JP2012105037A - 歪補償増幅回路 - Google Patents

Abstract

【課題】増幅部から歪成分を抑止した信号を出力させる歪補償増幅回路を提供する。
【解決手段】フィードフォワード方式の歪補償増幅回路であって、入力信号を分配する第１分配部と、分配された一方の入力信号の振幅、位相を調整する第１調整部と、第１合成部を有し第１調整部からの出力信号を第１合成部の一方に入力させ第１合成部の出力信号を増幅する増幅部と、増幅された信号を分配する第２分配部と、第１分配部で分配された他方の入力信号を遅延させる遅延部と、遅延部の出力信号と第２分配部で分配された一方の信号とを合成する第２合成部と、合成された信号の振幅、位相を調整する第２調整部と、第２調整部の出力信号を分配する第３分配部と、第３分配部で分配された一方の出力信号の振幅、位相を調整し、調整した信号を増幅部の第１合成部の他方に入力させ、第１合成部に第１調整部からの出力信号と合成させるフィードバック部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、増幅器で発生する歪を低減するフィードフォワード方式の歪補償増幅回路に関する。

増幅器で増幅された信号は、非線形動作による歪成分が含まれて出力される。この歪を低減する回路として、増幅器で出力される信号と入力信号とを同振幅、逆位相で足し合わせることで、増幅器によって発生した歪成分を抜き出すフィードフォワード方式の歪補償増幅回路（以下、フィードフォワード歪補償増幅回路と称する）が知られている。

また、関連のある技術として、以下の文献が開示されている。

特開２０１０−１７１５３５号公報

フィードフォワード歪補償増幅回路において、増幅器から出力される信号に含まれる歪成分を、その増幅器の出力前に抑えることができれば、発生した歪を打ち消すフィ―ドフォワード回路においては制御レベルを低く抑えることができる。本発明は、増幅器で発生する歪を、増幅器の出力前に抑えることで、フィードフォワード歪補償増幅回路としての歪の低減を図る技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る歪補償増幅回路は、フィードフォワード方式の歪補償増幅回路であって、入力信号を分配する第１分配部と、第１分配部で分配された一方の入力信号の振幅及び位相を調整する第１調整部と、第１合成部を有し第１調整部からの出力信号を第１合成部の一方に入力させて第１合成部の出力信号を増幅する増幅部と、増幅部によって増幅された信号を分配する第２分配部と、第１分配部で分配された他方の入力信号を遅延させる遅延部と、遅延部の出力信号と第２分配部で分配された一方の信号とを合成する第２合成部と、第２合成部で合成された信号の振幅及び位相を調整する第２調整部と、第２調整部からの出力信号を分配する第３分配部と、第３分配部で分配された一方の出力信号の振幅及び位相を調整し、調整した信号を増幅部の第１合成部の他方に入力させ、第１合成部に第１調整部からの出力信号と合成させるフィードバック部とを有する。

入力信号を増幅する増幅部から、歪成分を抑止した信号を出力させることができる。

本実施形態に係るフィードフォワード歪補償増幅回路の一例を示す図である。 本実施形態に係るフィードフォワード歪補償増幅回路の調整時の画面例を示す図である。 一般的なフィードフォワード歪補償増幅回路の一例を示す図である。

まず、本実施形態の前提となる一般的なフィードフォワード歪補償増幅回路を図３に示すとともに、その動作、調整手法について説明する。

無歪の入力信号は、まず分配器１により分配される。主信号の一方は、主信号増幅器４で増幅され、方向性結合器６、遅延回路１１、方向性結合器１２を通る。主信号から歪成分を抽出するため、主信号増幅器４で増幅された信号の一部が方向性結合器６から取り出される。この取り出された歪成分を含む信号と、分配器１で分配された他方の主信号とが合成器７で合成されることで主信号成分が打ち消され、歪信号が抽出される。

ここで、主信号を打ち消すためには、合成器７で合成される２つの信号が同振幅、逆位相となる必要がある。よって図３の例では、遅延回路５と可変位相器３とで２つの信号が互いに逆位相となるように調整され、可変減衰器２で２つの信号が同振幅となるように調整される。

合成器７は、主信号を打ち消すことで歪信号を出力し、歪信号増幅器１０はこの歪信号を増幅する。方向性結合器１２は、方向性結合器６から出力される主信号（歪成分が含まれる）と歪信号増幅器１０で増幅された歪信号とを結合することで、主信号に含まれる歪成分を低減し、この歪成分が低減された信号を出力する。

方向性結合器６から出力される主信号に含まれる歪成分を打ち消すためには、方向性結合器１２で歪信号が同振幅、逆位相となるように結合される必要がある。よって、図３の例では、遅延回路１１で主信号の位相が調整され、可変位相器９で歪信号の位相が調整されることで逆位相を実現し、また可変減衰器８で歪信号の振幅が調整されることで同振幅を実現する。

