JP2012129893A - 増幅回路、増幅回路への電力供給制御方法及び送信装置 - Google Patents

増幅回路、増幅回路への電力供給制御方法及び送信装置 Download PDF

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Abstract

【課題】増幅された信号のACLR特性の劣化を防止するとともに、増幅制御による電力供給の適正化を図る。
【解決手段】 増幅回路(2)、増幅回路への電力制御方法又は送信装置であって、増幅器(4)と、検出部(6)と、制御部(8)を備える。検出部が増幅器が出力する出力電力を検出し、制御部(8)は、この検出出力により求められるピーク電力対平均電力比(PAR)に対する増幅器の飽和点が最適値になるように増幅器(4)の動作を制御する構成である。
【選択図】図1

Description

本発明は、送信電力等を増幅する増幅器の制御技術に関する。
携帯電話機等の音声情報やデータの無線通信を行う送信装置では、出力させる送信信号に対して電力増幅を行う。そして、送信信号に対して所定の出力が出ているか否かを判断するため、検波手段を設置し、その出力を監視するものがある。この送信装置において、目的の出力が得られていない場合には、その検出結果により出力電力の制御を行うものが知られている。
このような電力増幅を監視制御するものとして、アンテナ側に出力される出力信号に応じた信号を一方の端子から取り込み、又、アンテナ側からの反射波を取り込み、反射波に応じた信号を他方の端子から出力する方向性結合器、これらの信号出力を検波する検波器を備えるものがある。そして、検波結果に基づいて、制御回路は、DC/DCコンバータの出力電圧を制御するものが知られている(例えば、特許文献1)。
また、電力増幅器による送信出力の増幅を制御するため、送信信号を第1の検波感度で検波する第1の検波手段と、この第1の検波感度よりも低い第2の検波感度で検波する第2の検波手段を備える。そして、検波した出力信号を合成した合成信号と送信ランプ発生信号とを比較して、増幅器のダイナミックレンジを制御するものがある(例えば、特許文献2)。
特開2003−8365号公報 特開2001−16116号公報
ところで、無線通信の高速通信規格であるHSDPA(High Speed Downlink Packet Access)やHSUPA(High Speed Uplink Packet Access) では、音声通信や定速パケット通信(3GPP R99) に対して、大きなPAR(Peak-to-Average Power Ratio )の送信信号を要する。即ち、これらの通信規格では、送信装置において、平均電力に対するピーク電力の比率が高い信号を扱う事が求められる。また、今後実用化が開始されるLTE(Long Term Evolution)規格等では、例えば、送信信号の変調帯域幅が見かけ上、最大100倍まで変化させており、帯域幅が広くなるほどPARが増加する。
このようなPARが大きい信号では、送信回路の電気的特性が一定であれば、従来の定速パケット通信(例えば、R99)規格の信号を扱う場合に比べて3GPPで定められているACLR(隣接チャネル漏洩電力比:Adjacent Channel Leakage power Ratio)やSEM(Spectrum Emission Mask)等の性能が劣化する。そのため、移動通信端末では、HSDPA、HSUPA、LTE等の信号を利用する場合、その信号に応じて適正な性能を満たすために、従来のR99通信信号を扱う場合と比べて送信回路に高い飽和特性を必要とする。特に、送信回路のPA(Power AMP)は、利用する信号特性に対応するため、駆動電圧を上げて飽和点を高めたものが市場に提供されている。
しかし実際には、PAの駆動電圧を一律に上げると消費電流が増加して移動通信端末の通話時間を著しく短縮してしまうため、例えば、送信している信号種別に合わせて電圧を変更したり、又は送信電力が低い時には電圧を下げる等の制御を行っている。
この制御は、送信電力が低い時にはPA駆動電圧を下げたり、又は送信信号種別が異なり送信信号のPARが異なるときにACLR特性が劣化しないようにPA駆動電圧を変更するものである。これらの制御は、例えば、予め設定される出力電力レベルやHSDPA、HSUPA、LTE等の送信信号種別に依存して行われている。
また、信号種別が同じであっても信号条件によってPARは異なっており、従来の送信信号に応じたPAの電圧制御では、例えば、全てのPARに対応するため、理論上の最大PARに合わせてPAの駆動電圧が設定されている。この結果、実際に送信している信号のPARに対して必要以上に電圧を上げて動作するケースが多くなり、消費電流の増加に伴い通話時間が短縮されるという課題がある。3GPPで定められているACLRやSEM等は送信信号のPARと強い相関があることから、例えば、送信中の信号PARに応じてPAの駆動電圧を常に最適に制御することや、PAの駆動電圧を送信信号の状態に応じて可変するエンベローブトラッキング等の方法がある。しかし、規模の大きい演算回路が必要になるとともに、LTE等の広帯域の変調信号に対する追従性が課題となる。
ここで一般的に送信回路は、送信電力が高い領域でのPAの非線形性、温度変動等による利得の変化に起因する出力電力誤差を補正する制御機能を有している。例えば、PAの出力の一部をカプラで取り出し、出力電力の実効値をダイオード検波器で検波する。そして、これらの検波結果によって実際に送信している電力を測定し、目標送信電力との誤差を補正する。
斯かる要求や課題について、特許文献1、2にはその開示や示唆はなく、それを解決する構成等についての開示や示唆はない。
そこで、本開示の増幅回路、増幅回路への電力供給制御方法及び送信装置の目的は、送信信号のACLR特性の劣化を防止するとともに、送信信号種別に対する電力供給の適正化を図る。
上記目的を達成するため、本開示の増幅回路、増幅回路への電力供給制御方法又は送信装置の一側面は、増幅器と検出部と制御部を備える。増幅器が出力した出力電力を検出部で検出し、この検出結果から求めたピーク電力対平均電力比(PAR)に対して増幅器の飽和特性が最適値になるように増幅器への電力供給の動作を制御する。
本開示の増幅回路、増幅回路への電力供給制御方法及び送信装置によれば、次のいずれかの効果が得られる。
(1) 簡易な構成で送信信号のPARを求め、このPARに基づいて増幅器の駆動制御を行うので、信号種別に関わらず、電力供給制御の最適化を図ることができる。
