JP5254990B2

JP5254990B2 - 無線送信器のための閉ループデジタル電力制御

Info

Publication number: JP5254990B2
Application number: JP2009541721A
Authority: JP
Inventors: アブデラティフ・ベラウアー; タジンダー・マンク
Original assignee: イセラ・カナダ・ユーエルシー
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CN101627550A; US8509290B2; EP2102992B1; JP2010514282A; WO2008074158A8; US20100027596A1; EP2102992A1; EP2102992A4; WO2008074158A1; CN101627550B

Description

本出願は、２００６年１２月２１日に出願された米国仮特許出願第６０／８７１,３０６号の優先権の利益を主張し、その内容は、ここでの引用により全て本願明細書に組み込まれるものとする。

本発明は、概して無線トランシーバに関する。より詳しくは、本発明は、無線トランシーバの送信経路における出力電力制御に関する。

無線デバイスは、音声およびデータの移動通信を可能にするために長年使用されてきた。このようなデバイスは、例えば携帯電話および無線使用可能な携帯情報端末（ＰＤＡ）を含み得る。無線デバイスによる音声およびデータ情報の送受信は、基地局で、特定の規格、例えばGlobal System for Mobile Communications (GSM)規格に従って行われる。

ＧＳＭ規格は、無線デバイスが特定の電力レベルで電力を送信しなければならないことを規定している。従って、無線デバイスの送信回路は、出力電力が特定の電力レベルに常に維持されることを保証しなければならない。それは、ＧＳＭ規格に対しては、公称３３ｄＢであり、プラスマイナス１ｄＢの許容誤差を有している。将来の規格は、３３ｄＢ以外の一定出力電力レベルを課すかもしれない。無線デバイスにおいて、無線トランシーバチップは、基地局から音声およびデータ信号を受信するための受信コアと、音声およびデータ信号を基地局に送信するための送信機コアとの両方を含んでいる。一定の送信電力出力レベルを維持することに関する課題の１つは、送信器コアの回路が、温度およびプロセス技術によって変化する性能を有していることである。例えば、無線デバイスの温度が公称動作温度を超えると、出力電力のような特性は変化し得る。半導体製造プロセスの変動は、期待される出力電力を変化させ得る要因である。

温度およびプロセスの変動の影響による出力電力レベルを補正するための周知の技術がある。これは、開ループおよび閉ループ技術を含んでいる。図１は、出力電力を調整するための閉ループ電力検出方式を有する無線デバイス１０を示しているブロック図である。無線デバイス１０は、無線入出力経路の中で用いられる他の個別素子、例えば電力増幅器１４、アンテナスイッチ１６およびアンテナ１８に接続された無線トランシーバ１２を備えている。無線トランシーバ１２は、ベースバンド−ＲＦコンバータ２０および可変利得増幅器２２から成る送信器コアと、受信コア２４とを有している。ベースバンド−ＲＦコンバータ２０は、ベースバンドプロセッサ、または無線デバイス１０のマイクロプロセッサ（図示せず）からデジタル信号を受信し、この信号を送信のためにアップコンバートして準備する周知の信号処理動作を実行する。可変利得増幅器２２は、通常ベースバンドプロセッサによって供給される利得制御信号によって、送信される信号のために予め定められた利得を提供するように設定される。受信コア２４は、ベースバンドプロセッサのための受信信号をダウンコンバートして準備するために周知の信号処理動作を実行する。

可変利得増幅器２２は、プロセスおよび温度の変動の影響を受けやすい回路である。例えば、可変利得増幅器２２の出力電力は、７ｄＢｍもシフトする可能性があり、これは、それから電力増幅器１４によって更に増幅される。電力増幅器１４自体もプロセスおよび温度の変動の影響を受けやすいことに注意されたい。従って、これらの変動を修正するために、電力修正器２６が備えられていて、電力増幅器１４の出力電力レベルを検出し、修正信号を電力増幅器１４にフィードバックして、出力電力を増加または減少させ、特定の目標レベルに合わせる。この技術は、固定出力電力レベルを要求する規格には充分であるが、無線デバイスをその特定の規格に限定する。当業者であれば、他の無線通信規格が可変出力電力を要求することを理解するであろう。

通常は、無線デバイスと通信する基地局は、無線デバイスに送信のための利得を増加させるように指示する。なぜなら、以前に送信された信号は、最適状態に及ばないものとして検出され得るからである。当業者であれば、基地局からの要求は、無線デバイスに送信される通信信号の中に埋め込まれることを理解するであろう。この増加は、例えば、１０ｄＢの増加として特定され得る。あるいは、基地局は、最適の性能を維持すると共に、無線デバイスの電池電力を節約するために、無線デバイスに利得を減らすように指示することもできる。従って、図１に示した閉ループ電力修正システムは、可変電力出力を要求する規格のために用いることはできない。

温度による可変電力の出力変化を修正するための１つの解決策は、検出温度に応じて利得を設定することである。ほとんどの無線デバイスは、通常、回路基板の温度をモニタするための温度センサを有している。従って、可変利得増幅器の最終的な利得は、さまざまな温度にわたって特徴づけられ、適切な利得制御信号がメモリに格納される。表１は、メモリに格納されるタイプ関係情報を示している例である。

