JP3207153B2 - 線形増幅装置および方法 - Google Patents

線形増幅装置および方法

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JP3207153B2 JP03692598A JP3692598A JP3207153B2 JP 3207153 B2 JP3207153 B2 JP 3207153B2 JP 03692598 A JP03692598 A JP 03692598A JP 3692598 A JP3692598 A JP 3692598A JP 3207153 B2 JP3207153 B2 JP 3207153B2
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    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
    • H03F1/0211—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers with control of the supply voltage or current
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  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電力増幅器に関する。
本発明は、特に、電力増幅器を線形化する方法および装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】携帯型装置によって使用される電力のう
ち最も多量の電力は、通常、高周波電力増幅器が消費す
るため、増幅器の効率は、携帯型送信機などの携帯型装
置のバッテリーの寿命に大きく影響する。したがって、
携帯型送信機には、効率のよい電力増幅器がきわめて望
ましい。効率のよいＣ級、Ｄ級、Ｅ級およびＦ級の電力
増幅器は、一定振幅の出力しか生成できない。しかし、
最近の多くの送信機の設計は、所定のチャンネル帯域幅
におけるデータ転送速度を最大にするために振幅が一定
でない高周波出力を必要とする。
【０００３】適切な線形高周波増幅器はガリウムひ素デ
バイスを使って製造することができる。しかし、ガリウ
ムひ素デバイスは、現在、多くの用途では高価すぎると
考えられている。ＭＯＳは、その低い製造コストと高い
歩留りのために半導体デバイスの製造プロセスには好ま
しいが、従来、高効率の増幅器を実現するために使用す
るには線形性が十分でないため、線形高周波増幅器の製
造には適していなかった。そのような低い線形性は、増
幅器の出力信号に大きなひずみを生じさせる。当技術分
野においては、線形でかつ効率のよい電力増幅器を実現
するために様々な線形化の方式が提案されてきた。
【０００４】従来の線形電力増幅器の設計には、一般
に、効率と線形性との間にトレードオフがある。極性変
調は、高周波電力増幅器において線形性と高効率とを同
時に実現する、当技術分野で周知の技術である。また、
極性変調は、包絡線除去および復元（ＥＥＲ：envelope
elimination and restoration ）としても知られてい
る。この手法では、高周波入力信号をその極性成分（す
なわち位相と振幅）に分解する。これらの極性の２つの
成分が別々に増幅され、再結合されて、増幅された線形
高周波出力信号が生成される。高周波入力信号の位相成
分は、通常、効率を高めるように最適化された一定振幅
の増幅器によって増幅される。高周波入力信号の振幅す
なわち包絡線成分は、通常、少なくとも定振幅増幅器の
出力段の電源として働くスイッチング・モード電源によ
って増幅される。
【０００５】極性変調の利用に関する様々な手法は、L.
Kahnによる論文「Single-Sided Transmission by Enve
lope Elimination and Restoration」、Ｐｒｏｃ. ＩＲ
Ｅ、１９５２年７月、ｐｐ.８０３〜８０６、およびM.
