JP5331732B2 - Envelope tracking power amplifier and envelope tracking amplification method - Google Patents
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Description
本発明は、エンベロープトラッキング方法を用いたエンベロープトラッキング電力増幅器およびそのエンベロープトラッキング増幅方法に関する。 The present invention relates to an envelope tracking power amplifier using an envelope tracking method and an envelope tracking amplification method thereof.
高周波電力増幅器の高効率化の1つの手法として、信号の包絡線に同期して電力増幅器の増幅素子であるFETのドレイン電圧を変動させるエンベロープトラッキング方式(以下、ET法(アンプ)と略す。)がある。すなわち、信号レベルが低い場合には、ドレイン電圧を下げて増幅器のピーク電力を下げ、バックオフを小さくすることにより高効率化を図る。 As one method for improving the efficiency of a high-frequency power amplifier, an envelope tracking method (hereinafter abbreviated as ET method (amplifier)) in which the drain voltage of an FET, which is an amplifying element of a power amplifier, is varied in synchronization with a signal envelope. There is. That is, when the signal level is low, the drain voltage is lowered to lower the peak power of the amplifier, and the back-off is reduced to increase the efficiency.
図3は、従来のETアンプの一例の動作処理を説明する機能ブロック図である。
図3において従来のETアンプは、入力端子iに入力された信号の一部は方向性結合器20で分岐され、包絡線検波器(EDT)30で入力信号の包絡線を検出し、ETアンプ40で電力増幅を行うRFアンプ60の電源電圧を包絡線の振幅電圧に対応して制御する。もう一方の入力信号は、遅延線(DL)50で包絡線検波器30、ETアンプ40で生じる遅延時間との補正を行い、RFアンプ60に入力され、出力整合回路(MT)70を経て出力端子oから外部のアンテナへ向けて出力される。
FIG. 3 is a functional block diagram for explaining an operation process of an example of a conventional ET amplifier.
In the conventional ET amplifier shown in FIG. 3, a part of the signal input to the input terminal i is branched by the
これにより、入力される信号の包絡線の振幅電圧が小さなときにはRFアンプ60の電源電圧が低く、入力される信号の包絡線の振幅電圧が大きなときにはRFアンプ60の電源電圧が高く制御されるので、高効率な増幅器の動作が期待できる。
Thus, when the amplitude voltage of the envelope of the input signal is small, the power supply voltage of the
この方式の課題の1つに、RFアンプの種類によっては、RFアンプ60の電源電圧を低くした時のRFアンプ60の効率が低下するという問題がある。ここで、RFアンプ60の高周波増幅器では、FETやバイポーラトランジスタなどの増幅用半導体素子の入出力部に出力整合回路(MT)70設けてインピーダンス整合を図るが、半導体素子は、一般にそのバイアス条件が変化するとインピーダンスも変化するので、あるバイアス条件において最適な整合回路の動作であっても、電源電圧が変化する場合、バイアス条件が変化してしまい、必ずしも最適な整合回路の動作とはならない。そこで、この対策として入力信号の包絡線に応じて入出力整合回路のインピーダンスを補正する方法も考案されている(特許文献1参照)。
One problem with this method is that depending on the type of RF amplifier, the efficiency of the
特許文献1によるエンベロープトラッキング電力増幅器は、増幅用半導体素子と入出力整合回路とを組み合わせた構成とし、前記半導体素子への供給バイアス電圧を被増幅信号の包絡線に応じて変化させるようにして、前記入出力整合回路のインピーダンスを、前記包絡線に応じてかつ前記バイアス電圧に同期して変化させることにより出力インピーダンスを適正化して電源電圧の低下に伴う効率低下を防いでいる。 An envelope tracking power amplifier according to Patent Document 1 has a configuration in which an amplification semiconductor element and an input / output matching circuit are combined, and a supply bias voltage to the semiconductor element is changed according to an envelope of an amplified signal, By changing the impedance of the input / output matching circuit in accordance with the envelope and in synchronization with the bias voltage, the output impedance is optimized to prevent a reduction in efficiency due to a decrease in power supply voltage.
