for inputting an output signal of the first class D switching amplifier from one end, and an output signal of the second class D switching amplifier from the other end;
The load is
A transmitter having a bandpass characteristic for extracting a signal in a band of the carrier frequency from two input output signals.
前記所定のサンプリング周波数は、前記搬送波周波数の2倍である
送信器。 The transmitter of claim 1, wherein
The predetermined sampling frequency is twice the carrier frequency.
前記所定のサンプリング周波数は、前記搬送波周波数の3分の2倍である
送信器。 The transmitter of claim 1, wherein
The predetermined sampling frequency is two thirds of the carrier frequency.
前記所定のサンプリング周波数を有する第1および第2の規準波を出力する信号発生器
をさらに具備し、
前記第1の変換部は、
前記I信号を、前記所定のサンプリング周波数で2値のデジタル信号に変調する第1のデジタル変調器と、
前記第1のデジタル変調器の出力信号と、前記第1の規準波とを乗算する第1の乗算器と
を具備し、
前記第2の変換部は、
前記Q信号を、前記所定のサンプリング周波数で2値のデジタル信号に変調する第2のデジタル変調器と、
前記第2のデジタル変調器の出力信号と、前記第2の規準波とを乗算する第2の乗算器と、
前記Q信号、前記第2の規準波、前記第2のデジタル変調器の出力信号、前記第2の乗算器の出力信号または前記第2の変換部の出力信号のいずれかにおいて、符号を反転する符号反転器と
を具備する
送信器。 The transmitter according to any one of claims 1 to 3,
A signal generator for outputting first and second reference waves having the predetermined sampling frequency;
The first conversion unit includes:
A first digital modulator that modulates the I signal into a binary digital signal at the predetermined sampling frequency;
A first multiplier that multiplies the output signal of the first digital modulator and the first reference wave;
The second converter is
A second digital modulator that modulates the Q signal into a binary digital signal at the predetermined sampling frequency;
A second multiplier for multiplying the output signal of the second digital modulator by the second reference wave;
The sign is inverted in one of the Q signal, the second reference wave, the output signal of the second digital modulator, the output signal of the second multiplier, or the output signal of the second conversion unit. A transmitter comprising a sign inverter.
前記第2の規準波は、前記第1の2値のデジタル信号から90度遅れた位相
を具備する
送信器。 The transmitter of claim 4, wherein
The second reference wave has a phase delayed by 90 degrees from the first binary digital signal.
前記第2の変換部は、
前記第2の乗算器の後段に接続されて、位相を90度遅らせる遅延器
をさらに具備する
送信器。 The transmitter of claim 4, wherein
The second converter is
The transmitter further comprising a delay unit connected to a subsequent stage of the second multiplier and delaying the phase by 90 degrees.
前記第1の規準波は、前記所定のサンプリング周波数および2値のデジタル波形を有するcos波であって、
前記第2の規準波は、前記所定のサンプリング周波数および2値のデジタル波形を有するsin波である
送信器。 The transmitter according to any one of claims 4 to 6,
The first reference wave is a cos wave having the predetermined sampling frequency and a binary digital waveform,
The second reference wave is a sine wave having the predetermined sampling frequency and a binary digital waveform.
前記第1および第2のデジタル変調器のそれぞれは、
ΔΣ変調器
を具備する
送信器。 The transmitter according to any one of claims 4 to 7,
Each of the first and second digital modulators includes:
A transmitter having a ΔΣ modulator.
前記第1および第2のデジタル変調器のそれぞれは、
PWM(Pulse Width Modulation)変調器
を具備する
送信器。 The transmitter according to any one of claims 4 to 7,
Each of the first and second digital modulators includes:
A transmitter comprising a PWM (Pulse Width Modulation) modulator.
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