Koch、R. Fisherによる論文「a High-Frequency 835MHz
Linear Power Amplifier for Digital Cellular Telep
hony」、３９ｔｈ ＩＥＥＥ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９８９年
５月３日、に記載されている。
【０００６】図１は、前述の包絡線除去および復元技術
を使用した従来の高周波増幅器のブロック回路図であ
る。図１に示した増幅器において、最初に、高周波入力
信号１２がその極性成分に分解される。これらの極性成
分は、一定振幅の信号の位相と、低周波包絡線信号の振
幅を含む。位相成分と振幅成分は、それぞれ経路１５お
よび１１に沿って別々に増幅される。次に、位相成分と
振幅成分が再結合され、線形に増幅された高周波出力信
号１９が生成される。
【０００７】位相成分は、リミッタ１６によって高周波
入力信号から抽出され、非線形の前置増幅器１７と高効
率でかつ非線形の位相出力段１８とを含む効率の高い一
定振幅の増幅器によって増幅される。振幅成分は、チャ
ネル帯域幅に相当する帯域幅を有し、高周波入力信号か
ら包絡線検出器１３によって抽出され、線形ベースバン
ド増幅器１４によって増幅される。効率を最大にするた
め、線形ベースバンド増幅器１４はその出力段としてＤ
級増幅器を有するスイッチング・モード電源を使って実
施される。
【０００８】現在のスイッチング・モード電源はパルス
幅変調を利用して実現されている。そのような電源の出
力は、マーク／スペース比率が高周波入力信号の振幅成
分を表わす矩形波である。しかし、パルス幅変調を利用
して振幅成分を増幅すると、高周波出力に相互変調ひず
みが生じる。したがって、ＭＯＳのような低コストのプ
ロセスを利用して作製することができ、高周波入力信号
の線形増幅を提供する高効率の高周波増幅器を提供する
ことが望ましい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高周波入力
信号の線形増幅を提供する高効率の高周波増幅器を提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本明細書で説明する高周
波電力増幅器は、２つの個別の増幅経路、すなわち高周
波入力信号の振幅成分用の振幅増幅経路と、高周波入力
信号の位相成分用の位相増幅経路とを有する。増幅器の
位相増幅経路は、好ましくは高効率のＤ級、Ｅ級または
Ｆ級の出力段である位相出力段を含む。振幅増幅経路
は、振幅成分を増幅するデルタ変調振幅増幅器を含む。
デルタ変調振幅増幅器は、クロックド差分検出器、効率
は高いが非線形のＤ級増幅器、低域フィルタなどのロー
カル・デコーダ、および負帰還経路を含む。Ｄ級増幅器
の出力は、ローカル・デコーダを介して位相出力段の電
源入力端子に加えられ、位相出力段によって生成された
高周波出力信号を振幅変調する。
【００１１】負帰還経路は、高周波電力増幅器によって
生成された高周波出力信号を、減衰器と包絡線検出器を
介してクロックド差分検出器に供給する。減衰器は、デ
ルタ変調振幅増幅器の利得を設定する。負帰還ループ
は、デルタ変調変換増幅器と位相出力段の非線形性に起
因する高周波入力信号の振幅成分と高周波出力信号の振
幅成分の間との差を修正する。
【００１２】デルタ変調振幅増幅器のＤ級増幅器の出力
は、高周波入力信号の振幅成分を表わす２レベルの波形
である。ローカル・デコーダは、Ｄ級増幅器の出力信号
から高周波入力信号の振幅成分を抽出し、得た増幅振幅
成分を位相出力増幅器の電源入力端子に加える。振幅成
分の増幅は、負帰還経路によって線形化される。
【００１３】
【実施例】本発明は、図１と関連して前述した極性変調
の概念に部分的に基づく、効率がよく線形性が高い高周
波電力増幅器を提供する。本発明の好ましい実施形態
は、高周波入力信号の一定振幅の位相成分を増幅する位
相増幅経路を含む。位相増幅経路は、Ｃ級出力段、Ｄ級
出力段、Ｅ級出力段の形、またはＦ級出力段を含むこと
もある、高効率で非線形の位相出力段を含む。印加電源
電圧を線形にたどる出力振幅をもつ高効率の電力増幅器
を使用することができる。高周波入力信号の振幅成分
は、固有で効率のよいデルタ変調振幅増幅器が振幅成分