図4は、特許文献1に示される高周波の電力増幅器(RFアンプ)の電源電圧と、効率の関係を示す図である。
ETアンプの増幅制御としてバイアス電圧を制御しないで出力を固定整合にしたままとすると飽和電力出力時には+30Vの電源を印加するRFアンプの電源電圧を+15Vまで低下させると、飽和時の効率が約58%から約42%まで低下する。一方、特許文献1に示されるRFアンプでは、出力の整合回路も入力信号のエンベロープの振幅電圧に対応して制御することにより、RFアンプの電源電圧を+15Vまで低下させても、飽和時の効率は約55%程度に保つようにしている。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the power supply voltage and efficiency of the high-frequency power amplifier (RF amplifier) disclosed in Patent Document 1. In FIG.
If the output is kept at a fixed match without controlling the bias voltage as the amplification control of the ET amplifier, when the power supply voltage of the RF amplifier to which the power of +30 V is applied is reduced to +15 V when the saturated power is output, the efficiency at the time of saturation is about 58 % To about 42%. On the other hand, in the RF amplifier disclosed in Patent Document 1, the output matching circuit is also controlled according to the amplitude voltage of the envelope of the input signal, so that the efficiency at the time of saturation can be achieved even if the power supply voltage of the RF amplifier is reduced to + 15V. Is kept at about 55%.
従来は、RFアンプのピーク出力レベルを飽和レベルに設定することにより効率改善を図っていた。しかし、最近の携帯電話や放送に用いられるCDMA、OFDM等の変調方式では平均の出力電力とピーク時の出力電圧の差が8dB程度必要な場合もある。通常ETアンプの制御電圧は出力のバックオフ量XdBに対して、10のべき乗(X/20)の割合で電源電圧を低下させていくので、飽和出力時に+30Vの電源電圧を印加するRFアンプの8dBバックオフ時の電源電圧は+12V程度となる。 Conventionally, efficiency has been improved by setting the peak output level of the RF amplifier to a saturation level. However, in recent modulation systems such as CDMA and OFDM used for mobile phones and broadcasts, a difference between the average output power and the peak output voltage may be about 8 dB. Normally, the control voltage of the ET amplifier decreases the power supply voltage at a power of 10 (X / 20) with respect to the output back-off amount XdB. The power supply voltage at the time of 8 dB backoff is about + 12V.
上記対策を行わない場合、効率は40%を下回り、対策を行った場合でも50%を切ってしまう様になる。このような場合、包絡線電圧のみで単純に電源電圧とバイアスとを制御しても効率確保が不十分となる。 If the above measures are not taken, the efficiency falls below 40%, and even if the measures are taken, the efficiency drops below 50%. In such a case, even if the power supply voltage and the bias are simply controlled only by the envelope voltage, the efficiency cannot be ensured sufficiently.
言い換えれば、平均電力とピーク電力との出力電圧差が大きい場合、大半の動作時間となる平均出力時には、電圧降下させて動作することになるが、その電圧では電源効率低下が大きくなり効率確保が不十分となる問題があった。 In other words, if the output voltage difference between the average power and the peak power is large, the operation will be performed with a voltage drop at the average output, which is the majority of the operation time, but at that voltage, the power supply efficiency will decrease and the efficiency will be ensured. There was an inadequate problem.
従来のエンベロープトラッキング方法を用いた電力増幅器は、平均の出力電力とピーク時の出力電圧の差が大きい場合、平均の出力動作を行っている時に電源効率が低下する電源電圧で動作する問題があった。 A power amplifier using the conventional envelope tracking method has a problem of operating at a power supply voltage that reduces power supply efficiency when performing an average output operation when the difference between the average output power and the peak output voltage is large. It was.
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、エンベロープトラッキング増幅方法を用いた電力増幅器において、電源電圧低下時の効率低下を抑え、平均とピークの電力比が高い信号入力時でも高効率な動作ができるエンベロープトラッキング電力増幅器及びエンベロープトラッキング増幅方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in a power amplifier using an envelope tracking amplification method, it suppresses a decrease in efficiency when the power supply voltage is decreased, and is highly efficient even when a signal having a high average-peak power ratio is input. It is an object of the present invention to provide an envelope tracking power amplifier and an envelope tracking amplification method capable of various operations.
