JP4304296B2 - 送信電力制御回路および送信電力制御回路を備えた無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信分野において適用される送信電力制御回路および送信電力制御回路を備えた無線通信装置に関し、特に、温度補償機能を備えた送信電力制御回路、およびそのような送信電力制御回路を備えた無線通信装置に関する。

携帯電話機を始めとする無線通信装置には、送信電力（以下、送信出力レベルという。）を一定に維持する自動送信電力制御回路（ＡＰＣ回路：Automatic Power Control回路）が搭載されている。一般に、ＡＰＣ回路は、自動利得制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）機能を備えた増幅回路の出力側に設けられた検波回路を含む。そして、検波回路からの検波信号をフィードバックし、フィードバック信号にもとづいて増幅回路の利得（ゲイン）を自動調整することによって、送信出力レベルが一定に保たれる。

また、温度補償機能を備えたＡＰＣ回路がある（例えば、特許文献１，２参照）。温度補償機能は、周囲温度の変動に対する増幅回路のゲイン変動を補正するために、検波回路からの検波信号の温度変動を補償する機能である。特許文献１に記載されている温度補償回路は、検波信号と基準電圧とを比較する演算増幅器における基準電圧を温度補償するように動作する。また、特許文献２に記載されている温度補償機能は、検波回路のダイナミックレンジ内において、検波信号と温度センサの出力とを組み合わせることによって温度補償を実現する。

特開２０００−７８０３４号公報（段落００１２−００１４，図１） 特開平１１−２２０４１０号公報（段落００１７−００１８，図１）

ところが、例えば８０ｄＢなどＡＰＣ回路に求められる広いダイナミックレンジに対して、検波回路のダイナミックレンジが狭い場合には、増幅回路の高出力から低出力までの全ての送信出力レベルにおいて検波信号を活用するということはできない。そこで、そのような場合には、検波回路が検出できる高出力レベル側でのみ検波信号を使用し、低出力レベル側では検波信号を使用しない。すなわち、低出力レベル側ではＡＰＣ回路は機能しない。上述したように、ＡＰＣ回路において温度補償機能を実現するために、検波信号を補償したり検波信号と温度検出信号とを組み合わせたりする。すると、検波信号が使用されない低出力レベル側では、周囲温度の変動に対する増幅回路のゲイン変動を正確に補正することができないという課題が生ずる。

本発明は、上記のような課題を解決するための発明であって、検波回路のダイナミックレンジに依存することなく、周囲温度の変動に対する増幅回路のゲイン変動を正確に補正することができ、広範囲の送信出力レベルにおいて、周囲温度に関わりなく所望の送信出力レベルを維持することができる送信電力制御回路および送信電力制御回路を備えた無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明による送信電力制御回路および送信電力制御回路を備えた無線通信装置は、複数種類の所望の送信出力レベルと指令データの値（Ｉ）との関係が設定された第１の記憶部と、複数種類の周囲温度と補正値（Ｃ）との関係が設定された第２の記憶部と、複数種類の所望の送信出力レベルと補正係数（Ｋ）との関係が設定された第３の記憶部と、所望の送信出力レベルが高レベルである場合には、所望の送信出力レベルと温度検出回路が検出した周囲温度とに応じた指令データの値（Ｉ）、補正値（Ｃ）および補正係数（Ｋ）を、第１の記憶部、第２の記憶部および第３の記憶部から読み出し、［Ｉ＋Ｋ・Ｃ］で決まる値に応じた指令信号を自動利得制御増幅器（ＡＧＣアンプ）に出力した後、検波信号にもとづくＡＰＣ制御を実行し、所望の送信出力レベルが低レベルである場合には、所望の送信出力レベルと温度検出回路が検出した周囲温度とに応じた指令データの値（Ｉ）および補正値（Ｃ）を、第１の記憶部および第２の記憶部から読み出し、［Ｉ＋Ｃ］で決まる値に応じた指令信号を自動利得制御増幅器に出力する制御部とを備えたことを特徴とする。

制御部は、温度検出回路が検出した周囲温度が変化すると、変化後の周囲温度に応じた補正値（Ｃ）を第２の記憶部から読み出し、読み出した補正値（Ｃ）によって［Ｉ＋Ｃ］で決まる値に応じた指令信号を自動利得制御増幅器に出力することが好ましい。