を増幅する個別の振幅増幅経路で増幅される。デルタ変
調振幅増幅器の出力段は、位相出力段に電源電圧を提供
する、高効率で非線形のＤ級増幅器であることが好まし
い。デルタ変調振幅増幅器によって増幅された振幅成分
出力は、位相出力段の電源電圧を変更することによっ
て、位相出力段により生成された高周波出力信号を振幅
変調する。
【００１４】従来技術の極性変調システムによって使用
されるパルス幅変調方式は、デルタ変調振幅増幅器を利
用して生成される高周波出力信号よりも線形性に劣る高
周波出力信号を生成する。したがって、本発明は、効率
は同じであるがパルス幅変調よりも歪みが実質的に小さ
い変調方式を提供する。
【００１５】図２は、本発明によるデルタ変調振幅増幅
器２０の実施形態の概略的なブロック回路図である。図
に示したデルタ変調振幅増幅器は、図１に示したような
極性変調を利用した高周波電力増幅器の振幅増幅経路に
使用するのに適している。高周波入力信号２１は、高周
波入力信号から振幅成分を抽出する包絡線検出器２２に
結合される。デルタ変調振幅増幅器２０は、後で詳しく
説明するクロックド差分検出器２３、量子化器２４、Ｄ
級増幅器２５、低域フィルタ２６、および利得／減衰段
２７を含む負帰還ループ２８、を含む。
【００１６】クロックド差分検出器２３と量子化器２４
は、高周波入力信号の振幅成分を表わすディジタル・ビ
ット・ストリームを集合的に生成する。本発明の実施例
では、Ｄ級増幅器がディジタル・ビット・ストリームの
電流増幅を行なう。電流増幅は、デルタ変調振幅増幅器
２０を図１に示した位相出力段１８の電源として動作さ
せるために必要である。低域フィルタ２６は、Ｄ級増幅
器２５の出力におけるディジタル・ビット・ストリーム
のローカル・デコーダの役割をする。したがって、低域
フィルタの出力は、デルタ変調増幅器の出力信号２９を
提供する。この出力信号は、高周波入力信号の振幅成分
を線形増幅した大電流の信号である。
【００１７】デルタ変調増幅器２０の増幅器出力信号２
９は、利得／減衰段２７を含む負帰還経路２８に接続さ
れる。利得／減衰段は、増幅器の出力信号を増幅または
減衰させて、包絡線検出器２２によって生成される信号
のレベルと実質的に釣り合ったレベルのフィードバック
信号を提供する。利得／減衰段によって提供される利得
または減衰は、デルタ変調振幅増幅器２０によって提供
される電圧の損失または利得を設定する。実際的な実施
形態においては、デルタ変調振幅増幅器は、増幅器の出
力信号を減衰させる利得／減衰段によって全体的な電圧
利得が与えられる。
【００１８】包絡線検出器からの信号と利得／減衰段か
らのフィードバック信号とが、差分検出器２３に差分入
力を提供する。差分検出器によって、包絡線検出器２２
の出力信号とフィードバック信号との差が検出される。
差分信号の符号、すなわちフィードバック信号が包絡線
検出器の出力信号よりも大きいか小さいかによって、差
分検出器と量子化器２４が、集合的にディジタル・ビッ
ト・ストリームに１を加えるか０を加えるかが決まる。
差分検出器と量子化器は、ディジタル・ビット・ストリ
ームがローカル・デコーダによってデコードされるとき
に、信号の差が小さくなるように増幅振幅信号の振幅を
変更するという意味で、集合的にディジタル・ビット・
ストリームに１か０を加える。このように、デルタ変調
増幅器によって生成された増幅振幅信号は、高周波入力
信号の振幅成分を正確かつ線形にたどる。
【００１９】図３は、本発明によるデルタ変調振幅増幅
器３０を含む高周波増幅器５０のより詳細なブロック回
路図である。デルタ変調増幅器３０は、負帰還経路３２
がある以外は、前に図２に関連して説明したデルタ変調
増幅器２０と似ている。高周波入力信号５２は、前に論
じた通り位相成分と振幅成分に分解される振幅変調／位
相変調信号である。位相成分は位相増幅経路４０で増幅
され、振幅成分は別の振幅増幅経路３１で増幅される。
【００２０】位相成分は、高周波入力信号５２から、高
周波入力信号を制限すなわちクリッピングすることによ
って振幅成分を除去するリミッタ４１により抽出され
る。リミッタの出力は、高周波入力信号の位相によって
変化する位相を有する一定の包絡線信号である。こうし
て生成された位相成分は、非線形の前置増幅器４２によ
って増幅される。非線形前置増幅器は、そのような前置
