JP3964716B2 - 自動電力制御回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に無線通信機に適用可能な自動電力制御回路に関し、特に、２つ以上の周波数帯域で使用可能な無線通信機において、増幅器の出力電力を制御するために増幅器のバイアス電圧を制御する自動電力制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話や自動車電話では、消費電力を極力抑えるため、かつ安定した通信ができるように、送信電力の制御が重要であり、特に携帯電話等の無線通信システムでは、送信出力を一定レベルに安定化するために、送信出力の自動制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行うことが多い。
【０００３】
図５は、従来の自動電力制御回路の一例を示したものである。入力端子１から入力された、送信されるべきＲＦ信号は、増幅器２で増幅された後、出力端子３から次段に出力される一方、電力検出回路４に入力される。電力検出回路４の出力端子５から取り出された、出力端子３の出力信号に応じた電圧の検出信号は比較回路６に供給され、出力電力制御の基準電圧入力端子７から供給される、例えば基地局との距離に応じたレベルの制御信号と比較される。そして、比較回路６から出力される比較出力により増幅器２の出力電力が制御される。
【０００４】
従来例における電力検出回路は、例えば図６に示したように、第１段〜第３段のリミッタアンプ１００〜１０２から成る多段の増幅器の各段の出力を、第１段〜第３段の検波回路１０３〜１０５で検波し、各段の検波電流波形の合計から定電流を差し引き、基準の入力電力に対し仕様から決まる基準の出力電圧が得られるようにすることで電力情報を出力していた。
【０００５】
より具体的には、例えば図７に示すように、増幅器２の出力端子３から取り出して入力した信号に対し、トランジスタＱ３，Ｑ４、抵抗Ｒ４，Ｒ５、定電流源Ｉ１から成る第１段のリミッタアンプ１００、トランジスタＱ５，Ｑ６、抵抗Ｒ６，Ｒ７、定電流源Ｉ２から成る第２段のリミッタアンプ１０１、トランジスタＱ７，Ｑ８、抵抗Ｒ８，Ｒ９、定電流源Ｉ３から成る第３段のリミッタアンプ１０２の各出力を、トランジスタＱ９〜Ｑ１２、定電圧源Ｖ１、定電流源Ｉ４から成る第１段の検波回路１０３、トランジスタＱ１３〜Ｑ１６、定電圧源Ｖ２、定電流源Ｉ５から成る第２段の検波回路１０４、トランジスタＱ１７〜Ｑ２０、定電圧源Ｖ３、定電流源Ｉ６から成る第３段の検波回路１０５を用いて検波し、それぞれの段の検波電流波形をＱ２１，Ｑ２２，Ｒ１０，Ｒ１１から成るカレントミラーで反転したものから補正電流Ｉ１０を減算した電流Ｉ１１を、負荷抵抗Ｒ１２に供給することで、入力電力に応じた検波出力Ｖｏｕｔを出力端子５から取り出す。
【０００６】
図７の構成では、検波出力Ｖｏｕｔは入力電力（ｄＢ）に比例して増加し、無入力時には０に、入力電力が十分大きい時には、Ｉ１１の最大値と負荷抵抗の積で決まる電圧まで高くなる。Ｖｏｕｔの、入力電力に対する傾きは各検波回路の入出力特性と負荷抵抗値で決まり、入力ダイナミックレンジは、各リミッタアンプのゲインとリミッタアンプ段数の積で決まる。
【０００７】
一方、最近では、１台で複数の通信方式に対応できる端末が普及しており、例えば８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚの周波数帯域を使用するＧｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（以下ＧＳＭ）と、１．７１０ＧＨｚ〜１．７８５ＧＨｚの周波数帯域を使用するＤｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ (以下ＤＣＳ)の両方に対応した携帯電話が存在する。