指令データをＤ−Ａ変換して自動利得制御増幅器に与えるＤ−Ａ変換器を備えていてもよい。

電力増幅器が複数の増幅器が縦続接続された構成である場合に、本発明の効果は顕著に現れる。また、少なくとも１つの増幅器は、出力レベルの増加に伴って増幅率が低下する特性を有する場合に、本発明の効果は顕著に現れる。

本発明によれば、検波回路のダイナミックレンジに依存することなく、広範囲の送信出力レベルにおいて、周囲温度に関わりなく所望の送信出力レベルを維持することができる送信電力制御回路および送信電力制御回路を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、携帯電話機等の無線通信装置における送信部の一般的な構成例を示すブロック図である。図１に示す構成では、マイクロフォン１から出力される音声信号は、音声処理回路２で、Ａ−Ｄ変換されたり符号化されたりする。ベースバンド処理部３は、音声処理回路２が出力するディジタル音声信号や制御部６が出力するデータ信号からベースバンド信号を作成する。送信部４は、ベースバンド信号で搬送波を変調して中間周波信号（ＩＦ信号）を作成し、さらに、ＩＦ信号を無縁周波数のＲＦ信号に周波数変換する。そして、送信部４は、所定の送信出力レベルでＲＦ信号をアンテナ５を介して電波として送信する。制御部６は、例えばマイクロプロセッサで実現され、音声処理回路２、ベースバンド処理部３および送信部４を制御する。

図２は、送信部４におけるＲＦ信号を所定の送信出力レベルに制御するＲＦ回路１０と、ＲＦ回路１０を含むＡＰＣ回路の構成例を示すブロック図である。ＲＦ回路１０は、指令電圧（指令信号）に応じて増幅率を変えることができる増幅器（以下、ＡＧＣアンプという。）１１と、ＡＧＣアンプ１１の出力をさらに増幅する電力増幅器（以下、パワーアンプという。）１２と、パワーアンプ１２からアンテナ５に供給されるＲＦ信号を分岐させる方向性結合器などのカプラ１３と、カプラ１３の出力にもとづいて送信出力レベルに応じた電圧（検波信号）を出力する検波回路１４とを含む。パワーアンプ１２は、１つまたは複数の増幅器で構成される。また、検波回路１４は、例えば、検波器としてのダイオードとダイオードの出力を平滑する平滑回路とを含む。

検波回路１４からの検波信号は、Ａ−Ｄ変換器２１でディジタル検波信号に変換されて制御部６に入力される。制御部６は、ＡＧＣアンプ１１に与えられる指令信号の値に応じた指令データをＤ−Ａ変換器２４に出力するのであるが、ディジタル検波信号の値に応じて指令データを調整する。Ｄ−Ａ変換器２４は、制御部６から出力される指令データを指令信号に変換してＡＧＣアンプ１１に出力する。

制御部６には、周囲温度を検出して検出温度に応じた電圧の検出信号を出力する温度検出回路２２からの検出信号が入力されている。制御部６は、温度検出回路２２からの検出信号をも使用して、Ｄ−Ａ変換器２４に出力する指令データを調整する。なお、温度検出回路２２は、例えば、サーミスタなど温度センサで構成され、無線通信装置の筐体の内部、好ましくは、パワーアンプ１２が搭載される基板におけるパワーアンプ１２の近傍に設置され、パワーアンプ１２の周囲温度を検出する。

なお、図２に示す構成において、ＡＰＣ回路は、ＲＦ回路１０、Ａ−Ｄ変換器２１、制御部２３およびＤ−Ａ変換器２４を含むループで実現されている。また、記憶部２１は、例えば無線通信装置に搭載されるフラッシュメモリ等で実現され、基準となる指令データや指令データを調整するための補正係数等を保持する第１〜第３の記憶部に相当する。