使用の間の検出温度（Ｔ１、Ｔ２またはＴ３）および所望の最終的な出力電力を出力するための所望の利得（利得１、利得２、利得３）に応じて、適切なコードがメモリから得られ、可変利得増幅器に適用される。表１に示したように、「利得１」の利得レベルを得るために、異なるコードが検出温度Ｔ１、Ｔ２およびＴ３のために用いられる。これらの温度は、特定の値であってもよいし、あるいは特定のコードが依然として有効である温度範囲であってもよい。これは、開ループ電力修正システムと呼ばれる。なぜなら、出力電力自体は、それを修正するためにモニタされないからである。このシステムに関する課題は、特徴づけられるデータが公称の製造されたトランシーバ回路に基づくので、プロセス変動に対する考慮がなされていないことである。プロセス変動を考慮するためには、各トランシーバ回路が特徴づけられなければならなくて、自分自身のコードをメモリに格納させなければならない。各無線デバイスの特徴づけが、かなりの時間を必要とすることは、当業者にとって明らかである。

図２の無線デバイス５０は、可変電力出力を修正するための閉ループの解決策を提供する。無線デバイス５０は、図２が電力修正器２６を電力検出器５２に置き換えていることを除いて、図１に示したものと同じ素子を有している。ここで、出力電力は、検出されて、ベースバンドプロセッサに送信される。特徴づけテーブルは、検出された出力電力に応じて適切な利得を設定するために、ベースバンドプロセッサのメモリに含まれていてもよい。この解決策に関する主な問題は、電力検出器もまた特性が温度によって変化する個別デバイスであるということである。従って、電力検出器の特徴づけが必要であり、この格納されるデータは、電力特徴づけデータと共にメモリに格納される。他の課題は、ベースバンドプロセッサが、検出出力電力をデジタル信号に変換するための補助アナログ−デジタル変換器を必要とすることである。

電力出力修正問題を難しくしているのは、送信される信号の電力ランピング（ramping）のための要求である。いくつかの地域の規格および政府の規則は、特定の規格によって規定されるように、送信される信号の電力レベルが、送信の始めに、低電力レベルから最大電力レベルまで傾斜をつけられ、送信の終わりに、最大電力レベルから低電力レベルまで傾斜をつけられることを要求する。理想的なランピングプロファイルは、異なる電力レベルに対して異なることに注意されたい。図３は、時間ｔ１とｔ２の間の信号の電力ランピングプロファイルの一例を示している。理想的なランピングカーブ６０は、上りのコサインカーブをたどり、時間ｔ２に完了する。残念なことに、温度は、ランピングプロファイルを変化させ得るので、ランピングは、速すぎか遅すぎになる。電力の遅いランピングは、ランピングがデータ送信時間の中に割り込むので、不十分なデータが基地局に送信されるという結果となる。速すぎて長すぎるデータが空中に不正に送信されると、特定の政府の規則、または１つ以上の無線規格によって設定された仕様に違反するかもしれない。従って、追加のランピング修正情報が、ベースバンドプロセッサに格納されなければならない。

組み立てられた各無線デバイスの完全な特徴づけは、あまりに面倒な作業であるので、単一の公称の無線デバイスが、送信器コアの素子を制御するための適切なコードを生成するために、十分に特徴づけられ、出力電力およびランピングプロファイルが補正される。すると、以降のデバイスは、公称のデバイスに対してテストされてベンチマークでテストされた、それらの出力電力を有するようになる。公称のデバイスと比較して出力電力に変動がある場合は、補償係数がテーブルのコードに適用されて、メモリに格納される。これは、無線デバイス毎の特徴づけ時間を減らすことができる一方で、精度は低い。

従って、最小限の追加回路およびメモリへの格納を用いる一方で高精度の閉ループ出力電力修正システムを有する無線デバイスを提供することが望まれる。

本発明の目的は、以前の閉ループ電力出力修正システムの少なくとも１つの短所を取り除くかまたは緩和することである。

第１の態様において、本発明は、電力増幅器に接続された受信器コアを有する無線トランシーバを提供する。この無線トランシーバは、電力検出回路と、アナログ−デジタル変換回路と、電力信号プロセッサと、電力補正回路とを備えている。電力検出回路は、電力増幅器の出力に接続されていて、検出電力レベルおよび基準電力レベルを出力する。アナログ−デジタル変換回路は、検出電力レベルをデジタル電力レベルに変換し、かつ基準電力レベルをデジタル基準電力レベルに変換する。電力信号プロセッサは、デジタル電力レベルからデジタル基準電力レベルを減算して、デジタル電力レベルとデジタル基準電力レベルの差に対応するフィードバック電力信号を出力する。電力補正回路は、可変電力レベル信号とフィードバック電力信号の差に対応する利得制御信号を出力する。無線トランシーバの送信コアは、電力制御信号に応じて出力利得を調整する。本態様の実施形態において、電力検出回路は、第１の電力検出器および第２の電力検出器を有している。第１の電力検出器は、電力増幅器の出力に接続されていて、検出電力レベルを出力する。第２の電力検出器も、第１の電力検出器と同様に構成されていて、基準信号に応じて検出基準電力レベルを出力する。本実施形態の一態様において、電力信号プロセッサは、検出電力レベルから第２の電力検出器と関連する歪曲ノイズを減算するデジタル減算器を有している。電力補正回路は、利得回路およびサンプルホールドレジスタを有している。利得回路は、可変電力レベル信号とフィードバック電力信号の差を算出して、この差によって調整された可変電力レベル信号に対応する電力制御信号を生成する。サンプルホールドレジスタは、電力較正期間の間、電力制御信号を通過させ、電力較正期間の終わりに、電力制御信号をラッチする。