このような携帯電話においては、８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚと１．７１０ＧＨｚ〜１．７８５ＧＨｚの２つの周波数帯域の両方に対して、出力電力の制御ができることが必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来構成の自動電力制御回路を用いる場合、周波数特性によって、９００ＭＨｚと１．７ＧＨｚのように周波数が高く、かつ周波数帯域が大幅に異なる入力信号に対しては、電力検出回路のリミッタアンプが周波数によって異なるゲインのリミッタアンプとして振る舞う。特に高い方の周波数帯域の信号を入力した場合には、低い方の帯域の信号を入力した場合に比べて、リミッタアンプのゲインが低下するため、電力検出回路としては、同じ電力の信号に対して検波電圧が低めに出力されてしまう。従って、同じ電力強度の信号を入力した場合でも周波数によって電力検出回路の検出信号が異なり、異なる周波数の信号に対して電力制御を行うことができない。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解消するもので、単体で、複数の周波数の信号に対して電力制御を行うことができる自動電力制御回路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】
この目的を達成するために、本発明の自動電力制御回路は、複数の周波数帯域に対して正確な電力検出を行うことができる電力検出回路を備えたことを特徴とする。また、上記電力検出回路は、１つの定電流から、リミッタアンプのゲインの周波数特性による検波電流の変化分だけ異なる２つの電流を作ることができる電流切り替え回路を備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記電力検出回路を備えることにより、１つの自動電力制御回路で２つの周波数に対して正確な電力制御を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における自動電力制御回路の回路図を示すものである。１１はＧＳＭ帯域用の入力端子、１２はＧＳＭ帯域用の増幅器、１３はＧＳＭ帯域用の出力端子、２１はＤＣＳ帯域用の入力端子、２２はＤＣＳ帯域用の増幅器、２３はＤＣＳ帯域用の出力端子、１４は２つの帯域に対して正確な電力検出ができる電力検出回路、１５は電力検出回路の出力端子、１７はＧＳＭ／ＤＣＳ帯域切り替えのための制御端子、１８は出力電力制御の基準電圧入力端子、１６はＧＳＭ帯域用の比較回路、２６はＤＣＳ帯域用の比較回路である。
【００１３】
次に、本実施の形態１における動作を説明する。図１において、ＧＳＭ帯域の時は、入力端子１１から送信信号が入力され、ＧＳＭ帯域用の増幅器１２によって増幅される。ＧＳＭ帯域用の増幅器１２の出力信号は、ＧＳＭ帯域用出力端子１３から出力されると同時に、電力検出回路１４に入力される。電力検出回路１４は、切り替え制御端子１７の電位がＬＯの時にＧＳＭ帯域用として動作し、ＧＳＭ帯域用の増幅器１２の出力電力レベルに応じた検出信号を出力端子１５に出力することができる。電力検出回路１４から出力された検出信号は、ＧＳＭ帯域用の比較回路１６にて、基準電圧入力端子１８から供給される、例えば基地局との距離に応じたレベルの制御信号と比較され、ＧＳＭ帯域用の比較回路１６の比較出力により、ＧＳＭ帯域用の増幅器１２のゲインが制御される。
【００１４】
次に、ＤＣＳ帯域の時は、入力端子２１から送信信号が入力され、ＤＣＳ帯域用の増幅器２２によって増幅される。ＤＣＳ帯域用の増幅器２２の出力信号は、ＤＣＳ帯域用出力端子２３から出力されると同時に、電力検出回路１４に入力される。電力検出回路１４は、切り替え制御端子１７の電位がＨＩの時にＤＣＳ帯域用として動作し、ＤＣＳ帯域用の増幅器２２の出力電力レベルに応じた検出信号を出力端子１５に出力することができる。電力検出回路１４から出力された検出信号は、ＤＣＳ帯域用の比較回路２６にて、基準電圧入力端子１８から供給される、例えば基地局との距離に応じたレベルの制御信号と比較され、ＤＣＳ帯域用の比較回路２６の比較出力により、ＤＣＳ帯域用の増幅器２２の出力電力が制御される。