上記目的を達成するために、本発明のエンベロープトラッキング電力増幅器は、電力増幅器が増幅する高周波の入力信号を分波抽出して包絡線検波した信号レベルに従って電源供給手段が前記電力増幅器へ供給する電源の電圧が制御されるエンベロープトラッキング電力増幅器において、高周波の信号を増幅して出力する第1、第2の高周波電力増幅器と、前記入力信号を前記第1と前記第2の高周波電力増幅器にむけて分岐出力する分配手段と、前記第1と、第2の高周波電力増幅器との出力を合波して出力する出力手段と、前記第1、第2の高周波電力増幅器に電力を供給する第1、第2の前記電源供給手段と、前記信号レベルを監視して所定のレベルと比較し、所定のレベルよりも低い場合、前記第1の高周波電力増幅器に前記第1の電源供給手段から前記信号レベルに対応して予め設定された電源電圧を供給し、前記分岐された入力信号を増幅して出力させる一方、前記第2の高周波電力増幅器への前記入力信号を遮断すると共に、前記信号レベルに対応して前記第2の高周波電力増幅器のドレインソース容量が予め設定された前記出力手段が形成するインピーダンスに対応する様、前記第2の電源供給手段に予め設定された電圧を出力する制御を行い、所定のレベルよりも高い場合、前記両高周波電力増幅器へ前記入力信号を各入力すると共に、前記第2の高周波電力増幅器の動作が前記第1の高周波電力増幅器と揃うように第2の高周波電力増幅器のゲート電圧のバイアスの設定を行うと共に前記第1と第2の電源供給手段とに一定の電圧を出力して前記供給する制御を行う制御手段とを、備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an envelope tracking power amplifier according to the present invention is a power supply that a power supply means supplies to the power amplifier in accordance with a signal level obtained by demultiplexing a high frequency input signal amplified by the power amplifier and detecting an envelope. In an envelope tracking power amplifier whose voltage is controlled, the first and second high-frequency power amplifiers that amplify and output a high-frequency signal and the input signal to the first and second high-frequency power amplifiers A distribution means for branching output; an output means for combining and outputting the outputs of the first and second high-frequency power amplifiers; and a first for supplying power to the first and second high-frequency power amplifiers; The second power supply means and the signal level are monitored and compared with a predetermined level. If the signal level is lower than the predetermined level, the first high-frequency power amplifier includes the first power supply means. A power supply voltage set in advance corresponding to the signal level is supplied from a source supply means, and the branched input signal is amplified and output, while the input signal to the second high-frequency power amplifier is cut off. In addition, a voltage preset in the second power supply means so as to correspond to the impedance formed by the output means preset in the drain-source capacitance of the second high-frequency power amplifier corresponding to the signal level If the input signal is input to both the high-frequency power amplifiers and the operation of the second high-frequency power amplifier is aligned with that of the first high-frequency power amplifier. Control for setting the bias of the gate voltage of the second high-frequency power amplifier and supplying a constant voltage to the first and second power supply means. And control means for performing, characterized in that it comprises.
また本発明のエンベロープトラッキング電力増幅器のエンベロープトラッキング増幅方法は、分配手段と、出力手段と、第1、第2の高周波電力増幅器と、第1、第2の電源供給手段と、制御手段とを備え、前記両高周波電力増幅器が入力して増幅する高周波の入力信号の一部を分波抽出して包絡線検波した信号レベルに従って電源供給手段が前記高周波電力増幅器へ供給する電源の電圧が制御されるエンベロープトラッキング電力増幅器のエンベロープトラッキング増幅方法において、高周波の信号を増幅して出力する第1、第2の高周波電力増幅器と、前記分配手段は、前記入力信号を前記第1と前記第2の高周波電力増幅器にむけて分岐出力し、制御手段は、前記分波抽出して包絡線検波した前記信号レベルを監視して所定のレベルと比較し、所定のレベルよりも低い場合、前記第1の高周波電力増幅器に前記第1の電源供給手段から前記信号レベルに対応して予め設定された電源電圧を供給し、前記分岐された入力信号を増幅して出力させ、前記第2の高周波電力増幅器への前記入力信号を遮断すると共に、前記信号レベルに対応して前記第2の高周波電力増幅器のドレインソース容量が予め設定された前記出力手段が形成するインピーダンスに対応する様、前記第2の電源供給手段に予め設定された電圧を出力させ、所定のレベルよりも高い場合、前記両高周波電力増幅器へ前記入力信号を各入力すると共に、前記第2の高周波電力増幅器の動作が前記第1の高周波電力増幅器と揃うように第2の高周波電力増幅器のゲート電圧のバイアスの設定を行うと共に前記第1と第2の電源供給手段とに一定の電圧を出力させ、前記出力手段は、前記第1と第2の高周波電力増幅器からの出力を合波して出力することを特徴とする。 