(2) また、このような電力供給の最適化により、携帯端末装置の通話等の利用時間を延ばすことができる。
そして、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面及び各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。
第1の実施の形態に係る増幅回路の構成例を示す図である。 増幅制御処理の一例を示すフローチャートである。 第2の実施の形態に係る増幅回路の構成例を示す図である。 増幅制御処理の一例を示すフローチャートである。 第3の実施の形態に係る送信装置の構成例を示す図である。 検波器の構成例を示す図である。 検波回路の構成例を示す図である。 入力信号の包絡線検波の一例を示す図である。 入力信号のピークホールド特性の検波出力の一例を示す図である。 包絡線検波出力とピークホールド検波出力の一例を示す図である。 PA駆動電圧制御テーブルの一例を示す図である。 増幅制御処理の一例を示すフローチャートである。 PA駆動電圧決定処理の一例を示すフローチャートである。 第4の実施の形態に係る送信装置の構成例を示す図である。 送信信号のPARが異なる場合のACLRの違いを示す図である。 増幅器の飽和特性を示す図である。 増幅器の飽和点を変化させた場合のACLRの違いを示す図である。 他の実施の形態に係る制御部の構成例を示す図である。 他の実施の形態に係る携帯端末装置の外観構成例を示す図である。 他の実施の形態に係る携帯端末装置の外観構成例を示す図である。 増幅回路の比較例を示す図である。 増幅制御の比較例を示す図である。
〔第1の実施の形態〕
第1の実施の形態について、図1を参照する。図1は、第1の実施の形態に係る増幅回路の構成例を示す図である。図1に示す構成は一例であって、これに限定されない。
図1に示す増幅回路2Aは、本開示の増幅回路又は送信装置の一例であって、送信装置から出力する信号を所定の電力に増幅する。増幅処理される信号は、例えば、音声信号やデータ信号等、高周波信号に用いればよい。この増幅回路2Aは、例えば、増幅器4、出力検出部6、駆動制御部8を備えている。
増幅器4は、入力された信号として、例えば、音声信号やデータ信号等変調された高周波信号等を所定の電力(送信電力)まで増幅させる手段の一例である。この増幅器4は、例えば、駆動電圧を増減させることで飽和点の変更が可能であり、増幅する信号のPARに対して最適な駆動電圧とする制御が可能である。
出力検出部6は、増幅された信号の出力電力を検出する手段の一例であって、例えば、ダイオード検波器等の検波回路で構成されればよい。この出力検出部6は、増幅器4による増幅を監視するため、例えば、増幅器4の出力側に設置したカプラ等の検出手段により信号の一部を取り出し、その電力検出を行う。この検出では、例えば、増幅された信号のPARを算出するためピーク電力や平均電力を検出する。そして、検出した出力電力は、駆動制御部8側に送信される。
駆動制御部8は、出力検出部6で検出した出力電力に基づいてPARを求め、このPARに対して増幅器4の飽和点が最適になるように増幅器4の動作制御を行う手段の一例である。PARの算出では、例えば、出力検出部6で検出された、信号のピーク電力と平均電力を利用し、これらの値について比率、即ちPARを算出する。そして、算出したPARについて、例えば、最適な電力が増幅器4に供給されているか否かを判断し、増幅器4に対する駆動電圧を増減制御させる。
この増幅制御処理について、図2を参照する。図2に示す処理内容、処理手順等は一例であって、これに限定されない。
この増幅制御処理は、本開示の増幅回路への電力供給制御方法の一例である。増幅器4に対して入力された信号に対し所定の駆動電圧で増幅され、出力されると、その出力信号を出力検出部6に取り込み、その出力電力を検出する(ステップS1)。
検出した出力電力値を用いて出力される信号のPARを算出する(ステップS2)。
そして、検出出力から得られたPARに基づき、増幅器4に対して駆動制御を行う(ステップS3)。
斯かる構成により、検出出力により求められるPARに対応して増幅器の駆動制御を行うことで、増幅器の飽和特性を変化させることができ、信号種別に関わらず、最適な電力供給が制御できる。また、電力供給の最適化により、信号のACLR特性の劣化を防止し、携帯端末装置の通話等の利用時間を延ばすことができる。
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について、図3を参照する。図3は、第2の実施の形態に係る増幅回路の構成例を示す図である。図3に示す構成は一例であって、これに限定されない。
この増幅回路2Bは、本開示の増幅回路又は送信装置の一例であって、増幅器4の増幅処理を監視する出力検出部として、例えば図3に示すピーク電力検出部10及び実効電力検出部12を備えてもよい。また、この増幅回路2Bには、制御部14、駆動電源部16を備えている。そして、この増幅回路2Bでは、例えば、出力信号から検出したピーク電力及び実効電力からPARを求め、このPARに対して増幅機4への駆動電圧を制御する。
ピーク電力検出部10は、増幅器4が出力する信号のピーク電力を検出する第2の検出部の一例であり、例えば、ピークホールド特性を有するダイオード検波回路等で構成されればよく、増幅器4から出力した信号のピーク電力を検出する。この検出処理では、例えば、増幅された出力信号のピークホールド特性に近い検出値が得られるので、その検出値を平滑化処理することでピーク電力値が得られる。
実効電力検出部12は、増幅器4が出力する実効電力を検出する第1の検出部の一例であり、例えば、実効電力を検出するダイオード検波回路等で構成すればよい。そして、この実効電力検出部12は、増幅器4から出力した信号の実効電力値、実効電圧値等を検出する。この実効電力検出では、例えば、増幅された信号の包絡線検波を行い、その検出値を平滑化処理することで実効出力電力が得られる。
ピーク電力検出部10で検出されたピーク電力及び実効電力検出部12で検出された実効電力は、制御部14側に送信される。