次に、図３で示したフィードフォワード歪補償増幅回路に対しての、歪低減を図るための設定手法について説明する。遅延回路５、１１の遅延量は予め固定値で決められている。そこでまず、ユーザは、抜き出される歪量が設定値に達するよう可変減衰器２、可変位相器３を設定し、その後、主信号の歪が設定値まで打ち消されるように可変減衰器８、可変位相器９の設定を行う。

本実施形態は、図３で示したフィードフォワード歪補償増幅回路に対し、主信号増幅器４に歪補償のためのフィードバック回路を別途追加し、本来は主信号の歪を打ち消すために増幅された歪信号を、フィードバック回路を用いて主信号増幅器４にフィードバックさせる。本実施形態は、このフィードバックされる歪のレベルを安定的に制御することにより、主信号増幅器４から出力される歪の低減を図る。

本実施形態の構成を図１に示す。本実施形態でのフィードフォワード歪補償増幅回路１００（歪補償増幅回路）は、前述図３で説明をした、歪信号増幅器１０内の２つの増幅器の段間に方向性結合器１４を持ち、また主信号増幅器４内の２つの増幅器の段間に方向性結合器１３を持ち、さらに方向性結合器１４から取り出された信号を方向性結合器１３へフィードバックさせる構成としたものである。

フィードバック制御の歪補償もフィードフォワード制御と同様、同振幅、逆位相で合成することで歪の補償を行う必要がある。よってフィードフォワード歪補償増幅回路１００は、さらに、固定の遅延量を持つ遅延回路１７と、振幅、位相の調整を行う可変減衰器１５、可変位相器１６を具備している。

フィードフォワード歪補償増幅回路１００の調整手順について説明する。可変減衰器２、可変位相器３は、合成器７で出力される歪信号を予め規定された設定値より小さくなるように出力信号を調整する。次に、可変減衰器１５、可変位相器１６は、フィードバック歪補償の出力レベル（可変減衰器１５からの出力レベル）が一定値に収束させるように出力信号を調整する。その後、可変減衰器８、可変位相器９は、方向性結合器１２での歪成分を所定レベルまで収束させるように出力信号を調整する。この歪抽出回路の収束方法（可変減衰器２、可変位相器３による調整）と歪打ち消し回路の収束方法（可変減衰器８、可変位相器９による調整）は前述図３の例で説明した方法と同じである。

本実施形態では、各段で出力される電力レベルをそれぞれ検波し、Ａ／Ｄ変換を行い数値化することで、外部装置、例えばパーソナルコンピュータのディスプレイに表示するとともに、ユーザによってその値を設定、制御できるものとする。

図２に外部装置に制御状態(歪状態)を表示した例を示す。歪抽出制御の表示１８では、可変減衰器２、可変位相器３が用いられることで打ち消される主信号レベル（主信号レベル値）、その設定値（主信号収束値）、可変減衰器２の状態を示す可変減衰値、可変位相器３の状態を示す可変位相値の各数値が表示される。

フィードバック制御の表示１９では、可変減衰器１５、可変位相器１６によって調整される歪電力レベル（歪電力レベル値）、その設定値（歪電力収束値）、可変減衰器１５の状態を示す可変減衰値、可変位相器１６の状態を示す可変位相値の各数値が表示され、また可変減衰器１５、可変位相器１６の基準値が表示される。

フィードフォワード制御の表示２０は、可変減衰器８、可変位相器９によって調整されるＴｏｔａｌ歪レベル値、その設定値である歪レベル収束値、可変減衰器８の状態を示す可変減衰値、可変位相器９の状態を示す可変位相値の各数値が表示される。

次に、フィードフォワード歪補償増幅回路１００の動作、およびフィードフォワード歪補償増幅回路１００に対する図２の画面を用いた設定方法について説明をする。まず、ユーザによって、表示１８の主信号収束値より主信号レベル値が小さくなるように可変減衰器２、可変位相器３が設定される。合成器７より合成された歪信号は、歪信号増幅器１０により増幅され、ある程度まで増幅した歪信号は、歪信号増幅器１０内の段間の方向性結合器１４によって一部が取り出される。

その後、ユーザによって表示１９の歪電力レベル値が歪電力収束値に収束するように、可変減衰器１５、可変位相器１６が設定される。振幅は、歪の打ち消しが始まると出力されるレベルが低くなるため、低くなったレベルを主信号と同振幅となるように可変減衰器１５が設定される。方向性結合器１４によって取り出された信号は、このように可変位相器１６、可変減衰器１５が設定されることで、また遅延回路１７によって遅延となることで主信号に対して逆位相、同振幅となり、その後、主信号増幅器４の段間に具備された方向性結合器１３で主信号と結合される。