図３は、一般的な増幅器の入出力特性を模式的に示す説明図である。一般的な増幅器の特徴として、図３に示すように、入力レベルが一定であってもゲイン（出力レベル／入力レベル）は温度によって変化する。図３において、３本の曲線のうち中央の曲線が、例えば、増幅器の周囲温度が０℃である場合の入力レベル（横軸）と出力レベル（縦軸）との関係を示していると仮定と、上下の曲線は、増幅器の周囲温度が変化することに応じて、ゲインが増減することを示している。一例として、上側の曲線は増幅器の周囲温度が−４０℃である場合の入力レベルと出力レベルとの関係を示し、下側の曲線は増幅器の周囲温度が４０℃である場合の入力レベルと出力レベルとの関係を示している。

さらに、図３において、入力レベルの変化に対して出力レベルが線形に変化する領域すなわちゲインがほぼ一定である領域（以下、非飽和領域という。）では、温度変化に起因するゲイン変化量（上側の曲線と下側の曲線との間の間隔に相当）は比較的一律である。しかし、入力レベルの変化に対して出力レベルが線形に変化しない領域すなわちゲインが出力レベルに応じて変化する領域（以下、飽和領域という。）では、温度変化に起因するゲイン変化量が、出力レベルに応じて変動する。図３に示す例では、飽和領域では、出力レベルが大きくなるにつれて、ゲイン変化量は小さくなっていく。

そして、多段の増幅器を縦続接続した構成の増幅回路では、各段の増幅器の飽和領域が各々異なるので、出力レベルの違いに応じたゲイン変化量（温度変化に起因するゲイン変化量）も様々な値になる。このため、出力レベルの違いと温度変化との双方に応じて、ＡＧＣアンプ１１に与えられるべき指令信号の値を細かく設定する必要がある。

図４〜図６は、記憶部２３に格納されるデータテーブルの一例を説明するための説明図である。なお、図４〜図６に記載されている数値は一例であって、実際の応用では、本発明が適用されるシステムや使用される増幅器の特性に応じて、適切な数値に定められる。

図４には、制御部６が目指すべき送信出力レベル（送信レベル指定によって指定される所望の送信出力レベル）と、制御部６がＤ−Ａ変換器２４に与える指令データとの関係の一例が示されている。制御部６は、外部から入力される送信レベル指定に応じて、図４の右欄に記載されている値の指令データＩをＤ−Ａ変換器２４に与える。なお、後述するように、実際には、制御部６は、温度検出回路２２が検出した温度と、送信レベル指定で示される送信出力レベルの値とに応じて、指令データＩを補正し、補正後の指令データＡをＤ−Ａ変換器２４に出力する。また、記憶部２３において、図４に例示されている関係を記述したデータテーブルを格納する領域は、複数種類の所望の送信出力レベルと指令データの値Ｉとの関係が設定された第１の記憶部に相当する。

図５には、温度検出回路２２が検出した温度と補正値との関係の一例が示されている。制御部６は、温度検出回路２２が検出した温度に応じて、図５の右欄に記載されている補正値Ｃを後述する補正係数Ｋでさらに補正した値を、指令データＩに加算する。なお、記憶部２３において、図５に例示されている関係を記述したデータテーブルを格納する領域は、複数種類の周囲温度と補正値Ｃとの関係が設定された第２の記憶部に相当する。

図６には、制御部６が目指すべき送信出力レベルと、補正係数との関係の一例が示されている。制御部６は、外部から入力される送信レベル指定に応じて、図６の右欄に記載されている補正係数Ｋを補正値Ｃに乗算する。なお、図６に示されるように、送信出力レベルが低レベルである場合には、補正係数Ｋとして１が用いられている。また、記憶部２３において、図６に例示されている関係を記述したデータテーブルを格納する領域は、複数種類の所望の送信出力レベルと補正係数Ｋとの関係が設定された第３の記憶部に相当する。

次に、図７のフローチャートを参照して制御部６の動作を説明する。制御部６は、新たな送信レベル指定が入力されると、すなわち送信レベル指定が更新されると、更新された送信レベル指定に応じた指令データＩ（図４参照）を記憶部２３から読み出す（ステップＳ１）。次に、制御部６は、入力された送信レベル指定に応じた補正係数Ｋ（図６参照）を記憶部２３から読み出す（ステップＳ２）。さらに、制御部６は、温度検出回路２２が検出した現時点の温度に応じた補正値Ｃ（図５参照）を記憶部２３から読み出す（ステップＳ３）。なお、送信レベル指定が示すレベルが低レベルである場合には、Ｋの値は１であるから（図６参照）、ステップＳ２の処理を実行しなくてもよい。また、送信レベル指定が示す値の送信出力レベルおよび現時点の温度に相当するデータがデータテーブルに存在しない場合には、制御部６は、データテーブルにおける、送信レベル指定が示す値の送信出力レベルおよび現時点の温度の近傍のデータから、補間によって、指令データＩ、補正係数Ｋおよび補正値Ｃを算出する。