制御部14は、ピーク電力検出部10及び実効電力検出部12の検出結果を利用して増幅器4に対する駆動制御を行う手段の一例であって、既述の駆動制御部8に対応する。この制御部14は、例えば、検出したピーク電力と実効電力との差分値、即ちPARを算出し、このPARに基づいて増幅器4の飽和点が最適値になるように、駆動電源部16に対して制御指示を出力する。この制御では、例えば、ピーク電力と実効電力との差分値に対してPARを関連付けしたテーブルや換算式等と、PARに対応した最適な駆動電圧を関連付けしたテーブルや換算式を利用すればよい。或いは、ピーク電力と実効電力の組み合わせから直接最適な駆動電圧を関連付けしたテーブルや換算式を利用しても良い。この様にすることで、送信信号のPARに対して最適な増幅器4に対する駆動電圧を求める事ができる。
駆動電源部16は、増幅器4に対する駆動電圧である例えば、ドレイン電圧の印加手段の一例であって、駆動電源部16の印加電圧に応じて増幅器4の飽和点を変化させることができる。
この増幅制御処理について、図4を参照する。図4は、増幅制御処理の一例を示すフローチャートである。図4に示す処理内容、処理手順等は一例であって、これに限定されない。
この増幅制御処理は、本開示の増幅回路への電力供給制御方法の一例であって、増幅器4で増幅された出力信号を検波し、ピーク電力及び実効電力を検出し、このピーク電力と実効電力との差分値を求める。そして、この差分値に基づいて増幅器4の飽和点が最適になるように、増幅器4に対する駆動制御を行う。
そこで、増幅された出力信号からピーク電力を検出する(ステップS11)とともに、実効電力を検出する(ステップS12)。そして、検出したピーク電力と実効電力の差分を算出し、この算出値に基づいてPARを求める(ステップS13)。この処理では、例えば、電力の差分値とPARとを関係付けたテーブルを参照すればよい。
求められたPARに対し、増幅器4の飽和点が最適値となるように、増幅器4に対する駆動制御を行う(ステップS14)。この駆動制御では、増幅器4に対して加えられる駆動電圧の増減を行う。
斯かる構成によれば、増幅された出力信号について、ピーク電力値と実効電力値とからPARを求めることができる。そして、このPARに対して増幅器4の飽和点が最適値になるように増幅器の駆動制御を行うことで、信号のACLR特性の劣化を防止することができる。また、この増幅回路により信号のPARを測定し、このPARに基づいて増幅器の駆動制御を行うので、信号種別に関わらず、最適な電力供給が制御できる。また、電力供給の最適化により、携帯端末装置の通話等の利用時間を延ばすことができる。
〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について、図5を参照する。図5は、第3の実施の形態に係る送信装置の構成例を示す図である。図5に示す構成は一例であって、これに限定されない。
この送信装置20は、本開示の増幅回路、送信装置の一例であって、音声信号やデータ信号等を無線通信により送信させるものであって、既述のように、送信電力を得るための増幅器4やアンテナ22を備えている。この送信装置20は、例えば、携帯電話機やPC(Personal Computer )、無線機等の無線通信可能な機器で構成されればよい。アンテナ22は、増幅器4からの送信電力の供給を受け、送信信号(無線信号)を送信装置として、例えば、無線通信基地局や他の無線通信機器側に向けて放射する。
また、この送信装置20には、ベースバンド信号を高周波信号に変換すると共に、各種無線回路部の制御を行うRF−LSI(Radio Frequency− Large Scale Integration circuit:大規模集積回路) 24、送信信号の処理と各種通信制御処理を行うBB−LSI(Base Band LSI)26、検波回路I28、検波回路II30、PA駆動電源回路32、PA( 増幅器) 4等を備える。
RF−LSI24は、送信装置の通信制御手段の一例であって、送信信号に対する電力制御や既述の増幅器4に対する駆動電圧制御等を行う構成であって、例えば、RFコントローラ40、メモリ42を備える。その他、例えば、送信信号に対する制御機能部として、可変利得アンプ44、ミキサ46、搬送波発信器48等を備えている。
RFコントローラ40は、増幅器に対する駆動制御を行う手段であるとともに、送信信号に対する電力制御手段の一例であって、例えば、既述の駆動制御部8(図1)、制御部14(図3)に対応する。RFコントローラ40は、例えば、検波回路I28、検波回路II30に接続され、既述のように、増幅器4に対する駆動電圧制御として、検波結果に基づいてPA駆動電源回路32に制御指示を出力する。また、RFコントローラ40は、BB−LSI26の送信電力制御部62と接続し、例えば、送信信号の検波情報や制御情報を送受信している。そして、送信信号に対する電力制御として、可変利得アンプ44に対して制御指示を出力する。この電力制御では、例えば、送信電力制御部62から指示された値に基づいて増幅器4により増幅させる利得や駆動電圧を計算する。この算出では、送信信号に対して、増幅器4が飽和しないように設定する。
メモリ42は、通信制御情報等を記憶する手段の一例であって、例えば、検波情報に関連付けられたPARや増幅器4に対する駆動電圧制御情報が格納されたPA駆動電圧制御テーブル60を備えている。そして、RFコントローラ40は、駆動電圧制御において、例えば、このPA駆動電圧制御テーブル60を利用して、送信信号のPARに対してPAの飽和点が最適値になるように駆動電圧を決定すればよい。
可変利得アンプ44は、送信信号に対する出力電力制御手段の一例であって、送信信号に対して所定の電力値に増幅する。また、この可変利得アンプ44は、電力値の利得(ゲイン)が設定可能であり、例えば、送信信号に対する電力制御では、BB−LSI26からの制御指示と検波結果に基づいて、RFコントローラ40から電力制御指示を受ける。
ミキサ46は、送信したい信号を搬送波にのせるための変調手段の一例である。即ち、BB−LSI26のBB−MODEM64側から受けた送信信号に対し、搬送波発信器48からの搬送波を加算することで、送信信号の変調を行う。
検波回路I28は、既述の実効電力検出部12の一例であって、例えば、増幅器4の出力側からカプラ68によって取り出した送信信号から実効電力値を検出し、直流電圧に変換する。そして、変換した実効電圧値(Vrms)は、A/Dコンバータ52で変換され、RFコントローラ40に入力される。
また、検波回路II30は、既述のピーク電力検出部10の一例であって、増幅器4の出力側からカプラ68によって取り出した送信信号からピーク電圧値(Vpk)を検出し、直流電圧に変換する。そして、変換したピーク電圧値(Vpk)は、A/Dコンバータ54で変換され、RFコントローラ40に入力される。