第１の態様の一実施形態によれば、アナログ−デジタル変換回路は、第１のアナログ−デジタル変換器および第２のアナログ−デジタル変換器を有している。第１のアナログ−デジタル変換器は、受信器コアの中に設置されていて、検出電力レベルをデジタル電力レベルに変換する。第２のアナログ−デジタル変換器も、受信器コアの中に設置されていて、基準電力レベルをデジタル基準電力レベルに変換する。第１のスイッチは、第１のアナログ−デジタル変換器を検出電力レベルに選択的に接続する。第２のスイッチは、第２のアナログ−デジタル変換器を検出基準電力レベルに選択的に接続する。受信器コアは、デジタル電力レベルを電力信号プロセッサに選択的に接続する第３のスイッチと、デジタル基準電力レベルを電力信号プロセッサに選択的に接続する第４のスイッチとを有している。

本態様の他の実施形態において、可変電力レベル信号は、基地局によって設定される電力増幅器の所望の電力レベルに対応する。送信コアは、電力制御信号に応じて出力利得を調整するデジタル可変利得増幅器を有している。代替の実施形態では、可変電力レベル信号は、予め定められたランピングプロファイルを有している。送信コアは、デジタル利得ユニットと、アナログベースバンド回路と、デジタル可変利得増幅器とを有している。デジタル利得ユニットは、デジタル出力信号を電力制御信号と乗算して、予め増幅されたデジタル出力信号を出力する。アナログベースバンド回路は、予め増幅されたデジタル出力信号に対応するアナログ出力信号を出力する。デジタル可変利得増幅器は、アナログ出力信号を増幅して、予め定められた電力レベル信号に対応する出力利得を有する増幅されたアナログ出力信号を出力する。第１の態様のさらに別の実施形態においては、電力ランプ制御器が備えられていて、予め定められた電力ランププロファイル信号および電力オフセット信号に応じて可変電力レベル信号を生成する。電力ランプ制御器は、ルックアップテーブルと、補間フィルタと、加算器とを有している。ルックアップテーブルは、複数の電力ランププロファイルを格納していて、所定の電力ランププロファイル信号を選択的に出力する。補間フィルタは、電力ランププロファイル信号をフィルタリングして、フィルタリングされた電力ランププロファイル信号を出力する。加算器は、フィルタリングされた電力ランププロファイル信号に電力オフセット信号の電力値を加算する。ルックアップテーブルは、検出温度に応じて所定の電力ランププロファイル信号を選択的に出力し得る。

可変電力レベル信号が所定のランピングプロファイルを有する実施形態において、電力補正回路は、利得回路およびサンプリング回路を有している。利得回路は、可変電力レベル信号とフィードバック電力信号の差を算出して、この差によって調整された可変電力レベル信号に対応する電力制御信号を生成する。サンプリング回路は、電力較正期間の間、差信号を電力制御信号として通過させ、電力較正期間の終わりに、電力制御信号をラッチする。電力制御信号は、最上位ビットの組および最下位ビットの組を含んでいる。サンプリング回路は、サンプルホールド回路を有していて、イネーブル信号の第１の論理状態に応じて電力制御信号を通過させ、イネーブル信号の第２の論理状態に応じて電力制御信号をラッチする。サンプリング回路は、デジタルランプ回路を有していて、差信号を電力制御信号にエンコードする。ここで、電力制御信号は、最上位ビットの組および最下位ビットの組を含んでいる。送信コアは、デジタル利得ユニットと、アナログベースバンド回路と、デジタル可変利得増幅器とを有している。デジタル利得ユニットは、最上位ビットの組に対応する値によってデジタル出力信号を増幅して、予め増幅されたデジタル出力信号を出力する。アナログベースバンド回路は、予め増幅されたデジタル出力信号に対応するアナログ出力信号を出力する。デジタル可変利得増幅器は、アナログ出力信号を増幅して、設定された電力レベル信号と最下位ビットの組との組み合わせに対応する出力利得を有する増幅されたアナログ出力信号を出力する。設定された電力レベル信号は、デジタル可変利得増幅器の粗い利得レベルを調整し、最下位ビットの組は、デジタル可変利得増幅器の細かい利得レベルを調整する。

第２の態様において、本発明は、電力増幅器および無線トランシーバを備える無線デバイスを提供する。電力増幅器は、アンテナに接続されている。無線トランシーバは、電力増幅器に接続されていて、送信コアと、電力検出回路と、受信器コアと、電力信号プロセッサと、電力補正回路とを有している。送信コアは、利得制御信号に応じた出力利得を有する出力無線周波数信号を出力する。この出力無線周波数信号は、電力増幅器に供給される。電力検出回路は、電力増幅器の出力に接続されていて、検出電力レベルおよび基準電力レベルを出力する。受信器コアは、アナログ−デジタル変換回路を有していて、検出電力レベルをデジタル電力レベルに変換し、かつ基準電力レベルをデジタル基準電力レベルに変換する。電力信号プロセッサは、デジタル電力レベルからデジタル基準電力レベルを減算して、デジタル電力レベルとデジタル基準電力レベルの差に対応するフィードバック電力信号を出力する。電力補正回路は、可変電力レベル信号とフィードバック電力信号の差に対応する利得制御信号を出力する。

本発明の他の態様および特徴は、添付の図に関連する以下の本発明の具体的な実施形態の説明を再検討すれば、この分野における通常の技術者にとって明らかである。
以下、添付の図を参照しつつ、例示のみのための本発明の実施形態を説明する。

一定出力電力修正システムを有する従来技術の無線デバイスのブロック図である。可変出力電力修正システムを有する従来技術の無線デバイスのブロック図である。無線信号送信のための電力ランピングカーブを示しているグラフである。本発明の一実施形態による、無線デバイスのための閉ループ可変出力電力修正システムのブロック図である。本発明の一実施形態による可変利得増幅器制御を備えた、図４に示した送信コアおよび電力補正回路の詳細を示しているブロック図である。本発明の他の実施形態による、図４に示した送信コアおよび電力補正回路の詳細を示しているブロック図である。本発明の更なる実施形態による、図４に示した送信コアおよび電力補正回路の詳細を示しているブロック図である。図７に示したデジタルランプ回路の回路図である。

