JP3607097B2 - 送信回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、CDMA方式の携帯電話機等に使用される送信回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話機は送信回路と受信回路とを有して基地局との間で送受信を行い、基地局を介して加入者間が通話する。その際、基地局から携帯電話機に送信される送信信号のレベルは常に一定であるので、携帯電話機で受信した信号のレベルは基地局と携帯電話機との距離によって変わる。また、基地局は携帯電話機から出力された信号を常に一定のレベルで受信するようになっている。
【0003】
そのため、携帯電話機における受信回路および送信回路は大きなダイナミックレンジが必要となり、また、受信回路では基地局からのパワーコントロール信号に基づく自動利得制御電圧によって内部の増幅器の利得が制御されるとともに、この自動利得制御電圧に基づいて、送信回路から基地局に送信する送信信号のレベルを変えるようにしている。
【0004】
従来の送信回路を図4乃至図6に従って説明する。先ず、図4において、QPSK変調された200MHz帯の中間周波信号IFは図示しない変調器から出力されて中間周波増幅器21に入力される。中間周波増幅器21は利得制御が可能な可変利得増幅器で構成され、その利得は基地局からのパワーコントロール信号に基づく自動利得制御電圧Vによって制御される。自動利得制御電圧Vは3.0ボルトから0ボルトまで変化し、図5の曲線Aに示すように、最大利得からおよそ60dBまで減衰するように制御される。中間周波信号IFは中間周波増幅器21によって増幅された後、混合器22aと局部発振器22bとで構成される周波数変換器22に入力される。中間周波信号IFは混合器22aにおいて、局部発振器22bから出力される局部発振信号と混合されておよそ1.1GHz帯の送信信号RFに周波数変換される。
【0005】
送信信号RFは、先ず、高周波増幅器(RF増幅器という)23で増幅される。RF増幅器23も利得制御が可能な可変利得増幅器で構成され、その利得は自動利得制御電圧Vによって制御され、図5の曲線Bに示すように、最大利得からおよそ30dBまで減衰するようになっている。従って、中間周波増幅器21とRF増幅器23による全体の利得減衰量は図5の曲線Cに示すように、90dB確保できる。RF増幅器23で増幅されたRF信号は駆動増幅器(ドライバ増幅器という)24でさらに増幅される。ドライバ増幅器24は次段の電力増幅器25を十分に駆動できるレベルまでRF信号を増幅するためのものである。そして、ドライバ増幅器24によって増幅されたRF信号は電力増幅器25によって所定の送信レベルまで増幅され、アンテナ26から基地局に向けて送信される。
【0006】
ドライバ増幅器24は二つのトランジスタ7a、7bを有する差動増幅回路7で構成される。トランジスタ7a、7bのエミタ同士は共通の抵抗7cによってグランドに接続され、コレクタにはそれぞれ負荷抵抗7d、7eを介して電圧Bが供給される。そして、RF増幅器23で増幅された送信信号RFがベース間に入力され、増幅された送信信号RFがコレクタ間から出力される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来の送信回路では、周波数の低い中間周波信号IFを増幅する中間周波増幅器21の利得は周波数の高い送信信号RFを増幅するRF増幅器23の利得よりも高い(ほぼ2倍)ので、全体の利得減衰量を分担する中間周波増幅器21とRF増幅器23との割合が自動利得制御電圧Vの変化範囲内(3.0ボルト〜0ボルト)で平均的におよそ2対1となっている。しかも、RF増幅器23は周波数の高い信号を増幅するため、自動利得制御電圧Vが高くなると利得が飽和する。その結果、自動利得制御電圧Vの高い範囲(例えば3.0ボルト〜1.5ボルト)では、全体の利得減衰量に占める中間周波増幅器21の利得減衰量の割合がより大きくなって(2/3以上)S/Nが悪化していた。また、出力電力を中電力または低電力とする自動利得制御電圧Vの低い範囲(例えば1.5ボルト〜0ボルト)でも、全体の利得減衰量に占める中間周波増幅器21の利得減衰量の割合が大きい(ほぼ2/3以上)ので、C/Nが悪化していた。
【0008】
一方、受信回路における利得減衰特性は自動利得制御電圧に対して直線的になるように設計されているが、上述のように、RF増幅器23は自動利得制御電圧Vが高くなると利得が飽和するので、自動利得制御電圧Vと利得減衰量との関係(利得減衰特性)が直線的にならず、その結果、全体の利得減衰特性(図5の曲線C参照)も直線的にならず、受信回路における利得減衰特性との整合が取れないという問題があった。