そして、RFコントローラ40は、例えば、入力された各検波値の平滑化処理を行った後、ピーク電圧値(Vpk)と実効電圧値(Vrms)との差分値(Vdiff)を算出する。検波値の平滑化処理では、例えば、検波値をサンプリングして算出により平均化してもよく、又はA/Dコンバータに入力する前にローパスフィルタを設けてもよい。そして、算出した差分値(Vdiff)は、送信信号のPARと相関する値である。
また、RFコントローラ40は、送信電力が高い領域における増幅器4の非線形性や温度変動などによる利得の変化等に起因して発生する出力電力の誤差に対する補正(APC:Auto Power Control)を行う。この補正処理では、例えば、検波回路I28から取込んだ実効電圧値(Vrms)に基づいて、現在送信中の電力を算出し、この電力値が設定された送信電力値に一致しない場合に送信電力制御を行う。この場合、RFコントローラ40は、可変利得アンプ44に対して送信電力制御情報を出力すればよい。
PA駆動電源回路32は、既述の駆動電源部16の一例であって、例えば、RFコントローラ40からの駆動制御に基づいて、増幅器4に対して駆動電圧を印加する。
BB−LSI26は、送信する音声信号、データ信号等を処理する情報処理手段の一例であって、例えば、送信電力制御部62、BB−MODEM64、メモリ66等を備える。
送信電力制御部62は、無線通信基地局や他の無線通信機器との通信制御や、送信信号に応じた電力制御手段の一例であって、RFコントローラ40との間で、制御情報の送受信を行う。この制御情報は、例えば、送信信号に対して設定された送信電力値やPAR、その他の情報が含まれる。これらの制御情報は、例えば、メモリ66に格納されている。
BB−MODEM64は、送信装置20で利用する音声やデータについてディジタル信号変調処理を行う手段の一例である。このBB−MODEM64側で変調された送信信号は、RF−LSI24側に入力され、D/Aコンバータ50を介してミキサ46で搬送波に変調される。
メモリ66は、記憶手段の一例であって、例えば、送信する信号の種別に応じて設定されたPAR等の送信電力制御情報が格納されている。
次に、送信信号の検波手段の構成例について、図6、図7、図8、図9及び図10を参照する。図6は、検波器の構成例を示す図、図7は、検波回路の構成例を示す図である。また、図8は、入力信号の包絡線検波の一例を示す図、図9は、入力信号のピークホールド特性の検波出力の一例を示す図、図10は、包絡線検波出力とピークホールド検波出力の一例を示す図である。図6ないし図10に示す構成は一例であって、これに限定されない。
図6に示す検波器69は、本開示の検波回路の一例である。この検波器69は、例えばダイオード70、抵抗R72、コンデンサC74を利用したダイオード検波器を用いればよい。この検波器69に対して、カプラ68(図5)で取込んだ送信信号がダイオード70に通され、その出力が抵抗R72及びコンデンサC74側に流れる。この抵抗値RとコンデンサCの時定数を適切に設定すると、図8に示すように、送信信号の波形90に対して良好な包絡線検波特性92が得られる。そして、この出力信号を平滑化することで、実効値に比例した実効電圧値を取り出すことができる。
また、例えば、抵抗値Rの値を大きく設定した場合、検波出力が包絡線に追従できなくなり、所謂ダイアゴナクリッピング歪が生じることで、図9に示すように、入力信号90に対して、ピークホールド特性検波94を得られる。これにより、ピーク電力に比例したピーク電圧値を取り出すことができる。
検波回路28、30は、図7に示すように、検波器69とともに、例えば、所定の実効電圧値及びピーク電圧値を抽出するためのOPA80を備えてもよい。
そして、既述のように、これらの検波回路28、30により得た検出出力について、それぞれ平滑化処理を行う。図10に示す検波出力結果では、各検波出力を平滑処理によって一定レベルに変換すると、包絡線検波とピークホールド特性検波で異なる値が得られる。この検出結果によれば、変調した送信信号のPARが大きくなると、平滑後のピーク電圧98が大きくなり、平滑後の包絡線検波特性92から求めた実効電圧96との差が大きくなる。そして、この送信装置20では、算出した差分値を実際のPARと関連付ける事で変調波のPARの測定を行う。検波値の差分とPARの関連付けや、このPARと増幅器4の駆動電圧値との関連付けを予め求めておき、既述のPA駆動電圧制御テーブル60(図11)を設定すればよい。
次に、増幅器の駆動制御テーブルについて、図11を参照する。図11は、PA駆動電圧制御テーブルの一例を示す図である。図11に示す構成は一例であって、これに限定されない。
このPA駆動電圧制御テーブル60は、例えば、送信装置20のメモリ42に記憶されており、送信信号検波により検出したピーク電圧値と実効電圧値との差分値(Vdiff)102に対し、その状態でのPAR104、及びPA駆動電圧106が設定されている。このPA駆動電圧106は、例えば、該当するPAR104に対し隣接チャネル漏洩電力比(ACLR)の劣化を防止するような値を設定すればよい。
次に、増幅制御処理について図12、図13を参照する。図12は、増幅制御処理の一例を示すフローチャート、図13は、PA駆動電圧決定処理の一例を示すフローチャートである。図12、図13に示す処理内容、処理手順等は一例であって、これに限定されない。
この増幅制御処理は、本開示の増幅回路への電力供給制御方法の一例であって、例えば、増幅器が出力する実効電圧値及びピーク電圧値の差分から増幅器の飽和点が最適値になるように増幅器の駆動電圧を制御する。
そこで、送信信号から実効電圧値Vrms(root mean square)を測定する(ステップS21)。実効電圧値Vrmsの測定では、例えば、検波出力に対して包絡線検波を行い、その検出値を平滑化処理して測定すればよい。また、送信信号からピーク電圧値Vpkを測定する(ステップS22)。ピーク電圧値Vpkの測定では、送信信号に対して、検波回路II30を利用し、入力信号に対してピークホールド特性を示す電圧値を検出する。そして、検出出力に対して平滑化処理を行うことで、ピーク電圧値Vpkが測定される。
この電圧測定した結果に対し、ピーク電圧値Vpkと実効電圧値Vrmsとの差分Vdiffを算出する(ステップS23)。ここで算出する差分値Vdiffは、図10に示すように、ピーク電圧98と実効電圧96との差を示しており、この差分値はPARと関連付けされている。