本発明は、概して、可変電力出力無線デバイスのための閉ループ電力出力較正システムを提供する。無線デバイスは、個別の電力増幅器に接続された送信コアを有する無線トランシーバを備えている。無線トランシーバの中に形成された電力検出回路は、電力増幅器の検出電力レベル、および基準電力レベルを出力し、その両方は、受信器コアにおける既存のＩ及びＱ信号アナログ−デジタル変換器を用いてデジタル信号に変換される。デジタル信号は、電力の歪曲および温度の影響をキャンセルするように処理され、結果として電力フィードバック信号が出力される。電力フィードバック信号は所望の電力出力レベルに対応する信号を得るために比較され、補正制御信号が生成される。補正制御信号は、無線デバイスからの目標出力電力レベルを維持するために、電力増幅器に接続された可変利得増幅器の利得、および／または可変利得増幅器による増幅の前の入力信号の利得を調整することができる。

図４は、本発明の一実施形態による、無線デバイスのための閉ループ可変出力電力修正システムのブロック図である。図４の無線デバイス１００は、回路基板として実現され、それは、無線トランシーバチップ１０２、および個別素子、例えば電力増幅器１０４、減衰器１０６、アンテナスイッチ１０８およびアンテナ１１０を含んでいる。閉ループ可変出力電力修正システムを実現するために、個別素子の構成に対する唯一の変更は、無線トランシーバ１０２にフィードバックされる電力を下げるための、任意の減衰器１０６の包含である。無線トランシーバ１０２が、集積された減衰器を含んでいてもよい。無線トランシーバ１０２は、ＲＦ信号の送受信のために必要な２つの主な回路ブロックを備えている。第１は受信器コア１２０であり、第２は送信器コア１２２である。受信器コア１２０は、受信器ダウンコンバージョンおよび復調ブロック１２４と、アナログ−デジタル変換器１２６および１２８と、信号プロセシングブロック１３０とを有している。受信器ダウンコンバージョンおよび復調ブロック１２４は、ＲＦ入力信号を受信して、分離したＩ及びＱ信号を生成する。アナログ−デジタル変換器１２６および１２８は、Ｉ及びＱ信号をデジタル信号に変換し、これは、続いて、信号プロセシングブロック１３０によってフィルタリングされて処理され、ベースバンドプロセッサ（図示せず）に対するデジタル入力信号ＢＢ＿ＩＮになる。

送信器コア１２２は、ベースバンド−無線周波数（ＲＦ）アップコンバータ１３２およびデジタル制御可変利得増幅器１３４を有している。アップコンバータ１３２は、信号プロセシング論理回路、例えば、送信のためのベースバンドプロセッサデジタル出力信号ＢＢ＿ＯＵＴを前処理するためのパルス整形回路、デジタル−アナログ変換器、フィルタおよびＩ／Ｑ変調回路を有している。本実施形態の可変利得増幅器１３４は、１つ以上の利得制御信号に応じてデジタル的に制御される。無線トランシーバ１０２の中で、閉ループ修正システムは、一対の電力検出器１４０および１４２として実現される電力検出回路と、受信器コア１２０の中のアナログ−デジタル変換回路と、電力信号プロセシング回路１４４と、電力補正回路１４６とを有している。受信器コア１２０の既存のアナログ−デジタル変換回路、すなわちアナログ−デジタル変換器１２６および１２８の再使用は、追加の専用アナログ−デジタル変換器を備えることを不要にし、これによりチップ面積を節約する。本実施形態において、受信器コアのデータ信号経路は、第１の組のスイッチ１５０および１５２を有していて、アナログ−デジタル変換器１２６および１２８の入力を、電力検出器１４０および１４２、または、受信器ダウンコンバージョンおよび復調ブロック１２４に、選択的に接続する。同様に、第２の組のスイッチ１５４および１５６は、アナログデジタル変換器１２６および１２８の出力を、電力信号プロセシング回路１４４、または、信号プロセシングブロック１３０に、選択的に接続する。

閉ループ修正システムの前記素子の概略の機能を以下で説明する。受信器コアが使用中でない電力較正期間の間、スイッチ１５０、１５２、１５４および１５６は、アナログ−デジタル変換器１２６および１２８の入力および出力を閉ループ修正システムの回路に接続するように設定される。電力検出器１４０は、任意の減衰器１０６を介しての、電力増幅器１０４の出力に対応する検出電力レベルを出力する。電力検出器１４０と同一の基準電力検出器１４２は、一定の振幅を有する２６ＭＨｚの基準クロックＲ＿ＣＬＫのような基準信号を受信して基準電力レベルを出力する。あるいは、基準信号は、位相ロックループ（ＰＬＬ）または非発振基準電圧によって提供されてもよい。これは、電力検出器１４０の理想的でない性質および温度変動の影響をキャンセルするために、後で用いられる。なぜなら、基準電力検出器１４２は、電力検出器１４０と同じチップ上に製造されるので、電力検出器１４０と同様に特性が変化するからである。電力検出器１４０からのアナログ検出電力レベルは、アナログ−デジタル変換器１２６によってデジタル電力レベルに変換される。一方、基準電力検出器１４２からの基準電力レベルは、アナログ−デジタル変換器１２８によってデジタル基準電力レベルに変換される。電力信号プロセシング回路１４４は、デジタル電力レベルからデジタル基準電力レベルを減算して、この差に対応するフィードバック電力信号ＰＷＲ＿ＦＢを出力する。従って、電力信号プロセシング回路１４４は、デジタル減算器として実現され得る。その実現は公知技術である。このフィードバック電力信号は、電力検出器１４０の歪曲または温度の影響を受けないデジタル電力レベルに対応する。