なお、温度検出回路２２は、例えば、温度変化が生じたときに制御部６に対して割込信号を与える。温度検出回路２２は制御部６とバス接続され、制御部６は、割込信号に応じて、バスを介して温度検出回路２２から温度を示すデータを取り込む。そして、取り込んだデータを現時点の周囲温度として記憶する。なお、温度検出回路２２は、あらかじめ決められた所定時間おきに制御部６に対して割込信号を与えるように構成されていてもよい。

制御部６は、さらに、記憶部２３から読み出した補正値Ｃに、記憶部２３から読み出した補正係数Ｋ（低レベルの場合にはＫ＝１）を乗算し、記憶部２３から読み出した指令データＩに乗算結果を加算して、Ｄ−Ａ変換器２４に実際に与えられる指令データＡを作成する（ステップＳ４）。そして、作成した指令データＡをＤ−Ａ変換器２４に出力する（ステップＳ５）。Ｄ−Ａ変換器２４は、入力された指令データＡをアナログ信号に変換し、指令信号としてＡＧＣアンプ１１に出力する。ＡＧＣアンプ１１は、指令信号の値に応じたゲインで入力信号を増幅して、パワーアンプ１２に出力する。なお、低レベルの場合にステップＳ２の処理を実行しないように構成されている場合には、制御部６は、ステップＳ４において、［Ｉ＋Ｋ・Ｃ］の演算に代えて、［Ｉ＋Ｃ］の演算を実行する。

その後、送信出力レベルが低レベルでない場合には、制御部６は、検波回路１４の出力にもとづくＡＰＣ制御を実行する（ステップＳ６，Ｓ７）。すなわち、検波回路１４の出力が目指すべき送信出力レベルよりも低ければ、レベルを上げる方向に変化させた指令データＡをＤ−Ａ変換器２４に出力し、検波回路１４の出力が目指すべき送信出力レベルよりも高ければ、レベルを下げる方向に変化させた指令データＡをＤ−Ａ変換器２４に出力する。なお、この実施の形態では、例えば１０ｄＢｍ以下を低レベルであると想定するが、その値は、使用されている増幅器の特性等に応じて選択しうる値である。

また、温度検出回路２２から温度を示すデータが変化した場合には、制御部６は、ステップＳ３からの処理を再び実行する（ステップＳ８）。ただし、ステップＳ８の判定処理は、送信出力レベルが低レベルのときにのみ実行するようにしてもよい。すなわち、送信出力レベルが高レベルのときには、温度変動に関わらず、検波回路１４の出力にもとづくＡＰＣ制御を継続し、送信出力レベルが低レベルのときにのみ、温度が変動したらあらためて温度による補正制御（ステップＳ３〜Ｓ５）を実行するように構成してもよい。そして、制御部６は、送信レベル指定が変更されるまで、上記の処理を実行する（ステップＳ９）。

以上のように、この実施の形態では、送信出力レベルが高レベルのときには、ＡＰＣ制御の開始時に、目指すべき送信出力レベルと、ＲＦ回路１０、特にパワーアンプ１２の周囲温度との双方を考慮した補正データ（指令データＡ）にもとづく指令信号がＡＧＣアンプ１１に出力される。従って、温度に応じてゲインが変動し、かつ、出力レベルに応じてゲイン変動の仕方が変わるようなパワーアンプ１２を用いている場合であっても、パワーアンプ１２の出力を制御するために最適な値の指令信号がＡＧＣアンプ１１に与えられる。よって、ＡＰＣ制御の負担が軽減される。具体的には、ＲＦ回路１０の送信出力レベルが、早めに、目指すべき送信出力レベルになる。