算出した差分値Vdiffについて、例えば、PA駆動電圧制御テーブル60(図11)を参照して、増幅器4の飽和点が最適値になるPA駆動電圧値を決定する(ステップS24)。そして、決定したPA駆動電圧値をPA駆動電源回路32に設定して(ステップS25)、増幅器4の駆動制御を行う。
ステップS24のPA駆動電圧の決定処理について、図13を参照する。
PA駆動電圧決定は、例えば、現在送信している信号から求められたPARと予め設定されたPARに基づいて決定される。即ち、PA駆動電圧制御テーブル60を利用して、差分値Vdiffから抽出したPARに対応する駆動電圧を求め、現在送信している信号に対して最適値か否かを判断し、最適値でない場合には、駆動電圧の制御を行えばよい。この場合、駆動電圧制御を行うRFコントローラ40は、現在送信している信号からPARを求め、増幅器に印加する最適な駆動電圧をPA駆動電源回路32に指示すればよい。
そこで、RFコントローラ40は、PA駆動電圧制御テーブル60を参照し、算出した差分値Vdiffに対応した現状のPARを抽出する(ステップS31)。そして、抽出したPARに対する目標PA駆動電圧を抽出し(ステップS32)、現状のPA駆動電圧が目標PA駆動電圧に対して一致するか、又は所定の範囲内の値であるかを判断する(ステップS33)。現状のPA駆動電圧が目標PA駆動電圧と一致し、又は所定の範囲内であれば、増幅器4が最適な増幅処理を行っていると判断して、送信信号の監視を継続させればよい。
また、現状のPA駆動電圧が目標PA駆動電圧と不一致の場合または所定の範囲を越えた値である場合、PA駆動電源回路32に対して目標PA駆動電圧値を出力する指示を出力(ステップS34)すればよい。
この増幅器4に対する駆動電圧制御に加え、この送信装置20では、検出した実効電力値Vrmsを利用して大電力送信時におけるAPC制御を行うことができる。
斯かる構成によれば、増幅された出力信号に対し、ピーク電力値及び実効電力値の検出手段を簡易化することができる。そして、検出したピーク電力値と実効電力値とから出力信号のPARを求め、このPARに対し増幅器の飽和特性が最適値になるように増幅器の駆動制御を行って、信号のACLR特性の劣化を防止することができる。また、求めたPARに基づいて増幅器の駆動制御を行うので、信号種別に関わらず、増幅器へ最適な電力供給が制御できる。電力供給の最適化により、携帯端末装置の通話等の利用時間を延ばすことができる。さらに、検出した送信信号に対する実効電力値に基づいて送信電力のAPC制御も併せて行うことができる。
〔第4の実施の形態〕
次に、第4の実施の形態について、図14を参照する。図14は、第4の実施の形態に係る送信装置の構成例を示す図である。図14に示す構成は一例であってこれに限定されない。
この送信装置20は、本開示の送信装置の一例であって、既述のように、増幅器4で電力増幅された送信信号に対し検波回路I28、検波回路II30で電圧検波し、その検波出力を利用して増幅器4に対する駆動制御を行う。この送信装置20の増幅回路2Dは、検波回路28、30、RF−LSI24とともに、例えばBB−LSI26を利用して増幅器4の増幅制御を行う。
そこで、この増幅処理では、例えば、検波回路I28から検出された実効電圧値Vrms及び検波回路II30で検出されたピーク電圧値Vpkは、RFコントローラ40からBB−LSI26の送信電力制御部62に送信される。そして、送信電力制御部62では、ピーク電圧値Vpkと実効電圧値Vrmsとの差分値Vdiffを算出する。
BB−LSIのメモリ66には、既述のPA駆動電圧制御テーブル60が記憶されており、増幅器4に対する駆動電圧制御では、例えば、送信電力制御部62がメモリ66からPA駆動電圧制御テーブル60を読み出してPARの抽出、駆動電圧の決定を行えばよい。
そして、RFコントローラ40が送信電力制御部62から受信したPA駆動電圧値等の制御情報をPA駆動電源回路32に出力することで、増幅器4の飽和点が最適値となる駆動電圧が設定される。
ここで、第1から第4の実施の形態について、以下に特徴事項や利点を列挙する。
(1) 本開示の増幅装置及び送信装置では、実効電力を検出するダイオード検波回路とピーク電力を検出するダイオード検波回路を組み合わせて、電力のピーク値と実効値の差から送信信号のPARを推定することができる。
(2) また、この増幅装置及び送信装置では、検波回路で得られたPARに従い、PAの駆動電圧を最適な値に制御する構成である。
(3) この増幅装置、増幅回路への電力供給制御方法又は送信装置によれば、送信中の信号のPARを簡易な構成で求めることができるとともに、検出結果から求めたPARに基づき、常にPAを最適な電圧で駆動することができる。
(4) 検波手段で検出した送信信号の実効電力とピーク電力の差(比率)に対してPARが関係付けられている。この検波手段は、例えば、一般的なダイオード検波器を利用すればよい。適切に設計されたダイオード検波器は、構造が簡単であるにも関わらず良好な検波特性を得られる。
(5) ダイオード検波器は、包絡線検波を行い、出力信号を平滑することで実効値に比例した電圧値が得られる。また、ダイオード検波回路の抵抗値Rの値を大きくすることで、検波出力が包絡線に追従できなくなり(ダイアゴナルクリッピング歪)、適切な検波出力が得られなくなる。しかし、この時の特性はピークホールド特性に近い挙動を示していると見なす事ができ、ピーク電力値に比例した電圧を取り出すことができる。このような複数の検波回路を備えることで、容易にPARを求めることができる。
(6) PARの抽出では、検出した実効値に対応する検波電圧(Vrms)とピークホールド特性を有する検波電圧(Vpk)について、例えばRFコントローラ40において平滑化処理を行うとともに差分値Vdiffを求める。ここで求めたVdiffは信号のPARと相関する値となっている。そして、RFコントローラはVdiffの値を基にメモリに格納されたPA駆動電圧制御テーブル60からPAの駆動電圧を決定する。
(7) またこの増幅回路、増幅回路への電力供給制御方法又は送信装置では、検出した実効電力値を利用し、出力電力の誤差についてRFコントローラ40が送信信号の出力電力を補正し調整することができる。
(8) PA駆動電源回路32はRFコントローラ40からの制御信号によってPA駆動電圧を制御する。PA駆動電圧は出力電力によって決まり、一般的に出力電力が低い時は電圧を下げてPAの消費電力を抑制する。