電力補正回路１４６は、フィードバック電力信号ＰＷＲ＿ＦＢおよび可変電力レベル信号ＰＷＲ＿ＲＭＰを受信する。信号ＰＷＲ＿ＲＭＰは、所定の固定電力レベルまたは所定のランピングプロファイルに対応する。後者は、上りのコサインカーブまたは任意の他のタイプのカーブのような所定のランピングプロファイルに従う可変電力レベルを有する。ＰＷＲ＿ＲＭＰとＰＷＲ＿ＦＢの差に応じて、電力補正回路１４６は、利得制御信号を出力し、この信号は、送信器コア１２２の回路における利得特性を調整することによって、ＰＷＲ＿ＲＭＰとＰＷＲ＿ＦＢの差を補償または修正する。本実施形態において、電力補正回路１４６は、利得制御信号を生成する利得回路を有している。理想的な初期状態において、ＰＷＲ＿ＦＢはＰＷＲ＿ＲＭＰと一致する。従って、ＰＷＲ＿ＲＭＰに対応する利得レベルは、所望の出力電力レベルを維持するために充分である。一方で、例えば、電力増幅器１０４の出力が低すぎる場合、電力補正回路１４６は、ＰＷＲ＿ＲＭＰの利得レベルと比較して、差に対応する量だけ、利得制御信号の利得レベルを上げる。他方で、電力増幅器１０４の出力が高すぎる場合、電力補正回路１４６は、ＰＷＲ＿ＲＭＰの利得レベルと比較して、利得制御信号の利得レベルを下げる。

図５は、図４に示した送信器コア１２２および電力補正回路１４６の詳細を示しているブロック図である。図５は、更に、本発明の一実施形態による、電力補正回路１４６によって生成される利得制御信号を用いる直接可変利得増幅器制御の実施形態を示している。送信器コア１２２は、パルス整形回路１７０と、利得乗算器１７２と、デジタル−アナログ変換器１７４と、フィルタ１７６と、Ｉ／Ｑ変調器１７８と、前に示したデジタル可変利得増幅器１３４とを有している。素子１７０および１７２は、デジタルベースバンド回路の一部である一方で、素子１７４、１７６および１７８は、アナログベースバンド回路の一部である。全てのこれらの回路は公知技術である。乗算器は、デジタル−アナログ変換の前に信号利得を調整するために、自動利得制御回路によって制御され得る。本実施形態では、利得乗算器１７２は、ベースバンドプロセッサからの制御信号に応じてフィックスされるものと仮定する。電力補正回路１４６は、前述したＰＷＲ＿ＲＭＰおよびＰＷＲ＿ＦＢに応じてｎビットの利得制御信号を生成する利得回路１９０と、ラッチイネーブル信号Ｌ＿ＥＮの論理状態に応じてｎビットの利得制御信号を通過させ、かつ選択的にラッチするサンプリング回路１９２とを有している。図５に示したように、ｎビットの利得制御信号の全ては、可変利得増幅器１３４に供給される。

図５の実施形態において、Ｌ＿ＥＮが非アクティブの論理レベルにある間に、ランピングが始まる。ＰＷＲ＿ＲＭＰが電力ランピングプロファイルを提供するとき、それは、図４の電力増幅器１０４からのＰＷＲ＿ＦＢと比較される。その結果、利得制御信号に対する調整がなされ、これにより可変利得増幅器１３４が調整される。ランピングが完了すると、これはＰＷＲ＿ＲＭＰが電力増幅器１０４の最大出力電力レベルに達したことを意味し、Ｌ＿ＥＮは、利得回路１９０からの最後の利得制御信号をラッチするために、アクティブ論理状態に切り替わる。その結果、可変利得増幅器１３４は、電力増幅器１０４が目標出力電力レベルでアンテナを駆動するのに充分な、調整された利得を有するＲＦ＿ＯＵＴ信号を出力する。次の実施形態で述べるが、ＰＷＲ＿ＲＭＰのランピングプロファイルは、様々な温度のための予め設定されたプロファイルを格納するルックアップテーブルによって提供される。

図６は、図５に示した同じ回路素子の送信器コア１２２および電力補正回路１４６を示しているブロック図である。図６は、更に、本発明の一実施形態による、電力補正回路１４６によって生成される利得制御信号を用いる直接利得乗算器制御の実施形態を示している。より詳しくは、サンプリング回路１９２の出力は、利得乗算器１７２に供給される。一方、可変利得増幅器１３４は、予め設定された電力レベル信号ＰＷＲ＿ＳＥＴを受け取る。ＰＷＲ＿ＳＥＴは、電力増幅器１０４が目標出力電力レベルでアンテナを駆動するのに充分な利得に対応する。ＰＷＲ＿ＳＥＴは固定されているので、電力増幅器１０４の出力電力レベルの温度およびプロセス変動を修正するために、送信信号チェーンの中のより初期に、利得乗算器で、信号利得の調整がなされる。図６は、ランププロファイルを生成するルックアップテーブル２００と、ルックアップテーブル２００からの信号のジッタをフィルタリングする補間フィルタ２０２と、電力オフセット値ＰＷＲ＿ＯＦＦＳＥＴだけランププロファイルをシフトする加算器２０４とから成る電力ランプ制御器を備えている。複数のランププロファイルが、温度にわたる先の特徴づけからの、または特定のランププロファイルに対する最適な応答を有し得る様々な電力増幅器のためのルックアップテーブルに格納され得ることは理解されるべきである。ほとんどの無線デバイスは温度センサを備えているので、用いるのに適切なランピングプロファイルを決定するために、この検出温度が用いられ得る。