【0009】
そこで、本発明の送信回路は、低出力電力時(自動利得制御電圧Vの高い範囲(例えば3.0ボルト〜1.5ボルト))におけるS/Nや、中低電力出力時(自動利得電圧Vの低い範囲(例えば1.5〜0ボルト))におけるC/Nを改善し、さらに、利得減衰特性を直線的にすることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の送信回路は、中間周波信号を増幅する中間周波増幅器と、増幅された前記中間周波信号を送信信号に周波数変換する周波数変換器と、前記送信信号を増幅する高周波増幅器と、前記高周波増幅器で増幅された送信信号をさらに増幅して電力増幅器に入力する駆動増幅器とを備え、前記中間周波増幅器と前記高周波増幅器と前記駆動増幅器とを可変利得増幅器で構成し、これら各増幅器の利得を第一の電圧から第二の電圧まで変化する自動利得制御電圧によって制御し、前記中間周波増幅器及び前記高周波増幅器の各利得を前記第一の電圧でそれぞれ最大にするとともに前記第二の電圧でそれぞれ最小利得とし、前記駆動増幅器の利得を前記第一の電圧から前記第一の電圧と前記第二の電圧との間の第三の電圧まで変化するに従って最大利得から所定の利得まで暫時減衰し、前記第三の電圧と前記第二の電圧の間では前記所定の利得を保持した。
【0012】
また、本発明の送信回路は、前記駆動増幅器は増幅素子を有する増幅回路と前記増幅素子に電流を流す定電流回路とで構成され、前記増幅回路の利得は前記電流に比例し、前記定電流回路の電流は前記自動利得制御電圧が前記第一の電圧から前記第三の電圧まで変化するに従って最大電流から所定の電流まで暫時減少し、前記第三の電圧と前記第二の電圧との間では前記所定の電流を保持するようにした。
【0013】
また、本発明の送信回路は、前記定電流回路は二つのトランジスタを有するカレントミラー回路と前記トランジスタの電流を制御するジャンクションFETとで構成され、前記トランジスタの一方に流れる電流を前記増幅素子に流し、前記トランジスタの他方のコレクタには抵抗を介して固定の電圧を供給するとともに前記ジャンクションFETのソースを接続し、前記ジャンクションFETのゲートに前記自動利得制御電圧を供給した。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の送信回路を図1乃至図3に従って説明する。図1は本発明の送信回路のブロック構成図、図2は図1に示すブロック構成図における中間周波増幅器、RF増幅器、ドライバ増幅器の利得減衰特性図、図3は図1におけるドライバ増幅器の回路図である。
【0015】
先ず、図1において、QPSK変調された200MHz帯の中間周波信号IFは図示しない変調器から出力されて中間周波増幅器1に入力される。中間周波増幅器1は利得制御が可能な可変利得増幅器で構成され、その利得は基地局からのパワーコントロール信号に基づく自動利得制御電圧Vによって制御される。自動利得制御電圧Vは、第一の電圧である3.0ボルトから第二の電圧である0ボルトまで変化する。そして、中間周波増幅器の利得は自動利得制御電圧Vが3.0ボルトのときに最大となり、0ボルトのときに最小となる。従って、図2の曲線Aに示すように、自動利得制御電圧Vが3.0ボルトから0ボルトに変化するに従っておよそ60dBまで減衰するように制御される。この自動利得制御電圧Vは受信信号のレベルの高低の方向に対して0ボルトから3.0ボルトまで変化する。中間周波信号IFは中間周波増幅器1によって増幅された後、混合器2aと局部発振器2bとで構成される周波数変換器2に入力される。中間週波信号IFは局部発振器2bから出力される局部発振信号と混合器2aにおいて混合されておよそ1.1GHz帯の送信信号RFに周波数変換される。
【0016】
送信信号RFは、先ず、高周波増幅器(RF増幅器という)3で増幅される。RF増幅器3も利得制御が可能な可変利得増幅器で構成され、その利得は自動利得制御電圧Vが3.0ボルトで最大となり、0ボルトで最小となる。そして、図2の曲線Bに示すように、自動利得制御電圧Vによっておよそ30dBまで減衰が可能に制御される。しかし、RF増幅器3の利得は、図2の曲線Bに示すように、利得制御電圧Vが1.5ボルトより高くなるに従って飽和する傾向となっている。RF増幅器3で増幅された送信信号RFは駆動増幅器(ドライバ増幅器という)4でさらに増幅される。ドライバ増幅器4は次段の電力増幅器5を十分に駆動できるレベルまで送信信号RFを増幅するためのものである。