(9) 出力電力が同じでPARが異なる信号の送信を考えた時、PARが大きい信号ほどACLR特性を満たすためにPAに必要な駆動電圧は高くなる。RFコントローラ40は送信電力とPARの値から最適なPA駆動電圧を求めてPA駆動電源制御回路へ制御信号を送る。この様にする事で、送信信号のPARに応じたPAの駆動電圧の制御が可能になり、PARが低い信号を送信する場合の消費電力を抑制することができる。
(10)本発明によれば、複雑な処理回路や高価な部品を用いず、簡易な方法で送信信号のPARを測定することができる。また、測定されたPARに基づいてPAの駆動電圧を最適化することができ、信号の送信時における消費電力を削減することができる。
〔実施例〕
次に、実施例について図15、図16、図17を参照する。この実施例では、増幅器に対する駆動制御により生じるACLRの変化に関する。図15ないし図17に示す構成、処理結果等は一例であって、これに限定されない。
図15に示す電力値は、例えば、同じ電力でPARが異なる信号を増幅した時のACLR(隣接チャネル漏洩電力比:Adjacent Channel Leakage power Ratio)の違いを示している。送信信号のPARが大きくなると、近傍雑音電力がP1 からP2 へ上昇する様子を示している。これはPARが増加したことによりACLR特性が劣化したことを示している。
また、図16は一般的な増幅器の入力電力に対する出力電力特性を示している。この場合、最大出力時のPA入力電力は、線形領域のA点にあり、このAから線形領域の最大値であるB点に対しては送信電力に対する飽和点の余裕が少ない。このように、増幅器4の飽和点は最大出力時において必要最小限の量に設定されている。これは、増幅器に供給する電力を必要最小限にすることで消費電流を最適化するためである。A点とB点の幅は一般的に増幅器が扱う信号のPARに依存する。即ち、同じ電力でPARが大きな信号を増幅する場合、増幅器に入力される信号のピーク電力は増加し、図15に示されるような、ACLR特性の劣化を引き起こす。このようなACLR特性の劣化を避けるためには、PARの大きな信号を増幅する場合、増加したPARの分として、例えば、線形領域をC点まで引き上げる、即ち増幅器の飽和点を上げる必要がある。
このような大きなPARの送信信号を送信する場合には、上記実施の形態に示す増幅制御を行うことで、PARに基づき最適な駆動電圧を制御すればよい。そして、図17に示すように、増幅器の飽和点を高くすることで、出力電力の三次元歪成分について、P2 からP1 に電力値が減少することで、ACLR特性は改善することができる。
〔その他の実施の形態〕
(1) 増幅器に対する駆動制御は、コンピュータを用いた演算処理によって実行してもよく、例えば、図18に示すようにプロセッサ122やメモリ124を備える制御部120を構成してもよい。制御部120は、送信装置20の動作制御機能部の一例であって、例えば、RF−LSI24やBB−LSI26を構成している。プロセッサ122は、演算処理手段の一例であって、例えば、メモリ124に記憶された送信装置20の動作制御プログラムや通信制御プログラム、増幅器4の制御プログラム等の演算処理を行う。このプロセッサ122は、例えば、RFコントローラ40を構成している。
メモリ124は、送信装置20の記憶手段の一例であって、例えば、プログラム記憶部126やデータ記憶部128、RAM(Random Access Memory) 130で構成してもよい。プログラム記憶部126は、例えば、増幅器4に対する駆動制御を行うためのプログラムとして、増幅制御プログラム132、PAR算出プログラム134を記憶すればよい。また、送信装置20の送信制御を行うためのプログラムとして、例えば、送信信号生成プログラム136を記憶すればよい。データ記憶部128は、例えば、PA駆動電圧制御テーブル60を記憶すればよい。このメモリ124は、例えば、ROMやフラッシュメモリ、又は電気的に内容を書き換えることができるEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory )等で構成されてもよい。
また、送信装置20の通信制御や増幅制御を実効するプログラムやデータは、プログラム記憶部126やデータ記憶部128に記憶されたものに限られない。例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク光磁気ディスク等のコンピュータで読出し可能な記録媒体に記憶されているものを利用してもよい。さらに、ネットワーク上にあるサーバやデータベース等からプログラム等を読み込んで利用してもよい。
RAM130は、格納された送信制御プログラムや増幅器制御プログラム等を実行させるためのワークエリアを構成する。
斯かる構成によれば、ピーク電力検出部10や実効電力検出部12からの検出結果をプロセッサ122が取り込み、プログラム記憶部126に記憶したプログラムを実行することで、既述のように、電圧値の差分値の算出、PARの抽出等を行う。


また、簡易な検波手段によりピーク電力値と実効電力値とが検出でき、このピーク電力値と実効電力値とからPARを求めて、PARの値に対するPA駆動電圧値の設定を行う。また、得られたPARに対し、増幅器の飽和点が最適値になるように増幅器の駆動制御を行って増幅器の飽和特性を上げることで、信号のACLR特性の劣化を防止することができ、信号種別に関わらず、最適な電力供給が制御できる。電力供給の最適化により、携帯端末装置の通話等の利用時間を延ばすことができる。
(2) 既述の送信装置20は、音声通信やデータ送受信が可能な機器として例えば、携帯電話機200を利用すればよい。この携帯電話機200は、図19に示すように、例えば、第1の筐体部202と第2の筐体部204とをヒンジ部206で開閉可能に連結して構成している。第1の筐体部202は、例えば、表示部208を備えている。また、第2の筐体部204は、カーソルキーやキーボード等の操作部210を備えている。その他、音声通話を行なう為のマイクロフォンやレシーバを備えればよい。
(3) また、この送信装置20を構成する機器の他の例として、図20に示すように、携帯端末器(PDA:Personal Digital Assistant) 300を利用してもよい。このPDA300には、表示部302や操作部304を備えている。その他、例えば、PC(Personal computer)等を用いてもよい。
(4) 上記実施の形態では、送信信号のピーク電力及び実効電力の検波において、電圧値を検出し、この電圧値の差分とPAR及びPAの駆動電圧値とを関連付けて制御しているが、これに限られず、例えば、電流値を検出し、この検出電流値に基づいて制御を行ってもよい。