増幅器は線形増幅器よりも設計が容易であり、位相成分
を線形に増幅する必要がないため使用される。
【００２１】前置増幅器４２の出力は、これもまた非線
形増幅器である位相出力段４３に提供される。非線形増
幅器は、線形増幅器よりも実質的に効率が高く、また高
周波入力信号５２の位相成分には線形性が問題とならな
いために使用される。位相出力段には、出力の振幅が印
加電源電圧を線形にたどる任意のタイプの高効率の増幅
方式を使用することができる。たとえば、位相出力段に
は、Ｃ級、Ｄ級、Ｅ級またはＦ級の適切な任意の増幅器
を使用することができる。本発明の好ましい一実施形態
は、Ｅ級増幅方式の変形を使用する。たとえば、N. Sok
alとA. Sokalによる論文「Class E - A New Class of H
igh-Efficiency Tuned Single-Ended Switching Power
Amplifiers 」、IEEE Journal of Solid-State Circuit
s、Ｖｏｌ．ＳＣ−１０、Ｎｏ．３、１９７５年６月、
ｐｐ１６８〜１７６、および１９７５年１１月１１日に
発行された米国特許第３,９１９,６５６号を参照された
い。しかし、そのような増幅方式の選択は、本発明を実
施するために本質的なものとは考えられない。
【００２２】前述のように、高周波入力信号５２の位相
成分は位相増幅経路４０で増幅される。また、高周波入
力信号の変調包絡線すなわち高周波入力信号の振幅成分
を増幅し、次に増幅振幅成分と増幅位相成分を使って高
周波出力信号を構成しなければならない。これを行うた
め、高周波入力信号５２は、位相成分を除去することに
よって振幅成分を抽出する包絡線検出器３３に結合され
る。高周波入力信号の振幅成分は、線形に増幅しなけれ
ばならない低周波情報を包む。すなわち、振幅成分を増
幅する増幅器は、位相成分出力段に提供された電圧と包
絡線検出器３３の出力電圧との間の線形電圧関係を維持
しながら、位相出力段４３により要求される量の電流を
送らなければならない。本発明による振幅増幅経路３１
は、デルタ変調を利用して振幅成分の線形増幅を達成す
るデルタ変調振幅増幅器３０を含むように構成される。
デルタ変調振幅増幅器の出力段として働く非線形Ｄ級増
幅器３７は、量子化器３６を介して、差分検出器３５の
出力信号によって駆動される。差分検出器は、包絡線検
出器３３および３４の出力を入力として受け取る。差分
検出器の出力信号の状態は、包絡線検出器３４の出力が
包絡線検出器３３の出力よりも大きいか小さいかによっ
て決まる。
【００２３】代替としてＥ級増幅器でもよいＤ級増幅器
３７と、デルタ変調振幅増幅器３０においてこの増幅器
を駆動する増幅素子は、ＭＯＳで容易に製造することが
できるが非線形性が高い。しかし、減衰器３９と包絡線
検出器３４を含む負帰還ループ３２によって、Ｄ級増幅
器だけでなく非線形増幅段も線形化される。図２に示し
たように、負帰還ループの入力を低域フィルタの出力に
接続することができる。その場合には、包絡線検出器３
４は省略される。好ましい実施形態では負帰還ループ３
２の入力が高周波出力信号５４に接続される。このよう
に、負帰還ループにより、デルタ変調振幅増幅器は、Ｄ
級増幅器３７とこれを駆動する段の非線形性にもかかわ
らず、包絡線検出器３３の出力と高周波出力信号５４の
包絡線成分との間に線形の電圧増幅を提供することがで
きる。また、負帰還ループを高周波出力信号に接続する
ことにより、負帰還ループが、電源入力電圧と高周波出
力信号包絡線との間の位相出力段４３の伝達関数の非線
形性を修正することができる。
【００２４】発明の好ましい実施形態は、スイッチキャ
パシタ回路を使って差分検出器３５と量子化器３６の両
方を実現するが、これらの要素は様々な方法で容易に実
施するとができる。
【００２５】従来のデルタ変調器は、低周波数入力信号
に応じてディジタル・ビット・ストリームを集合的に生
成する差分検出器および量子化器と、ディジタル・ビッ
ト・ストリームをローカルにデコードするローカル・デ
コーダと、ローカル・デコーダの出力と差分検出器の間
に接続された負帰還ループを含む。差分検出器と量子化
器のいずれかまたは両方をクロックしてディジタル・ビ
ット・ストリームのビット転送速度を決定する。本発明