様々な電力増幅器が様々な応答特性を有しているので、ＰＷＲ＿ＯＦＦＳＥＴだけランププロファイルをシフトする加算器２０４は、任意の較正機能であることに注意されたい。より詳しくは、格納された電力ランピングプロファイルが、最小レベルおよび最大レベルを有しているのに対して、電力増幅器は、最小利得レベルを超えるまで応答することができない。従って、ランププロファイルは、電力増幅器が最小利得レベルに応答することを保証するための量だけシフトされる。ＰＷＲ＿ＯＦＦＳＥＴ値は、簡単なテストから得ることができ、特定の製造業者の電力増幅器を用いている無線デバイスのために決定することができる。様々な電力増幅器がテストされ得る。そして、レジスタは、製造を通じてのＰＷＲ＿ＯＦＦＳＥＴを設定するために、対応するコードをロードされ得る。

結果として生じる電力ランプ信号ＰＷＲ＿ＲＭＰは、利得回路１９０の入力に供給されて、ＰＷＲ＿ＦＢと比較される。従って、較正動作の間、ＰＷＲ＿ＲＭＰが増加するにつれて、それは、実際の出力電力ＰＷＲ＿ＦＢと比較される。そして、利得乗算器１７２が、補正された利得を有する信号を出力して、電力増幅器１０４から目標出力電力が産生されるように、利得制御信号が調整される。図６の実施形態において、利得乗算器１７２は、デジタル的に制御される増幅器として実現され、それは、サンプリング回路１９２からのｎ個の信号に応答する。これは公知技術であるはずである。当業者は、電力ランプ信号ＰＷＲ＿ＲＭＰのステップサイズが量子化ノイズを最小限にするために最適化されなければならないことを理解するであろう。これにより、上りのランプまたは下りのランプ動作の間、スペクトル放射（spectral radiation）を最小限にする。

図７は、図６に示した同じ回路素子の送信器コア１２２および電力ランプ制御器の素子を示しているブロック図である。従って、それらの動作方法は変わらないままである。図７は、更に、本発明の一実施形態による、電力補正回路１４６によって生成される利得制御信号を用いる、直接利得乗算器制御および直接可変利得増幅器制御の組み合わせの一実施形態を示している。本実施形態においては、利得制御信号の異なるビットは、送信器コア１２２の異なる回路を制御するために用いられる。送信器コア１２２は、今度は、デジタル可変利得増幅器２１０を有していて、それは、予め設定された電力レベル信号ＰＷＲ＿ＳＥＴに加えて、利得制御信号の最下位ビットを受信する。一方、利得乗算器１７２は、利得制御信号の最上位ビットを受信する。最下位ビットと最上位ビットの分割は、システムの設計パラメータであってもよく、実現された回路および性能と精度の所望のレベルに基づいて選択される。

図７の実施形態の電力補正回路１４６は、追加のデジタルランプ回路２１２を有している。デジタルランプ回路２１２は、サンプリング回路１９２のデジタル出力を、最上位ビットから最下位ビットに並べられたビットを有する利得制御ワードにデコードするという役割を果たす。デジタルランプ回路２１２の例としての回路の実施形態を後で図８に示す。

デジタルランプ回路２１２は、ｎビット幅の利得制御信号を出力する。ここでｎは１より大きい整数値である。利得制御信号は２つのグループに編成される。第１は最上位ビットの組であり、第２は最下位ビットの組である。ｎビット幅の信号が与えられるとき、最上位ビットの組はｍビット幅であってもよく、従って最下位ビットの組はｎ−ｍビット幅である。最上位のｍビットは、利得乗算器１７２に供給され、粗い利得調整を提供する。一方、最下位のｎ−ｍビットは、可変利得増幅器２１０に供給され、細かい利得調整を提供する。動作において、可変利得増幅器２１０が、送信される信号の予想される最大利得に基づいて、ほぼ所望の出力電力レベルでＲＦ＿ＯＵＴを駆動するように、ＰＷＲ＿ＳＥＴは、所定レベルに設定される。フィードバック処理から生じた利得制御信号の最上位ｍビットは、利得乗算器１７２によってパルス整形されたＢＢ＿ＯＵＴ信号に適用される利得を設定する。最下位ｎ−ｍビットは、可変利得増幅器２１０を微調整して、電力増幅器１０４の最大出力電力レベルが所望のレベルであることを保証する。

可変利得増幅器２１０は、それが受信する制御ビットの論理位置に対応する加重方法でデジタル的に制御されるように構成されることに注意されたい。例えば、ＰＷＲ＿ＳＥＴは、利得を粗く設定するための最上位ビットの数であってもよい。一方、残りの最下位ビットを形成する利得制御信号のｎ−ｍビットは、利得の細かい制御のために用いられる。