上記２つの調整が完了後、最後に可変減衰器８、可変位相器９が設定されることで、フィードフォワード歪補償増幅回路１００から出力される信号の収束調整が行われる。この調整は表示２０のＴｏｔａｌ歪レベル値が歪レベル収束値近傍（もしくは歪レベル収束値以下）となるまで行われる。

この際、可変減衰器８、可変位相器９の出力信号が変動すると可変減衰器１５、可変位相器１６に入力される歪信号の振幅、位相が変化してしまい、これによりフィードバック歪補償の出力信号の振幅、位相が変動してしまう。これを抑えるために、上記２つの設定（可変減衰器２と可変位相器３の設定、および可変減衰器１５と可変位相器１６の設定）が完了した後に、外部装置は、可変減衰器１５、可変位相器１６の値を基準値として保持する。そして、この基準値となるように可変減衰器８と逆の動きとなるように可変減衰器１５が設定され、また可変位相器９で変化させた位相と逆の位相となるように可変位相器１６が設定される。

本実施形態によって、主信号の歪成分をフィードバック制御により低減させ、歪成分が低減した信号をフィードフォワード動作により歪のキャンセルを行うことができ、歪量を良化する仕組みを提供できる。

また、本実施形態によって、主信号の歪成分が低減することで、歪信号増幅回路への入力レベルが低減され低消費電力化を図ることができる。

本実施形態では、方向性結合器で信号の一部を分配したり、結合したりしたが、態様を限定するものではなく、方向性結合器に代え、分配器や分岐器、および合成器等を用いる実装も考えられる。同様に、本実施形態の分配器、合成器に代え、分岐器や方向性結合器を用いる実装も考えられる。

本実施形態では、以下の歪補償増幅回路が開示されている。
入力信号を分配する第１分配部（１）と、前記第１分配部（１）で分配された一方の入力信号の振幅及び位相を調整する第１調整部（２，３）と、第１合成部（１３）を有し前記第１調整部（２，３）からの出力信号を該第１合成部（１３）の一方に入力させて該第１合成部（１３）の出力信号を増幅する増幅部（４）と、前記増幅部（４）によって増幅された信号を分配する第２分配部（６）と、前記第１分配部（１）で分配された他方の入力信号を遅延させる遅延部（５）と、前記遅延部（５）の出力信号と前記第２分配部（６）で分配された一方の信号とを合成する第２合成部（７）と、前記第２合成部（７）で合成された信号の振幅及び位相を調整する第２調整部（８，９）と、前記第２調整部（８，９）からの出力信号を分配する第３分配部（１４）と、前記第３分配部（１４）で分配された一方の出力信号の振幅及び位相を調整し、該調整した信号を前記増幅部（４）の第１合成部（１３）の他方に入力させ、該第１合成部（１３）に前記第１調整部（２，３）からの出力信号と合成させるフィードバック部（１５，１６，１７）とを有するフィードフォワード方式の歪補償増幅回路。

また、上記の歪補償増幅回路において、さらに、前記第３分配部（１４）で分配された他方の出力信号と、前記第２分配部（６）で分配された他方の信号とが逆位相、且つ同振幅となるように合成し、該合成信号を外部に出力する出力部（１０、１１、１２）を有するフィードフォワード方式の歪補償増幅回路も本実施形態で開示されている。

１ 分配器、２、８、１５ 可変減衰器、３、９、１６ 可変位相器、４ 主信号増幅器、５、１１、１７ 遅延回路、６、１２、１３、１４ 方向性結合器、７ 合成器、１０ 歪信号増幅器、１００ フィードフォワード歪補償増幅回路。

Claims (1)

1. 入力信号を分配する第１分配部と、
   前記第１分配部で分配された一方の入力信号の振幅及び位相を調整する第１調整部と、
   第１合成部を有し、前記第１調整部からの出力信号を該第１合成部の一方に入力させて該第１合成部の出力信号を増幅する増幅部と、
   前記増幅部によって増幅された信号を分配する第２分配部と、
   前記第１分配部で分配された他方の入力信号を遅延させる遅延部と、
   前記遅延部の出力信号と前記第２分配部で分配された一方の信号とを合成する第２合成部と、
   前記第２合成部で合成された信号の振幅及び位相を調整する第２調整部と、
   前記第２調整部からの出力信号を分配する第３分配部と、
   前記第３分配部で分配された一方の出力信号の振幅及び位相を調整し、該調整した信号を前記増幅部の第１合成部の他方に入力させ、該第１合成部に前記第１調整部からの出力信号と合成させるフィードバック部と
   を有するフィードフォワード方式の歪補償増幅回路。

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