の好ましい実施形態においては、デルタ変調振幅増幅器
３０は、包絡線検出器３３と３４の出力の差によって出
力電圧を生成する差分検出器３５を包む。量子化器３６
は、デルタ変調振幅増幅器のディジタル・ビット・スト
リームを生成する。量子化器は差分検出器３５の出力を
受け取り、差分検出器の出力電圧がしきい値レベルより
も大きいか小さいかによって２つの状態のうちの１つを
もつ出力電圧を生成する。差分検出器と量子化器の機能
は、１つの回路素子に組み合わせることができる。
【００２６】差分検出器３５と量子化器３６のいずれか
または両方は、ディジタル・ビット・ストリームのビッ
ト転送速度を決定する周波数のクロック信号（図示せ
ず）によってクロックされる。量子化器の出力は、１ク
ロック周期に１回だけ状態を変更することができる。し
たがって、量子化器によって生成されるディジタル・ビ
ット・ストリームは、一連の１または０である。それぞ
れのクロック周期において、量子化器の出力は、差分検
出器の出力がしきい値レベルよりも上か下かによって、
１または０になる。たとえば、各クロック周期の始めに
おける差分検出器の出力がクロック周期における量子化
器の出力の状態を決定する。量子化器がディジタル・ビ
ット・ストリームに１を加えるか０を加えるかは、包絡
線検出器３３と３４の出力の差の符号、すなわち、包絡
線検出器３４からのフィードバック信号が包絡線検出器
３３からの振幅成分よりも大きいか小さいかによって決
まる。差分検出器３５と量子化器３６のいずれかまたは
両方をクロックし、またディジタル・ビット・ストリー
ムのビット転送速度を決定するクロック信号の周波数
（図示せず）は、低周波数入力信号の最も高い周波数成
分の周波数の数倍である。クロック信号の周波数は、入
力信号の最も高い周波数成分の約１０倍であることが好
ましい。クロック信号の周波数が高ければ高いほど、デ
ィジタル・ビット・ストリームをデコードしてデコード
化アナログ信号を提供するときに生じる量子化雑音は小
さくなる。
【００２７】本発明の好ましい実施形態において、量子
化器３６の出力は、ＣＭＯＳ反転器によって実現される
Ｄ級増幅器３７に結合される。Ｄ級増幅器は、量子化器
からディジタル・ビット・ストリーム出力を受け取り、
量子化器からのディジタル・ビット・ストリーム出力の
０と１に従う低い電圧状態と高い電圧状態をもつ出力デ
ィジタル・ビット・ストリームを提供する。Ｄ級増幅器
は、位相成分出力段４３に必要な電源電流を提供できる
大電流出力を有する。
【００２８】デルタ変調振幅増幅器３０は、また、本発
明の好ましい実施形態においては外部の二次ＬＣフィル
タによって実現される、低域フィルタ３８を包む。低域
フィルタ３８は、Ｄ級増幅器３７によるディジタル・ビ
ット・ストリーム出力のローカル・デコーダとして働
く。ローカル・デコーダは、Ｄ級増幅器からディジタル
・ビット・ストリーム出力を受け取り、ディジタル・ビ
ット・ストリームをデコードして、包絡線検出器３３の
出力を電流増幅したデコード化アナログ信号を生成す
る。また、デコード化アナログ出力は、包絡線検出器の
出力を電圧増幅したものでもよい。低域フィルタの出力
は、位相出力段４３の電源入力端子４４に接続される。
【００２９】従来のデルタ変調器では、図２に示したよ
うに、ローカル・デコーダによって生成されたデコード
化アナログ信号が差分検出器に戻され、そこで入力信号
と比較される。差分検出器は、ディジタル・ビット・ス
トリームの０と１の比率を変化させ、デコード化アナロ
グ信号の波形を入力信号の波形に正確に一致させる。前
述のように、低域フィルタ３８の出力からのデコード化
アナログ出力信号は、差分検出器に戻することもできる
が、好ましい実施形態においては、包絡線検出器３４に
よって抽出された高周波出力信号５４の振幅成分が差分
検出器３５に戻される。
【００３０】高周波出力信号５４と包絡線検出器３４の
間の負帰還ループ３２は減衰器３９を含む。デルタ変調
振幅増幅器３０の利得を設定するするためにフィードバ
ック・パスに減衰器が提供される。この減衰器は、高周
波入力信号の振幅とほぼ等しくなるように高周波出力信
号の振幅を小さくする。本発明の好ましい実施形態にお
けるデルタ変調振幅増幅器３０では、減衰器は、出力信
号電圧を約３２分の１にし、約３０ｄＢの電力利得をも