図８は、図７のデジタルランプ回路２１２の可能な実施態様を示している例としての回路である。利得乗算器１７２は、利得を大きいステップサイズ、例えば１または２ｄＢのステップサイズで調整するように構成されている一方で、デジタル可変利得増幅器は、利得を小さいステップサイズ、例えば０．５または０．２ｄＢのステップサイズで調整するように構成されていると仮定する。例としてのデジタルランプ回路２１２は、サンプリング回路１９２から５ビットの利得レベル信号ＧＣＷ［１］〜ＧＣＷ［５］を受信し、これらのビットをデコードして、１２ビットの利得制御信号を出力する。１２ビットの利得制御信号は、最上位ビットＭＳＢ［１］〜ＭＳＢ［４］の組、および最下位ビットＬＳＢ［１］〜ＬＳＢ［８］の組に論理的に再分割される。ここでＭＳＢ［４］は利得制御信号の最上位ビットであり、ＬＳＢ［１］は最下位ビットである。図８のデジタルランプ回路２１２は、２入力ＡＮＤ論理ゲート３００、３０２、３０４、および３０６と、３入力ＡＮＤ論理ゲート３０８、３１０、３１２、３１４、および３１６とから成るデコーダ回路として実現される。３１４と３１６の間の残りのＡＮＤ論理ゲートは図示していないことに注意されたい。現在示している例としての構成において、ＡＮＤ論理ゲート３００、３０２、３０４、および３０６は、信号ＧＣＷ［４］およびＧＣＷ［５］をデコードして、１つのアクティブハイ論理レベル出力を出力する。一方、ＡＮＤ論理ゲート３０８、３１０、３１２、３１４および３１６は、信号ＧＣＷ［１］〜ＧＣＷ［３］をデコードして、１つのアクティブハイ論理レベル出力を出力する。従って、電力の大きい変化のために、より上位のビットＧＣＷ［４］およびＧＣＷ［５］は、利得乗算器１７２に、利得に対する大きいステップサイズの変化を引き起こさせる。しかし、ランププロファイルの最上部に達すると、すなわち最大レベルの近くでは、利得に対して小さい変化しかない。

従って、信号ＧＣＷ［１］〜ＧＣＷ[３]のみが変化すると、これによりデジタル可変利得増幅器２１０が制御され、その利得に対するより小さい変化が引き起こされる。当業者は、サンプリング回路１９２によって出力される信号が、５ビットを超えることがあり得ることを理解する。そして、デジタルランプ回路２１２が、利得乗算器１７２およびデジタル可変利得増幅器２１０の所望の精度に合うように、いかなる数の最下位ビットおよび最上位ビットを出力するようにも構成され得ることを理解する。

従って、無線トランシーバチップで電力増幅器のフィードバック電力を正確に検出し、その結果をデジタル的に処理して、補正利得制御信号を生成することによって、無線トランシーバ回路の温度および／または製造の変動を補償または修正するために、無線トランシーバのデジタル的に制御可能な素子が調整され得る。既存の回路、例えば、受信コアの中のアナログ−デジタル変換器をフィードバックループの中で再利用することは、フィードバックループを実現するために必要な追加の回路の量を最小限にする。これによりチップサイズが縮小され、従ってコストも低減される。

前の説明において、説明のために、多数の詳細は、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために記載される。しかし、これらの具体的な詳細が本発明を実施するために必要でないことは、当業者にとって明らかである。他の例において、周知の電気的な構成および回路は、本発明を不明瞭にしないために、ブロック図形式で示されている。例えば、具体的な詳細は、ここに記載されている本発明の実施形態が、ソフトウェアルーチンか、ハードウエア回路か、ファームウェアか、それらの組み合わせとして実現されるかどうかに関しては提供されていない。

本発明の上記の実施形態は、例としてのみであることが意図されている。代替、修正および変形は、本発明の範囲内において、当業者によって特定の実施形態に対して遂行され得る。本発明の範囲は、この文書に添付された請求項のみによって定義される。

１００無線デバイス
１０２無線トランシーバ
１０４電力増幅器
１２０受信器コア
１２２送信器コア
１２６，１２８アナログ−デジタル変換器
１４０，１４２電力検出器
１４４電力信号プロセシング回路
１４６電力補正回路