【0017】
また、ドライバ増幅器4も利得制御が可能な可変利得増幅器で構成され、その利得は自動利得制御電圧Vによって制御される。しかし、その利得を制御する自動利得制御電圧Vの範囲は、3.0ボルトから3.0ボルトと0ボルトの間の第三の電圧である1.5ボルトまでの範囲に制限されている。そして、図2の曲線Cに示すように、自動利得制御電圧Vが1.5Vに低下するまでは所定の利得となるおよそ12dBまで減衰し、自動利得制御電圧Vがそれ以下に低下しても一定の利得減衰量12dBの状態を保持するようになっている。従って、中間周波増幅器1とRF増幅器3とドライバ増幅器4とによる全体の利得減衰量は図2の曲線Dに示すように、およそ102dBまで変化する。この結果、全体の利得減衰量に占める中間周波増幅器1の利得減衰量の割合が少なくなってS/Nが良くなる。
ドライバ増幅器4によって増幅された送信信号RFは電力増幅器5によって所定の送信レベルまで増幅され、アンテナ6から基地局に向けて送信される。
【0018】
ドライバ増幅器4は、図3に示すように、増幅回路となる差動増幅回路7と、定電流回路8とで構成されている。差動増幅回路7は増幅素子である二つのトランジスタ7a、7bを有し、それらのエミッタが互いに接続され、コレクタには負荷抵抗7c、7dを介して電圧Bが供給される。そして、トランジスタ7c、7dのエミッタに定電流回路8が接続される。送信信号RFはトランジスタ7a、7bのベース間に入力され、増幅された送信信号RFはコレクタ間から出力される。なお、増幅回路7の利得はトランジスタ7a、7bに流れるコレクタ電流にほぼ比例する。
【0019】
定電流回路8はカレントミラー回路9と電流制御回路10で構成される。カレントミラー回路9を構成する一方のトランジスタ9aのコレクタが差動増幅回路7のトランジスタ7a、7bのエミッタに接続される。また、カレントミラー回路9を構成する他方のトランジスタ9bのコレクタとベースとが互いに接続され、そのコレクタには抵抗9cを介して電圧Bが供給される。また、電流制御回路10を構成するジャンクションFET10aのドレインに電圧Bが供給され、ソースが抵抗10bによってトランジスタ9bのコレクタに接続される。そして、ゲートに自動利得制御電圧Vが供給される。なお、トランジスタ9a、9bのエミッタはグランドに接続される。
【0020】
以上の構成において、カレントミラー回路9における他方のトランジスタ9bのコレクタ電流は抵抗9cに流れる電流とジャンクションFET10aに流れる電流とが加算された電流であり、抵抗9cに流れる電流はほぼ一定であるが、ジャンクションFET10aに流れる電流は自動利得制御電圧Vによって変化する。従って、トランジスタ9bのコレクタ電流は自動利得制御電圧Vが3.0ボルトで最大となる。
カレントミラー回路9のトランジスタ9aのコレクタ電流はトランジスタ9bのコレクタ電流とは同じであるので、差動増幅回路7の各トランジスタ7a、7bのエミッタにはその1/2の最大電流が流れる。
【0021】
そして、自動利得制御電圧Vが3.0ボルトのときは差動増幅回路7のトランジスタ7a、7bに最大電流が流れて差動増幅回路の利得が高くなり、図2の曲線Cに示すように、自動利得制御電圧Vが低下するに従って差動増幅回路7のトランジスタ7a、7bに流れる電流が減少して利得が低下する。そして、自動利得制御電圧Vが第三の電圧である1.5ボルトになるとジャンクションFET10aがカットオフとなるようになっており、このときにはジャンクションFET10aには電流が流れなくなり、カレントミラ回路9のトランジスタ9bには抵抗9cから流れる所定の電流のみが流れ、差動増幅回路の利得はおよそ12dB減衰したところで一定となる(図2曲線C参照)。なお、差動増幅回路7は、ジャンクションFET10aのゲート電圧が3.0ボルト以上になった場合にはさらに利得が上昇するようになっている。
【0022】
この結果、中間周波増幅器1の利得とRF増幅器3の利得とは自動利得制御電圧Vが3.0ボルトから0ボルトに低下するに従って暫時低下し、一方、ドライバ増幅器4の利得は自動利得制御電圧Vが3.0ボルトから1.5ボルトに低下するに従って暫時低下し、1.5ボルト以下になるとほぼ一定の減衰量(12dB)に固定される。この結果、自動利得制御電圧が1.5ボルト以上の範囲ではドライバ増幅器4の利得減衰特性が加算されるので、RF増幅器3の飽和特性が補正されて、全体の利得減衰特性は、図2の曲線Dに示すように、直線的となる。
【0023】