つ電力増幅器５０に提供する。
【００３１】減衰器３９の出力は、高周波入力包絡線検
出器３３と等価な包絡線検出器３４に結合される。この
方法で、デルタ変調振幅増幅器は、包絡線検出器３４に
よって検出された高周波出力信号の包絡線を生成し、入
力包絡線検出器３３によって検出される入力高周波信号
の包絡線と一致させる。高周波入力信号の包路線成分と
高周波出力信号の包絡線成分に差がある場合は、その差
を利用して、差分検出器３５が差を相殺するようにディ
ジタル・ビット・ストリームを修正する。したがって、
初期のハンティング期間の後、高周波入力信号の包絡線
成分を増幅する線形性はほぼ完全となる。
【００３２】振幅増幅経路３１の出力において増幅され
た振幅成分は、位相出力段４３の電源として使用され
る。位相出力段では、高周波入力信号の増幅された振幅
成分が、高周波入力信号の増幅された位相成分を振幅変
調して、位相および振幅変調された高周波出力信号５４
を生成する。
【００３３】振幅増幅経路３１におけるデルタ変調増幅
器３０は、標準のＣＭＯＳ技術を利用して実現すること
ができる。差分検出器と量子化器は、オフセット相殺機
能を有する離散系スイッチキャパシタ回路である。Ｄ級
増幅器は、一連のＣＭＯＳ反転器を使って実現されるプ
ッシュプル増幅器である。低域フィルタ３８は、独立し
た１つのインダクタと１つのキャパシタから成る。
【００３４】デルタ変調振幅増幅器３０の負帰還ループ
３２は、二次低域フィルタ３８によってもたらされる２
つの低周波数極を有する。安定性を保証するためにはこ
のループを周波数補償しなければならない。周波数補償
は、低周波数極の一方を取り消すゼロを挿入することに
よって達成される。周波数ゼロは、（１−ａｚ-1）のｚ
領域伝達関数を有する離散系スイッチキャパシタ回路を
使って実現される。離散系補償回路は、差分検出器３５
によってマージすることができる。帰還ループの安定性
は、オンチップ離散系スイッチキャパシタ回路を利用す
ることによって達成することができる。
【００３５】振幅増幅経路のデルタ変調振幅増幅器３０
によって提供される増幅効率は、従来のスイッチング・
モード電源の効率に匹敵する。
【００３６】振幅増幅経路３１にデルタ変調振幅増幅器
３０を使用することにより、効率的で線形の高周波電力
増幅器を低コストのＣＭＯＳ技術で実現することができ
る。この手法は、（前述の）パルス幅変調に基づく従来
の設計よりも優れていると考えられる。極性変調した高
周波電力増幅器の振幅増幅経路にデルタ変調振幅増幅器
を使用することにより、パルス幅変調を基本とする設計
よりも小さなひずみの高周波出力信号が提供される。デ
ルタ変調振幅増幅器は、ＣＭＯＳ技術を使って実現され
る比較的簡単かつ壊れにくいスイッチキャパシタを利用
して実現することができる。デルタ変調振幅増幅器は、
パルス幅変調に基づく方式と違って、のこぎり歯波形発
生器を要しない。
【００３７】本発明を、好ましい実施形態に関して説明
したが、当業者は、本発明の範囲から逸脱せずに本明細
書に記載した実施例以外の応用例が代用できることは容
易に理解されよう。
【００３８】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００３９】[実施態様１]入力信号の振幅成分用の振幅
増幅経路（３１）と、前記振幅増幅経路におけるデルタ
変調振幅増幅器（３０）と、前記入力信号の位相成分用
の位相増幅経路（４０）であって、該位相成分増幅経路
が、前記振幅増幅経路に結合されて前記デルタ変調振幅
増幅器から増幅後の振幅成分を受け取り、該増幅後の振
幅成分と前記位相成分とに応答して、前記入力信号に位
相と振幅とが線形に関連する出力信号を発生する位相増
幅経路（４０）と、を備えて成る線形電力増幅器（５
０）。
【００４０】[実施態様２]前記デルタ変調振幅増幅器
が、Ｄ級電力増幅器（３７）を備えて成ることを特徴と
する実施態様１に記載の線形電力増幅器。
【００４１】[実施態様３]前記デルタ変調振幅増幅器
が、前記出力信号の振幅成分を前記入力信号の振幅成分
と比較する差分検出手段（３５）を備えて成ることを特
徴とする実施態様１に記載の線形電力増幅器。
【００４２】[実施態様４]前記入力信号の振幅成分を検
出し、該振幅成分を前記差分検出手段に結合する第１の