(5) また、増幅器4の駆動制御について、駆動電圧を制御しているが、これに限られず、例えば、増幅器の増幅制御について、電流値を基準に行ってもよい。
(6) 上記実施の形態では、増幅器の駆動制御に利用するPA駆動電圧制御テーブル60では、算出した電圧値の差分値とPARとを関連付け、このPARとPA駆動電圧値とを関連付けているが、これに限られない。例えば、差分値とPA駆動電圧値を直接関連付けてもよい。
(7) 増幅器からの出力信号(送信信号)を取込むためのカプラ68は、単一の場合に限られず、例えば送信信号の帯域毎に複数のカプラ68を設置してもよい。
〔比較例〕
次に、従来の送信信号の電力検波と増幅器の駆動制御の比較例について、図21、図22を参照する。図21は、増幅回路の比較例を示す図、図22は出力電力テーブルの比較例を示す図である。
図21に示す従来の送信装置400では、増幅器4で増幅された送信出力の一部をカプラ68で取り出し、ダイオード検波を行った後、オペアンプ80で適切な振幅に変換され検波電圧を得ている。この検波電圧から得られる検波情報は出力電力の実効値のみである。このような送信電力を検出する検波回路は、主として送信電力が高い領域でのPAの非線形性、温度変動等による利得の変化に起因する出力電力誤差の補正を行っている。
RF−LSI402に実装されたRFコントローラ406は、図22に示す出力電力テーブル420として、出力電力424と検波電圧422との関係をメモリ410に予め設定しておき、測定された検波電圧から現在送信中の電力を求める。求められた電力が設定した送信電力と異なっている場合、送信電力制御に補正を加えて正しい送信電力が得られるように制御する。
また、検波情報をBB−LSI404に通知し、BB−LSI404側で補正値を求める方法も可能である。この場合、例えば、BB−LSI404側のメモリ412に出力電力と検波電圧とを関係付けた出力電力テーブル420を予め設定すればよい。
PA駆動電圧制御は、主として送信電力が低い領域で増幅器4の消費電流を削減するために実装されている。RFコントローラ406やBB−LSI404の送信電力制御部62は、送信電力が低い時にPA駆動電源回路32に対しPA駆動電圧を下げる指示を出す。また、通常の音声通信とHSUPA通信の様に送信信号種別が異なるとき、つまり送信信号のPARが異なるときにACLR特性が劣化しないようにPA駆動電圧を変更させる。
このような従来の電力検波では、実効電力のみを検出していることから、増幅器4の駆動電圧制御では予め設定される出力電力レベルや送信信号種別に応じて設定した値に基いている。即ち、送信信号に応じたPAの電圧制御を行う場合、HSDPA、HSUPA、LTE等の信号種別が同じであっても信号条件によってPARが異なるため、理論上の最大PARに合わせて増幅器4の駆動電圧が設定される。
この結果、常に現在送信している信号のPARを監視して駆動電圧を最適化していないので、実際に送信している信号のPARに対して必要以上に電圧を上げて動作するケースが多くなり、消費電流の増加に伴う通話時間の短縮が課題となっている。また、増幅器4の駆動電圧を送信信号の状態に応じて可変するエンベローブトラッキング等の方法があるが規模の大きい演算回路が必要になるとともに、LTE等の広帯域の変調信号に対する追従性が課題となる。
このような不都合は、既述の実施の形態によって解決されていることは明らかである。
次に、以上述べた実施例を含む実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。以下の付記に本発明が限定されるものではない。
(付記1)増幅器と、
前記増幅器が出力する出力電力を検出する検出部と、
前記検出部の検出出力により求められるピーク電力対平均電力比(PAR)に対し前記増幅器の飽和点が最適値になるように前記増幅器の動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする増幅回路。
(付記2)増幅器と、
前記増幅器が出力する実効電力を検出する第1の検出部と、
前記増幅器が出力するピーク電力を検出する第2の検出部と、
ピーク電力対平均電力比(PAR)に対し前記増幅器の飽和点が最適値になるように、前記実効電力と前記ピーク電力との差により前記増幅器の駆動電圧を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする増幅回路。
(付記3)前記制御部は、前記実効電力と前記ピーク電力との差に関連付けられた前記PAR及び駆動電圧値を格納したテーブルを備え、求められた前記実効電力と前記ピーク電力との差に応じて前記テーブルから前記PARに対する前記増幅器の飽和点が最適値になるように、前記駆動電圧値を選択することを特徴とする付記2に記載の増幅回路。
(付記4)前記制御部は、前記増幅器からの出力電力により求めたPARに応じて前記増幅器を制御することを特徴とする、付記1又は2に記載の増幅回路。
(付記5)前記制御部は、前記第1の検出部が検出した前記実効電力値に基づいて、前記増幅器の送信電力制御を行うことを特徴とする、付記2に記載の増幅回路。
(付記6)前記第1の検出部は、前記増幅器の出力に対して包絡線検波を行うための時定数を設定したダイオード検波回路を備え、
前記第2の検出部は、前記増幅器の出力に対してピークホールド検波を行なうための時定数を設定したダイオード検波回路を備えることを特徴とする、付記2に記載の増幅回路。
(付記7)増幅器が出力する出力電力を検出し、
前記検出出力により求められるピーク電力対平均電力比(PAR)に対し前記増幅器の飽和点が最適値になるように前記増幅器の動作を制御することを特徴とする増幅回路への電力供給制御方法。
(付記8)増幅器が出力する実効電力を検出し、
前記増幅器が出力するピーク電力を検出し、
ピーク電力対平均電力比(PAR)に対して前記増幅器の飽和点が最適値になるように、前記実効電力と前記ピーク電力との差に応じて前記増幅器の駆動電圧を制御する、
ことを特徴とする増幅回路への電力供給制御方法。
(付記9)前記実効電力と前記ピーク電力との差に関連付けられた前記PAR及び駆動電圧値を格納したテーブルから、求められた前記実効電力と前記ピーク電力との差に応じた前記PARに対する前記増幅器の飽和点が最適値になる前記駆動電圧値を選択することを特徴とする、付記8に記載の増幅回路への電力供給制御方法。