また、検波回路１４の検波信号を使用できない低レベルのときには、温度が変動すると、変動後の温度に応じた指令信号がＡＧＣアンプ１１に出力される。従って、従来技術では制御対象にできなかった低レベルにおける指令信号も制御することができ、ＲＦ回路１０の周囲温度によらず、送信出力レベルを所望のレベルに維持できる。

ＲＦ回路１０の周囲温度の変動のみを考慮した補正制御では、図３に例示されたように非飽和領域における温度変化に起因するゲイン変動量と飽和領域における温度変化に起因するゲイン変動量とが異なる特性を示す場合に、正確な補償を行えない可能性がある。しかし、上記の実施の形態のように、ＲＦ回路１０の周囲温度の変動とともに、送信出力レベルの違いをも考慮した補正制御を行えば、正確な補償を実現することができる。この効果は、特に、パワーアンプ１２として多段の増幅器を使用した場合に顕著になる。多段の増幅器を使用した増幅回路では、出力レベルの違いに応じたゲイン変化量（温度変化に起因するゲイン変化量）も様々な値になるからである。特に、１つの以上の増幅器が、出力レベルの増加に伴って増幅率が低下する飽和領域における特性を有する場合に、上記の効果は顕著に現れる。

また、上記の実施の形態では、検波回路１４のダイナミックレンジが狭いことに起因して送信出力レベルが低いときには検波信号にもとづくＡＰＣ制御ができない場合であっても、周囲温度にもとづく指令信号の補正制御が行われているので、検波回路１４のダイナミックレンジによらず、ＡＰＣアンプ１１への指令信号の補正が行われていることになる。よって、使用される可能性がある送信出力レベルの全範囲に亘って指令信号の補正制御がなされるので、ＡＰＣ制御の信頼性が向上する。具体的には、検波回路１４の検波信号にもとづくＡＰＣ制御を行える範囲では、ＲＦ回路１０の出力レベルが早めに所望の送信出力レベルになり、検波回路１４の検波信号にもとづくＡＰＣ制御を行えない範囲では、従来の場合に比べて、所望の送信出力レベルに対するＲＦ回路１０の出力レベルの誤差が軽減する。

本発明は、携帯電話機などの無線通信端末装置の送信部において特に好適に適用される。

無線通信装置における送信部の一般的な構成例を示すブロック図である。 ＲＦ回路を含むＡＰＣ回路の構成例を示すブロック図である。 一般的な増幅器の入出力特性を模式的に示す説明図である。 送信出力レベルと指令データとの関係の一例を示す説明図である。 温度と補正値との関係の一例を示す説明図である。 送信出力レベルと補正係数との関係の一例を示す説明図である。 制御部の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ マイクロフォン
２ 音声処理回路
３ ベースバンド処理部
４ 送信部
５ アンテナ
６ 制御部
１０ ＲＦ回路
１１ 増幅器（ＡＧＣアンプ）
１２ 電力増幅器（パワーアンプ）
１３ カプラ
１４ 検波回路
１５ Ａ−Ｄ変換器
２２ 温度検出回路
２３ 記憶部
２４ Ｄ−Ａ変換器

Claims (10)