Claims

ＲＦ入力信号を受信してベースバンド信号に変換するように構成された受信器コアを有する無線トランシーバにおいて、
電力増幅器の出力に接続されていて、検出電力レベルを出力する第１の電力検出回路と、基準電力レベルを出力する第２の電力検出回路と、
検出電力レベルをデジタル電力レベルに変換するために選択的に接続可能な受信器コアの中の第１のアナログ−デジタル変換器と、
基準電力レベルをデジタル基準電力レベルに変換するために選択的に接続可能な受信器コアの中の第２のアナログ−デジタル変換回路と、
デジタル電力レベルからデジタル基準電力レベルを減算して、デジタル電力レベルとデジタル基準電力レベルの差に対応するフィードバック電力信号を出力する電力信号プロセッサと、
無線トランシーバの送信コアに対して可変電力レベル信号とフィードバック電力信号の差に対応する電力制御信号を出力する電力補正回路と
を備えていて、前記送信コアから出力されるＲＦ信号は、前記電力増幅器によって増幅され、前記送信コアの出力利得は、前記電力制御信号に応じて調整される
ことを特徴とする無線トランシーバ。
前記第１の電力検出回路は、電力増幅器の出力に接続されていて、検出電力レベルを出力する第１の電力検出器を有していて、
前記第２の電力検出回路は、第１の電力検出器と同様に構成されていて、基準信号に応じて検出基準電力レベルを出力する第２の電力検出器を有していることを特徴とする請求項１に記載の無線トランシーバ。
前記第１および第２のアナログ−デジタル変換器は、前記受信器コアの受信器ダウンコンバージョンおよび復調ブロックに選択的に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の無線トランシーバ。
前記受信器コアは、
第１のアナログ−デジタル変換器を検出電力レベルに選択的に接続する第１のスイッチと、
第２のアナログ−デジタル変換器を検出基準電力レベルに選択的に接続する第２のスイッチと
を有していることを特徴とする請求項３に記載の無線トランシーバ。
前記受信器コアは、
デジタル電力レベルを電力信号プロセッサに選択的に接続する第３のスイッチと、
デジタル基準電力レベルを電力信号プロセッサに選択的に接続する第４のスイッチと
を有していることを特徴とする請求項４に記載の無線トランシーバ。
前記電力信号プロセッサは、検出電力レベルから歪曲ノイズを減算するデジタル減算器を有していて、前記歪曲ノイズは、検出電力レベルから第２の電力検出器によって処理される信号と関連することを特徴とする請求項２に記載の無線トランシーバ。
前記電力補正回路は、可変電力レベル信号とフィードバック電力信号の差を算出する利得回路を有していて、この利得回路は、前記差によって調整された可変電力レベル信号に対応する電力制御信号を生成し、
さらに、前記電力補正回路は、電力較正期間の間、電力制御信号を通過させ、電力較正期間の終わりに、電力制御信号をラッチするサンプルホールドレジスタを有している
ことを特徴とする請求項２に記載の無線トランシーバ。
前記可変電力レベル信号は、基地局によって設定される電力増幅器の所望の電力レベルに対応することを特徴とする請求項１に記載の無線トランシーバ。
前記送信コアは、電力制御信号に応じて出力利得を調整するデジタル可変利得増幅器を有していることを特徴とする請求項８に記載の無線トランシーバ。
前記可変電力レベル信号は、予め定められたランピングプロファイルを有していることを特徴とする請求項１に記載の無線トランシーバ。
前記送信コアは、
デジタル出力信号を電力制御信号と乗算して、予め増幅されたデジタル出力信号を出力するデジタル利得ユニットと、
予め増幅されたデジタル出力信号に対応するアナログ出力信号を出力するアナログベースバンド回路と、
アナログ出力信号を増幅して、予め定められた電力レベル信号に対応する出力利得を有する増幅されたアナログ出力信号を出力するデジタル可変利得増幅器と
を有していることを特徴とする請求項１０に記載の無線トランシーバ。
予め定められた電力ランププロファイル信号および電力オフセット信号に応じて可変電力レベル信号を生成する電力ランプ制御器を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の無線トランシーバ。
前記電力ランプ制御器は、複数の電力ランププロファイルを格納しているルックアップテーブルを有していて、このルックアップテーブルは、所定の電力ランププロファイル信号を選択的に出力し、
さらに、前記電力ランプ制御器は、電力ランププロファイル信号をフィルタリングして、フィルタリングされた電力ランププロファイル信号を出力する補間フィルタと、
フィルタリングされた電力ランププロファイル信号に電力オフセット信号の電力値を加える加算器とを有している
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線トランシーバ。
前記ルックアップテーブルは、検出温度に応じて所定の電力ランププロファイル信号を選択的に出力することを特徴とする請求項１３に記載の無線トランシーバ。
前記電力補正回路は、可変電力レベル信号とフィードバック電力信号の差を算出する利得回路を有していて、この利得回路は、前記差によって調整される可変電力レベル信号に対応する電力制御信号を生成し、
さらに、前記電力補正回路は、電力較正期間の間、電力制御信号として差信号を通過させ、電力較正期間の終わりに、電力制御信号をラッチするサンプリング回路を有していて、前記電力制御信号は、最上位ビットの組および最下位ビットの組を含んでいる
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線トランシーバ。
前記サンプリング回路は、イネーブル信号の第１の論理状態に応じて電力制御信号を通過させ、イネーブル信号の第２の論理状態に応じて電力制御信号をラッチするサンプルホールド回路を有していることを特徴とする請求項１５に記載の無線トランシーバ。
前記サンプリング回路は、差信号を電力制御信号にエンコードするデジタルランプ回路を有していて、前記電力制御信号は、最上位ビットの組および最下位ビットの組を含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の無線トランシーバ。
前記送信コアは、
最上位ビットの組に対応する値によってデジタル出力信号を増幅して、予め増幅されたデジタル出力信号を出力するデジタル利得ユニットと、
予め増幅されたデジタル出力信号に対応するアナログ出力信号を出力するアナログベースバンド回路と、
アナログ出力信号を増幅して、設定された電力レベル信号と最下位ビットの組との組み合わせに対応する出力利得を有する増幅されたアナログ出力信号を出力するデジタル可変利得増幅器とを有していて、前記設定された電力レベル信号は、デジタル可変利得増幅器の粗い利得レベルを調整し、前記最下位ビットの組は、デジタル可変利得増幅器の細かい利得レベルを調整する
ことを特徴とする請求項１５に記載の無線トランシーバ。
アンテナに接続された電力増幅器と、
電力増幅器に接続された無線トランシーバとを備える無線デバイスにおいて、前記無線トランシーバは、
ＲＦ入力信号を受信してベースバンド信号に変換するように構成された受信器コアと、
電力増幅器の出力に接続されていて、検出電力レベルを出力する第１の電力検出回路と、基準電力レベルを出力する第２の電力検出回路と、
検出電力レベルをデジタル電力レベルに変換するために選択的に接続可能な受信器コアの中の第１のアナログ−デジタル変換器と、
基準電力レベルをデジタル基準電力レベルに変換するために選択的に接続可能な受信器コアの中の第２のアナログ−デジタル変換回路と、
デジタル電力レベルからデジタル基準電力レベルを減算して、デジタル電力レベルとデジタル基準電力レベルの差に対応するフィードバック電力信号を出力する電力信号プロセッサと、
無線トランシーバの送信コアに対して可変電力レベル信号とフィードバック電力信号の差に対応する電力制御信号を出力する電力補正回路と
を有していて、前記送信コアから出力されるＲＦ信号は、前記電力増幅器によって増幅され、前記送信コアの出力利得は、前記電力制御信号に応じて調整される
ことを特徴とする無線デバイス。