(付記10)前記増幅器からの出力電力により求めたPARに応じて前記増幅器を制御することを特徴とする、付記7又は8に記載の増幅回路への電力供給制御方法。
(付記11)検出した前記実効電力値に基づいて、前記増幅器の送信電力制御を行うことを特徴とする、付記8に記載の増幅回路への電力供給制御方法。
(付記12)送信出力を増幅する増幅器と、
前記増幅器が出力する出力電力を検出する検出部と、
前記検出部の検出出力により求められるピーク電力対平均電力比(PAR)に対し前記増幅器の飽和点が最適値になるように前記増幅器の動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする送信装置。
(付記13)送信出力を増幅する増幅器と、
前記増幅器が出力する実効電力を検出する第1の検出部と、
前記増幅器が出力するピーク電力を検出する第2の検出部と、
前記送信出力のピーク電力対平均電力比(PAR)に対し前記増幅器の飽和点が最適値になるように、前記実効電力と前記ピーク電力との差に応じて前記増幅器の駆動電圧を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする送信装置。
(付記14)前記実効電力と前記ピーク電力との差に関連付けられた前記PAR及び駆動電圧値を格納したテーブルを記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、求められた前記実効電力と前記ピーク電力との差に応じて前記テーブルから前記PARに対する前記増幅器の飽和点が最適値になるように、前記駆動電圧値を選択することを特徴とする付記13に記載の送信装置。
(付記15)前記制御部は、前記増幅器からの前記送信出力により求めたPARに応じて前記増幅器を制御することを特徴とする、付記12又は13に記載の送信装置。
(付記16)前記制御部は、前記第1の検出部が検出した前記実効電力値に基づいて、前記増幅器の送信電力制御を行うことを特徴とする、付記13に記載の送信装置。
(付記17)前記第1の検出部は、前記増幅器の出力に対して包絡線検波を行うための時定数を設定したダイオード検波回路を備え、
前記第2の検出部は、前記増幅器の出力に対してピークホールド検波を行なうための時定数を設定したダイオード検波回路を備えることを特徴とする、付記13に記載の送信装置。
以上説明したように、増幅回路、増幅回路への電力供給制御方法及び送信装置の好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
2A、2B、2C、2D 増幅回路
4 増幅器
6 出力検出部
8 駆動制御部
14、120 制御部
10 ピーク電力検出部
12 実効電力検出部
16 駆動電源部
20 送信装置
22 アンテナ
24 RF−LSI
26 BB−LSI
28 検波回路I
30 検波回路II
32 PA駆動電源回路
40 RFコントローラ
42、66、124 メモリ
44 可変利得アンプ
46 ミキサ
48 搬送波発信器
60 PA駆動電圧制御テーブル
62 送信電力制御部
64 BB−MODEM
68 カプラ
69 検波器
70 ダイオード
72 抵抗R
74 コンデンサC
92 包絡線検波特性
94 ピークホールド特性検波
96 実効電圧
98 ピーク電圧
102 差分(Vdiff)
104 PAR
106 PA駆動電圧
122 プロセッサ
132 増幅制御プログラム
134 PAR算出プログラム
136 送信信号生成プログラム
200 携帯電話機
300 PDA

Claims (7)

  1. 増幅器と、
    前記増幅器が出力する電力を検出する検出部と、
    前記検出部の検出出力により求められるピーク電力対平均電力比(PAR)に対する前記増幅器の飽和点が最適値になるように前記増幅器の動作を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする増幅回路。
  2. 増幅器と、
    前記増幅器が出力する実効電力を検出する第1の検出部と、
    前記増幅器が出力するピーク電力を検出する第2の検出部と、
    ピーク電力対平均電力比(PAR)に対する前記増幅器の飽和点が最適値になるように、前記実効電力と前記ピーク電力との差により前記増幅器の駆動電圧を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする増幅回路。
  3. 前記制御部は、前記実効電力と前記ピーク電力との差に関連付けられた前記PAR及び駆動電圧値を格納したテーブルを備え、求められた前記実効電力と前記ピーク電力との差に応じて前記テーブルから前記PARに対する前記増幅器の飽和点が最適値になるように、前記駆動電圧値を選択することを特徴とする請求項2に記載の増幅回路。
  4. 増幅器が出力する電力を検出し、
    前記検出出力により求められるピーク電力対平均電力比(PAR)に対する前記増幅器の飽和点が最適値になるように前記増幅器の動作を制御することを特徴とする増幅回路への電力供給制御方法。
  5. 増幅器が出力する実効電力を検出し、
    前記増幅器が出力するピーク電力を検出し、
    ピーク電力対平均電力比(PAR)に対する前記増幅器の飽和点が最適値になるように、前記実効電力と前記ピーク電力との差に応じて前記増幅器の駆動電圧を制御する、
    ことを特徴とする増幅回路への電力供給制御方法。
  6. 送信出力を増幅する増幅器と、
    前記増幅器が出力する出力電力を検出する検出部と、
    前記検出部の検出出力により求められるピーク電力対平均電力比(PAR)に対する前記増幅器の飽和点が最適値になるように前記増幅器の動作を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする送信装置。
  7. 送信出力を増幅する増幅器と、
    前記増幅器が出力する実効電力を検出する第1の検出部と、
    前記増幅器が出力するピーク電力を検出する第2の検出部と、
    前記送信出力のピーク電力対平均電力比(PAR)に対する前記増幅器の飽和点が最適値になるように、前記実効電力と前記ピーク電力との差に応じて前記増幅器の駆動電圧を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする送信装置。
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