An envelope tracking amplification method for an envelope tracking power amplifier according to the present invention includes a distribution means, an output means, first and second high frequency power amplifiers, first and second power supply means, and a control means. The voltage of the power supplied from the power supply means to the high frequency power amplifier is controlled according to the signal level obtained by demultiplexing a part of the high frequency input signal that is input and amplified by both the high frequency power amplifiers and detecting the envelope. In an envelope tracking amplification method of an envelope tracking power amplifier, first and second high frequency power amplifiers that amplify and output a high frequency signal, and the distribution unit are configured to output the input signal to the first and second high frequency powers. The output is branched to the amplifier, and the control means monitors the signal level obtained by extracting the demultiplexed wave and detecting the envelope to obtain a predetermined level. In contrast, when the power level is lower than a predetermined level, a power supply voltage set in advance corresponding to the signal level is supplied from the first power supply means to the first high-frequency power amplifier, and the branched input signal The output means in which the input signal to the second high-frequency power amplifier is cut off and the drain-source capacitance of the second high-frequency power amplifier is preset in accordance with the signal level The second power supply means outputs a preset voltage so as to correspond to the impedance formed by the first and second input power signals to both the high-frequency power amplifiers when the voltage is higher than a predetermined level. The bias of the gate voltage of the second high-frequency power amplifier is set so that the operation of the second high-frequency power amplifier is aligned with that of the first high-frequency power amplifier. To a second power supply means to output a constant voltage, and the output means, and outputs multiplexes the outputs from the first and second high-frequency power amplifier.
本発明によれば、平均とピークの電力比が高い信号入力時でも高効率な動作ができるエンベロープトラッキング電力増幅器及びエンベロープトラッキング増幅方法を提供することが出来る。 According to the present invention, it is possible to provide an envelope tracking power amplifier and an envelope tracking amplification method that can operate with high efficiency even when a signal having a high average / peak power ratio is input.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例のエンベロープトラッキング増幅方法を用いた電力増幅器(以下、ETアンプと称する。)に係わり、ETアンプの動作説明をする機能ブロック図である。
図1において、実施例のETアンプは、電力増幅器として2つのRFアンプ6とRFアンプ12とを使用し、入力レベルが低い時には1つのRFアンプ6は信号増幅用に、他方のRFアンプ12は他方のアンプの出力インピーダンスを入力信号のエンベロープに応じて制御するように用いられる。更に入力レベルが飽和レベル近傍の高い時には、2つのRFアンプ6、12が同時に信号増幅用に用いられる。RFアンプ6、12のそれぞれの出力は、出力整合回路(MC)7、13と位相調整回路(Φ)14、18とを経て出力端子oで合波される。位相調整回路(Φ)14、18の線路長さは、両RFアンプ6、12との位相が揃う適切な長さに調整される。
FIG. 1 is a functional block diagram illustrating the operation of an ET amplifier in connection with a power amplifier (hereinafter referred to as an ET amplifier) using an envelope tracking amplification method according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the ET amplifier of the embodiment uses two
従来のETアンプでは、終段に単独の電力増幅器を用い、入力信号がピーク値になる時に出力が飽和レベル近傍になるよう電源電圧が設定される。一方、本願の実施例のETアンプでは、終段に低出力の2台の電力増幅器を用いて入力信号レベルが低い場合は、1台のみをET増幅動作させる。そして、入力レベルが平均レベルにある大半の動作時間は、低出力の1台の電力増幅器を最大効率近くで動作させ、瞬間的な大入力レベル時のみ電力増幅器を追加してバックオフを大きく取りつつ電源電圧の制御範囲を狭くすることにより増幅器全体の効率を向上させている。 In the conventional ET amplifier, a single power amplifier is used at the final stage, and the power supply voltage is set so that the output is close to the saturation level when the input signal reaches a peak value. On the other hand, in the ET amplifier of the embodiment of the present application, when two input power amplifiers with low output are used at the final stage and the input signal level is low, only one unit is operated for ET amplification. For most of the operation time when the input level is at the average level, a single low-power power amplifier is operated near the maximum efficiency, and the power amplifier is added only at the momentary large input level to greatly increase the back-off. However, the efficiency of the entire amplifier is improved by narrowing the control range of the power supply voltage.