【００１５】
以上のように、本実施の形態１によれば、複数の周波数に対して正確な電力検出を行うことができる電力検出回路を備えたことによって、１つの自動電力制御回路で２つの帯域の信号に対する電力制御を行うことが可能になる。
【００１６】
なお、前記実施の形態１では、帯域はＧＳＭ帯域とＤＣＳ帯域の２帯域としたが、３帯域以上としてもよいことは明らかである。
【００１７】
本実施の形態１における電力検出回路について、更に詳しく説明する。図２は、その電力検出回路の構成を示したもので、先ず、ＧＳＭ帯域の時、切り替え制御端子１７に基準電圧Ｖｒｅｆより低い電圧を与えると、切り替えスイッチ２９のＧＳＭ側がオンされて、ＧＳＭ帯域の信号が第１の整合回路２７を経てリミッタアンプ１００へ入力される。同時に、定電流源Ｉ１３に接続されたトランジスタＱ２３〜Ｑ２６，Ｑ２７〜Ｑ３０のうちトランジスタＱ２３〜Ｑ２６がオンし、トランジスタＱ２３〜Ｑ２５によって、補正電流値は、（３／４×Ｉ１３）＋Ｉ１２となる。リミッタアンプ１００〜１０２と検波回路１０３〜１０５で作られた検波電流から、上記補正電流を差し引いた電流が負荷抵抗Ｒ１３に供給されることにより、ＧＳＭ帯域の入力電力レベルに応じた検出信号Ｖｏｕｔが出力端子１５に出力される。
【００１８】
次に、ＤＣＳ帯域の時には、切り替え制御端子１７に基準電圧Ｖｒｅｆより高い電圧が与えられ、切り替えスイッチのＤＣＳ側がオンされて、ＤＣＳ帯域の信号が第２の整合回路２８を経てリミッタアンプ１００へ入力される。同時に、定電流源Ｉ１３に接続されたトランジスタＱ２３〜Ｑ２６，Ｑ２７〜Ｑ３０のうちトランジスタＱ２７〜Ｑ３０がオンし、トランジスタＱ２９〜Ｑ３０によって、補正電流は、（２／４×Ｉ１３）＋Ｉ１２となる。リミッタアンプ１００〜１０２と検波回路１０３〜１０５で作られた検波電流から、上記補正電流を差し引いた電流が負荷抵抗Ｒ１３に供給されることにより、ＤＣＳ帯域の入力電力レベルに応じた検出信号Ｖｏｕｔが出力端子１５に出力される。
【００１９】
ここで、ＧＳＭ帯域とＤＣＳ帯域に対する、リミッタアンプのゲイン差をΔＧとすると、図３に示すように、同じ入力電力の時の、ＧＳＭ帯域とＤＣＳ帯域に対する出力電流（補正前）は、検波特性の傾きとΔＧで決まる電流値ΔＩだけ異なる値となる。従って、ＧＳＭ帯域の時の補正電流値Ｉｇｓｍと、ＤＣＳ帯域の時の補正電流値Ｉｄｃｓについて
Ｉｇｓｍ＝（３／４×Ｉ１３）＋Ｉ１２
Ｉｄｃｓ＝（２／４×Ｉ１３）＋Ｉ１２
ΔＩ＝（１／４×Ｉ１３）
が成り立つように定電流値Ｉ１２、Ｉ１３を設定することで、図２の電力検出回路はＧＳＭ帯域とＤＣＳ帯域の両方で同じ電力検出特性を持つことができる。
【００２０】
ここで挙げたＩｇｓｍ、Ｉｄｃｓ、Ｉ１２、Ｉ１３、及びＩ１３を３／４や２／４に分配する比率などは一例であるが、実際に設計する際には、実測やシミュレーションによって求めたΔＩと、電力検出特性の仕様から求まるＩｇｓｍまたはＩｄｃｓの値から、Ｉ１２、Ｉ１３の値、及びＩ１３の分配比率を決めるためのＱ２３〜Ｑ２６及びＱ２７〜Ｑ３０部分のトランジスタ数で設定することで、ＧＳＭ帯域とＤＣＳ帯域に対する電力検出特性のずれを補正することができる。
【００２１】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における電力検出回路を示したものである。実施の形態１の場合と同様に、ＧＳＭ帯域の時、切り替え制御端子１７に基準電圧Ｖｒｅｆより低い電圧を与えると、定電流源Ｉ１３に接続されたトランジスタＱ２３〜Ｑ２６，Ｑ２７〜Ｑ３０のうちトランジスタＱ２３〜Ｑ２６がオンし、トランジスタＱ２３〜Ｑ２５によって、補正電流値は、（３／４×Ｉ１３）＋Ｉ１２となる。同時に、切り替えスイッチのＧＳＭ側がオンされることで、リミッタアンプ１００〜１０２と検波回路１０３〜１０５で作られた検波電流から、上記補正電流を差し引いた電流が負荷抵抗Ｒ１３に供給されることで生じる、ＧＳＭ帯域の入力電力レベルに応じた検出信号Ｖｏｕｔが出力端子１５に出力される。