包絡線検出手段（３３）と、前記出力信号の振幅成分を
検出し、該振幅成分を前記差分検出手段に結合する第２
の包絡線検出手段（３４）と、をさらに備えて成る実施
態様３に記載の線形電力増幅器。
【００４３】[実施態様５]前記位相増幅経路（４０）
が、前記振幅増幅経路（３１）によって生成される前記
増幅後の振幅成分に依存する出力振幅を有する高効率な
出力段（４３）を備えて成ることを特徴とする実施態様
１に記載の線形電力増幅器。
【００４４】[実施態様６]高周波入力信号の位相成分を
増幅して高周波出力信号を発生する位相出力段（４３）
と、前記位相出力段の電源として接続され、デルタ変調
により前記高周波入力信号の振幅成分を増幅して、前記
高周波出力信号を振幅変調する増幅振幅信号を発生する
デルタ変調振幅増幅器（３０）と、を備えて成る高効率
線形高周波電力増幅器（５０）。
【００４５】[実施態様７]前記高周波入力信号が振幅変
調／位相変調信号を有し、前記電力増幅器が、前記高周
波入力信号を位相成分と振幅成分とに分解する分解手段
（３３、４１）と、前記位相成分と振幅成分とを個別に
増幅する個別増幅経路（３１、４０）と、をさらに備え
て成ることを特徴とする実施態様６に記載の電力増幅
器。
【００４６】[実施態様８]前記高周波入力信号を受信す
るよう結合され、該高周波入力信号から位相成分を取り
除くための包絡線検出器手段（３４）をさらに備えて成
ることを特徴とする実施態様６に記載の電力増幅器。
【００４７】[実施態様９]前記デルタ変調振幅増幅器
が、前記高周波入力信号の包絡線を検出する包絡線検出
手段（３４）と、前記高周波出力信号から得られたフィ
ードバック信号の包絡線を検出するフィードバック包絡
線検出手段（３３）と、前記高周波入力信号の包絡線と
前記フィードバック信号の包絡線との差の符号に依存す
る状態をそれぞれ有するビット・ストリームを発生する
ためのクロックド差分検出器手段（３５、３６）と、前
記ディジタル・ビット・ストリームを電流増幅する非線
形増幅器手段（３７）と、前記非線形増幅器手段によっ
て出力された前記ディジタル・ビット・ストリーム出力
を復号することによって、前記増幅振幅信号を生成する
ローカル・デコーダ手段（３８）と、を備えて成ること
を特徴とする実施態様６に記載の電力増幅器。
【００４８】[実施態様１０]効率よくかつ高い線形性で
高周波電力を増幅する方法であって、デルタ変調を利用
して高周波入力信号の振幅成分を増幅し、増幅振幅信号
を発生するステップ（３０）と、前記高周波入力信号の
位相成分を増幅して位相変調された高周波出力信号を発
生するステップ（４２、４３）と、前記増幅振幅出力信
号を使って前記位相変調された高周波出力信号を振幅変
調し、振幅と位相とが変調された高周波出力信号を生成
するステップと、を備えて成る方法。
【００４９】[実施態様１１]デルタ変調を利用して増幅
する前記ステップが、前記高周波入力信号の包路線と前
記高周波出力信号から得られるフィードバック信号の包
絡線とを検出するステップ（３３、３４）と、前記検出
ステップにおいて検出された前記フィードバック信号の
包絡線と前記高周波入力信号の包路線との差の符号に依
存する状態を各ビットが有するディジタル・ビット・ス
トリームを発生する段階（３５、３６）と、前記ディジ
タル・ビット・ストリームをローカルに復号して前記増
幅振幅信号を生成するステップ（３８）と、を備えて成
ることを特徴とする実施態様１０に記載の方法。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いるこ
とにより、高周波入力信号を線形性良く増幅できる、高
効率の高周波増幅器を提供することができる。また、こ
の高周波増幅器は、ＭＯＳのような低コストのプロセス
を利用して作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】包絡線除去および復元を利用した従来の高周波
増幅器のブロック回路図である。
【図２】本発明によるデルタ変調振幅増幅器の簡略化し
たブロック図である。
【図３】本発明によるデルタ変調増幅器を利用した高周
波増幅器のより詳細なブロック回路図である。
【符号の説明】