1. 指令信号に応じて増幅率を変えることが可能な自動利得制御増幅器と、自動利得制御増幅器の出力を増幅する電力増幅器と、電力増幅器の出力を検波して検波信号を出力する検波回路と、前記電力増幅器の周囲温度を検出する温度検出回路とを備え、前記検波信号を用いて前記電力増幅器の出力レベルである送信出力レベルを所望の送信出力レベルに維持する送信電力制御回路において、
   複数種類の所望の送信出力レベルと指令データの値（Ｉ）との関係が設定された第１の記憶部と、
   複数種類の周囲温度と補正値（Ｃ）との関係が設定された第２の記憶部と、
   複数種類の所望の送信出力レベルと補正係数（Ｋ）との関係が設定された第３の記憶部と、
   所望の送信出力レベルが高レベルである場合には、所望の送信出力レベルと温度検出回路が検出した周囲温度とに応じた指令データの値（Ｉ）、補正値（Ｃ）および補正係数（Ｋ）を、前記第１の記憶部、前記第２の記憶部および前記第３の記憶部から読み出し、［Ｉ＋Ｋ・Ｃ］で決まる値に応じた指令信号を前記自動利得制御増幅器に出力した後、前記検波信号にもとづく指令信号を前記自動利得制御増幅器に出力し、所望の送信出力レベルが低レベルである場合には、所望の送信出力レベルと温度検出回路が検出した周囲温度とに応じた指令データの値（Ｉ）および補正値（Ｃ）を、前記第１の記憶部および前記第２の記憶部から読み出し、［Ｉ＋Ｃ］で決まる値に応じた指令信号を前記自動利得制御増幅器に出力する制御部とを備えた
   ことを特徴とする送信電力制御回路。
2. 制御部は、温度検出回路が検出した周囲温度が変化すると、変化後の周囲温度に応じた補正値（Ｃ）を第２の記憶部から読み出し、読み出した補正値（Ｃ）によって［Ｉ＋Ｃ］で決まる値に応じた指令信号を自動利得制御増幅器に出力する
   請求項１記載の送信電力制御回路。
3. 指令データをＤ−Ａ変換して自動利得制御増幅器に与えるＤ−Ａ変換器を備えた
   請求項１または請求項２記載の送信電力制御回路。
4. 電力増幅器は、複数の増幅器が縦続接続された構成である
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の送信電力制御回路。
5. 少なくとも１つの増幅器は、出力レベルの増加に伴って増幅率が低下する特性を有する
   請求項４記載の送信電力制御回路。
6. 指令信号に応じて増幅率を変えることが可能な自動利得制御増幅器と、自動利得制御増幅器の出力を増幅する電力増幅器と、電力増幅器の出力を検波して検波信号を出力する検波回路と、前記電力増幅器の周囲温度を検出する温度検出回路とを備えた送信電力制御回路であって、前記検波信号を用いて前記電力増幅器の出力レベルである送信出力レベルを所望の送信出力レベルに維持する送信電力制御回路を含む無線通信装置において、
   前記送信電力制御回路は、
   複数種類の所望の送信出力レベルと指令データの値（Ｉ）との関係が設定された第１の記憶部と、
   複数種類の周囲温度と補正値（Ｃ）との関係が設定された第２の記憶部と、
   複数種類の所望の送信出力レベルと補正係数（Ｋ）との関係が設定された第３の記憶部と、
   所望の送信出力レベルが高レベルである場合には、所望の送信出力レベルと温度検出回路が検出した周囲温度とに応じた指令データの値（Ｉ）、補正値（Ｃ）および補正係数（Ｋ）を、前記第１の記憶部、前記第２の記憶部および前記第３の記憶部から読み出し、［Ｉ＋Ｋ・Ｃ］で決まる値に応じた指令信号を前記自動利得制御増幅器に出力した後、前記検波信号にもとづく指令信号を前記自動利得制御増幅器に出力し、所望の送信出力レベルが低レベルである場合には、所望の送信出力レベルと温度検出回路が検出した周囲温度とに応じた指令データの値（Ｉ）および補正値（Ｃ）を、前記第１の記憶部および前記第２の記憶部から読み出し、［Ｉ＋Ｃ］で決まる値に応じた指令信号を前記自動利得制御増幅器に出力する制御部とを備えた
   ことを特徴とする無線通信装置。
7. 送信電力制御回路における制御部は、温度検出回路が検出した周囲温度が変化すると、変化後の周囲温度に応じた補正値（Ｃ）を第２の記憶部から読み出し、読み出した補正値（Ｃ）によって［Ｉ＋Ｃ］で決まる値に応じた指令信号を自動利得制御増幅器に出力する
   請求項６記載の無線通信装置。
8. 送信電力制御回路は、指令データをＤ−Ａ変換して自動利得制御増幅器に与えるＤ−Ａ変換器を備えた
   請求項６または請求項７記載の無線通信装置。
9. 送信電力制御回路における電力増幅器は、複数の増幅器が縦続接続された構成である
   請求項６から請求項８のうちのいずれか１項に記載の無線通信装置。
10. 電力増幅器における少なくとも１つの増幅器は、出力レベルの増加に伴って増幅率が低下する特性を有する
    請求項９記載の線通信装置。

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