【００２２】
次に、ＤＣＳ帯域の時には、切り替え制御端子１７に基準電圧Ｖｒｅｆより高い電圧が与えられ、定電流源Ｉ１３に接続されたトランジスタＱ２３〜Ｑ２６，Ｑ２７〜Ｑ３０のうちトランジスタＱ２７〜Ｑ３０がオンし、トランジスタＱ２９〜Ｑ３０によって、補正電流は、（２／４×Ｉ１３）＋Ｉ１４となる。同時に、切り替えスイッチのＤＣＳ側がオンされることで、リミッタアンプ２００〜２０２と検波回路２０３〜２０５で作られた検波電流から、上記補正電流を差し引いた電流が負荷抵抗Ｒ２３に供給されることで生じる、ＤＣＳ帯域の入力電力レベルに応じた検出信号Ｖｏｕｔが出力端子１５に出力される。
【００２３】
ここで、実施の形態１の時と同様に、ＧＳＭ帯域の時の補正電流値Ｉｇｓｍと、ＤＣＳ帯域の時の補正電流値Ｉｄｃｓを設定することで、図４の電力検出回路がＧＳＭ帯域とＤＣＳ帯域の両方で同じ電力検出特性を持つことができるのは言うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、複数の周波数帯域に対して正確な電力検出を行うことができる電力検出回路を備えたことによって、単体で複数の周波数帯域に対する電力制御を行うことができる優れた自動電力制御回路を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における自動電力制御回路の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における電力検出回路の構成図
【図３】本発明の実施の形態１における電力検出回路の入力電力−出力電流特性図
【図４】本発明の実施の形態２における電力検出回路の構成図
【図５】従来の自動電力制御回路の構成図
【図６】従来例における電力検出回路の構成図
【図７】図６のさらに具体的な回路図
【符号の説明】
１１，２１ 入力端子
１２ ＧＳＭ帯域用の増幅器
１３，２３ 出力端子
１４ 電力検出回路
１５ 電力検出回路の出力端子
１６ ＧＳＭ帯域用の比較回路
１７ 切り替え制御端子
１８ 基準電圧入力端子
２２ ＤＣＳ帯域用の増幅器
２６ ＤＣＳ帯域用の比較回路
２７，２８ 整合回路
２９ 切り替えスイッチ
３１〜３４ 加算回路
１００〜１０２，２００〜２０２ リミッタアンプ
１０３〜１０５，２０３〜２０５ 検波回路

Claims (3)

1. ２つ以上の周波数帯域で使用可能な無線通信機の増幅器の出力電力を制御するために用いられる自動電力制御回路において、
   第１帯域用の入力端子および第１帯域用の出力端子を有する第１帯域用の増幅器と、
   第２帯域用の入力端子および第２帯域用の出力端子を有する第２帯域用の増幅器と、
   前記第１帯域用の増幅器の出力を第１の入力とするとともに前記第２帯域用の増幅器の出力を第２の入力とし、これらの異なった帯域用として動作するように外部から信号を与える切り替え制御端子を有する電力検出回路と、
   前記電力検出回路の出力を第１の入力とするとともに基準電圧を第２の入力とし、出力により前記第１帯域用の増幅器を制御する第１帯域用の比較回路と、
   前記電力検出回路の出力を第１の入力とするとともに基準電圧を第２の入力とし、出力により前記第２帯域用の増幅器を制御する第２帯域用の比較回路と、
   を備え、前記切り替え制御端子の信号に応じて、前記電力検出回路が、前記第１の入力のレベルに応じた検出信号若しくは前記第２の入力のレベルに応じた検出信号を出力することを特徴とする自動電力制御回路。
2. 電力検出回路は、