２０：デルタ変調振幅増幅器 ２１：高周波入力信号 ２２：包絡線検出器 ２３：クロックド差分検出器 ２４：量子化器 ２５：Ｄ級増幅器 ２６：低域フィルタ ２７：利得／減衰段 ２８：負帰還ループ ２９：出力信号 ３０：デルタ変調増幅器 ３１：振幅増幅経路 ３２：負帰還経路 ３３：包絡線検出器 ３５：差分検出器 ３６：量子化器 ３７：非線形Ｄ級増幅器 ４１：リミッタ ４２：非線形前置増幅器 ４３：位相出力段 ５２：高周波入力信号 ５４：高周波出力信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎ ｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (56)参考文献 特開 平５−63457（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ Ｖｅｈ Ｔｅｃｈｎｏｌ Ｃｏｎｔ Ｖｏｌ．39 Ｎｏ．１ ｐ. 17−18（1989)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高周波入力信号の位相成分を増幅して高周
    波出力信号を発生する位相出力段と、 前記位相出力段の電源として接続され、デルタ変調によ
    り前記高周波入力信号の振幅成分を増幅して、前記高周
    波出力信号を振幅変調する増幅振幅信号を発生するデル
    タ変調振幅増幅器と、 を備えて成る高効率線形高周波電力増幅器。
  2. 【請求項２】前記高周波入力信号が振幅変調／位相変調
    信号を有し、 前記電力増幅器が、 前記高周波入力信号を位相成分と振幅成分とに分解する
    分解手段と、 前記位相成分と振幅成分とを個別に増幅する個別増幅経
    路と、 をさらに備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の
    電力増幅器。
  3. 【請求項３】前記高周波入力信号を受信するよう結合さ
    れ、該高周波入力信号から位相成分を取り除くための包
    絡線検出器手段をさらに備えて成ることを特徴とする請
    求項１に記載の電力増幅器。
  4. 【請求項４】前記デルタ変調振幅増幅器が、 前記高周波入力信号の包絡線を検出する包絡線検出手段
    と、 前記高周波出力信号から得られたフィードバック信号の
    包絡線を検出するフィードバック包絡線検出手段と、 前記高周波入力信号の包絡線と前記フィードバック信号
    の包絡線との差の符号に依存する状態をそれぞれ有する
    ビット・ストリームを発生するためのクロックド差分検
    出器手段と、 前記ディジタル・ビット・ストリームを電流増幅する非
    線形増幅器手段と、 前記非線形増幅器手段によって出力された前記ディジタ
    ル・ビット・ストリーム出力を復号することによって、
    前記増幅振幅信号を生成するローカル・デコーダ手段
    と、 を備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の電力増
    幅器。
  5. 【請求項５】効率よくかつ高い線形性で高周波電力を増
    幅する方法であって、 デルタ変調を利用して高周波入力信号の振幅成分を増幅
    し、増幅振幅信号を発生するステップと、 前記高周波入力信号の位相成分を増幅して位相変調され
    た高周波出力信号を発生するステップと、 前記増幅振幅出力信号を使って前記位相変調された高周
    波出力信号を振幅変調し、振幅と位相とが変調された高
    周波出力信号を生成するステップと、 を備えて成る方法。
  6. 【請求項６】デルタ変調を利用して増幅する前記ステッ
    プが、 前記高周波入力信号の包路線と前記高周波出力信号から
    得られるフィードバック信号の包絡線とを検出するステ
    ップと、 前記検出ステップにおいて検出された前記フィードバッ
    ク信号の包絡線と前記高周波入力信号の包路線との差の
    符号に依存する状態を各ビットが有するディジタル・ビ
    ット・ストリームを発生する段階と、 前記ディジタル・ビット・ストリームをローカルに復号
    して前記増幅振幅信号を生成するステップと、 を備えて成ることを特徴とする請求項５に記載の方法。
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