【発明の効果】
以上のように、本発明の送信回路は、中間周波増幅器と高周波増幅器と駆動増幅器とを可変利得増幅器で構成し、第一の電圧から第二の電圧まで変化する自動利得制御電圧によってこれら増幅器の利得を制御し、中間周波増幅器及び高周波増幅器の各利得を第一の電圧でそれぞれ最大にするとともに第二の電圧でそれぞれ最小とし、駆動増幅器の利得を第一の電圧から第一の電圧と第二の電圧との間の第三の電圧まで変化するに従って最大利得から所定の利得まで暫時減衰し、第三の電圧と第二の電圧の間では所定の利得を保持したので、全体の利得減衰量に占める中間周波増幅器の利得減衰量の割合が少なくなってS/NおよびC/Nを良くすると共に、自動利得制御電圧に対する全体の利得減衰特性を直線的にすることができる。
【0025】
また、本発明の送信回路は、駆動増幅器の増幅素子に電流を流す定電流回路の電流は自動利得制御電圧が第一の電圧から第三の電圧まで変化するに従って最大電流から所定の電流まで暫時減少し、第三の電圧と前記第二の電圧との間では所定の電流を保持するようにしたので、その間では駆動増幅器の利得を所定の利得に保持できる。
【0026】
また、本発明の送信回路は、定電流回路は二つのトランジスタを有するカレントミラー回路とトランジスタの電流を制御するジャンクションFETとで構成され、トランジスタの一方に流れる電流を増幅素子に流し、トランジスタの他方のコレクタには抵抗を介して固定の電圧を供給するとともにジャンクションFETのソースを接続し、ジャンクションFETのゲートに自動利得制御電圧を供給したので、駆動増幅器の増幅素子に流す電流を自動利得制御電圧によって制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の送信回路のブロック構成図である。
【図2】図1に示すブロック構成図における中間周波増幅器、RF増幅器、ドライバ増幅器の利得制御特性図である。
【図3】図1における駆動増幅器の回路図である。
【図4】従来の送信回路のブロック構成図である。
【図5】図4に示すブロック構成図における中間周波増幅器、RF増幅器、ドライバ増幅器の利得制御特性図である。
【図6】図4における駆動増幅器の回路図である。
【符号の説明】
1 中間周波増幅器
2 周波数変換器
2a 混合器
2b 局部発振器
3 RF増幅器
4 ドライバ増幅器
5 電力増幅器
6 アンテナ
7 差動増幅器
7a、7b 増幅用トランジスタ
7c、7d 負荷抵抗
8 電流制御回路
9 カレントミラー回路
9a、9b トランジスタ
9c 抵抗
10 電流制限回路
10a ジャンクションFET
10b 抵抗
Claims (3)
- 中間周波信号を増幅する中間周波増幅器と、増幅された前記中間周波信号を送信信号に周波数変換する周波数変換器と、前記送信信号を増幅する高周波増幅器と、前記高周波増幅器で増幅された送信信号をさらに増幅して電力増幅器に入力する駆動増幅器とを備え、前記中間周波増幅器と前記高周波増幅器と前記駆動増幅器とを可変利得増幅器で構成し、これら各増幅器の利得を第一の電圧から第二の電圧まで変化する自動利得制御電圧によって制御し、前記中間周波増幅器及び前記高周波増幅器の各利得を前記第一の電圧でそれぞれ最大にするとともに前記第二の電圧でそれぞれ最小利得とし、前記駆動増幅器の利得を前記第一の電圧から前記第一の電圧と前記第二の電圧との間の第三の電圧まで変化するに従って最大利得から所定の利得まで暫時減衰し、前記第三の電圧と前記第二の電圧の間では前記所定の利得を保持したことを特徴とする送信回路。
- 前記駆動増幅器は増幅素子を有する増幅回路と前記増幅素子に電流を流す定電流回路とで構成され、前記増幅回路の利得は前記電流に比例し、前記定電流回路の電流は前記自動利得制御電圧が前記第一の電圧から前記第三の電圧まで変化するに従って最大電流から所定の電流まで暫時減少し、前記第三の電圧と前記第二の電圧との間では前記所定の電流を保持するようにしたことを特徴とする請求項1記載の送信回路。
- 前記定電流回路は二つのトランジスタを有するカレントミラー回路と前記トランジスタの電流を制御するジャンクションFETとで構成され、前記トランジスタの一方に流れる電流を前記増幅素子に流し、前記トランジスタの他方のコレクタには抵抗を介して固定の電圧を供給するとともに前記ジャンクションFETのソースを接続し、前記ジャンクションFETのゲートに前記自動利得制御電圧を供給したことを特徴とする請求項2記載の送信回路。
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