   第１の入力端子を有する第１の整合回路と、
   第２の入力端子を有する第２の整合回路と、
   前記第１の整合回路の出力を第１の入力とするとともに前記第２の整合回路の出力を第２の入力とし、前記第１の入力と第２の入力を選択的に切り替えるための制御端子を有する切り替えスイッチと、
   リミッタアンプを複数段縦続接続してその入力を前記切り替えスイッチの出力に接続してなる増幅回路と、
   前記増幅回路における各段のリミッタアンプの出力をそれぞれの入力とする複数の検波回路と、
   前記複数の検波回路の各検波電流を順に加算する電流加算手段と、
   第１の定電流源と、基準電圧源と、第２の定電流源と、負荷抵抗と、出力端子と、Ｎ個のトランジスタのエミッタ及びベースをそれぞれ共通接続した第１のトランジスタ群と、Ｍ個のトランジスタのエミッタ及びベースをそれぞれ共通接続した第２のトランジスタ群とからなり、前記第１および第２のトランジスタ群のエミッタを共通に接続して前記第１の定電流源に接続すると共に前記第１のトランジスタ群のベースを前記制御端子に接続し、前記第２のトランジスタ群のベースを前記基準電圧源に接続し、前記第１のトランジスタ群の内のｎ個のトランジスタの各コレクタと前記第２のトランジスタ群の内のｍ個のトランジスタの各コレクタとを共通に接続し、前記共通に接続したｎ個のトランジスタのコレクタおよびｍ個のトランジスタのコレクタと、前記電流加算手段の出力と、前記第２の定電流源と、前記負荷抵抗とをそれぞれ前記出力端子に接続したことを特徴とする請求項１記載の自動電力制御回路。
3. 電力検出回路は、
   第１の入力端子を有する第１の整合回路と、リミッタアンプを複数段縦続接続してその入力を前記第１の整合回路の出力に接続してなる第１の増幅手段と、前記第１の増幅手段における各段のリミッタアンプの出力をそれぞれの入力とする複数の検波回路からなる第１の検波手段と、前記第１の検波手段における各検波回路の検波電流を順に加算する加算回路からなる第１の電流加算手段と、前記第１の電流加算手段に接続された第１の負荷抵抗と、
   第２の入力端子を有する第２の整合回路と、リミッタアンプを複数段縦続接続してその入力を前記第２の整合回路の出力に接続してなる第２の増幅手段と、前記第２の増幅手段における各段のリミッタアンプの出力をそれぞれの入力とする複数の検波回路からなる第２の検波手段と、前記第２の検波手段における各検波回路の検波電流を順に加算する加算回路からなる第２の電流加算手段と、前記第２の電流加算手段に接続された第２の負荷抵抗と、
   前記第１の電流加算手段と第１の負荷抵抗との接続点から取り出す第１の出力を第１の入力とするとともに前記第２の電流加算手段と第２の負荷抵抗との接続点から取り出す第２の出力を第２の入力とし、前記第１の入力と第２の入力を選択的に切り替えるための制御端子と出力端子とを有する切り替えスイッチと、
   第１の定電流源と、基準電圧源と、第２の定電流源と、第３の定電流源と、Ｎ個のトランジスタのエミッタ及びベースをそれぞれ共通接続した第１のトランジスタ群と、Ｍ個のトランジスタのエミッタ及びベースをそれぞれ共通接続した第２のトランジスタ群とを備え、
   前記第１および第２のトランジスタ群のエミッタを共通に接続して前記第１の定電流源に接続すると共に前記第１のトランジスタ群のベースを前記制御端子に接続し、前記第２のトランジスタ群のベースを前記基準電圧源に接続し、前記第１のトランジスタ群の内のｎ個のトランジスタの各コレクタを共通に接続して前記切り替えスイッチの第１の入力と前記第２の定電流源に接続し、前記第２のトランジスタ群の内のｍ個のトランジスタの各コレクタを共通に接続して前記切り替えスイッチの第２の入力と前記第３の定電流源に接続したことを特徴とする請求項１記載の自動電力制御回路。

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