以下、RFアンプ6とRFアンプ12とは同じ飽和電力を有するアンプ素子の場合について説明するが、本提案の範囲はそれに限ったものではない。ここでは、入力レベルの信号範囲が本提案の増幅器全体の飽和電力から−3dB以下の領域と−3dB以上の2つの領域に分けて動作する例について説明する。
Hereinafter, although the case where the RF amplifier 6 and the
(1)出力レベルが電力増幅器全体の飽和電力レベルから−3dB以下の領域
本領域においては、1番目のRFアンプ6は入力信号を増幅する増幅器として動作するが、2番目のRFアンプ12はRFアンプ6の出力インピーダンスを制御する回路として使用される。
(1) Region in which output level is −3 dB or less from the saturation power level of the entire power amplifier In this region, the first RF amplifier 6 operates as an amplifier that amplifies the input signal, but the
入力端子iに入力された信号は、ハイブリッド(方向性結合器、分配器:H)2で分割され、一方の信号が包絡線検波器(EDT)3で検波後エンベロープアンプ4へ入力され、RFアンプ6の電源電圧を検波信号の電圧に従って制御する。分割された他方の信号は、遅延線(DL)5を経て更にデバイダ(Div)9によりさらに2分され、一方が可変移相器(以下Φと略す。)10を介してRFアンプ6に入力され、増幅された後、出力整合回路(MC)7、Φ18を経て出力端子oへ供給される。 The signal input to the input terminal i is divided by the hybrid (directional coupler, distributor: H) 2, and one signal is input to the envelope amplifier 4 after detection by the envelope detector (EDT) 3, and RF The power supply voltage of the amplifier 6 is controlled according to the voltage of the detection signal. The other divided signal is further divided into two by a divider (Div) 9 through a delay line (DL) 5, and one is input to an RF amplifier 6 through a variable phase shifter (hereinafter abbreviated as Φ) 10. After being amplified and supplied to the output terminal o through the output matching circuit (MC) 7 and Φ18.
RFアンプ6については、出力整合回路(MC)13、Φ14を介して接続されたRFアンプ12が構成する回路によって出力インピーダンスに影響される。ここでRFアンプ6、12の動作について説明する。
The RF amplifier 6 is affected by the output impedance by a circuit constituted by the
エンベロープアンプ4へ入力されるEDT3の出力は、レベル比較器(COM)16に入力され、ここでは、飽和レベルに対応する入力レベルから3dB下がった判定値で判別しているが、包絡線検波信号のレベルに応じてスイッチング信号が生成され、スイッチ(SW)11とゲートバイアス設定回路17へ供給される。
The output of the EDT 3 input to the envelope amplifier 4 is input to the level comparator (COM) 16, and here it is determined by a determination value that is 3 dB lower than the input level corresponding to the saturation level, but the envelope detection signal A switching signal is generated according to the level of the signal and supplied to the switch (SW) 11 and the gate
RFアンプ6は、エンベロープアンプ4により入力レベルが小さい場合、低い電源電圧(ドレイン電圧)が供給され、入力レベルが大きな時には高い電圧が供給される。この場合のRFアンプ6の動作は入力側に分配器9、位相調整回路Φ10が新たに加わっているが、基本的には図3に示される従来のETアンプの動作と同じである。
The RF amplifier 6 is supplied with a low power supply voltage (drain voltage) when the input level is low by the envelope amplifier 4 and is supplied with a high voltage when the input level is high. The operation of the RF amplifier 6 in this case is newly added with a
ハイブリッド2のもう一方の出力は、上述の様に分配器(Div)9で更に分配され信号の一方はRFアンプ6へ入力され、他方は、スイッチ(SW)11を経由してRFアンプ12に入力される。ここで、増幅器全体の飽和電力から−3dB以下の領域では、比較器16によりスイッチ(SW)11はOFFにされ、RFアンプ12への入力信号が切断される。
The other output of the
また、比較器16によりゲートバイアス設定回路(RFアンプがFETの場合)(BC)17は、RFアンプ12のゲート電圧をRFアンプ12のドレイン(FETの場合)電流が流れないように設定する。
Further, the
包絡線検波器(EDT)3で検波された信号は、エンベロープアンプ4と同様にRFアンプ12に印加される電源電圧を制御するドレイン電圧制御回路(DC)15にも入力される。一般にFETのドレイン−ソース間の容量(Cds)はドレイン電圧を制御することにより変化する。そして、入力レベルに応じてドレイン制御回路15の出力電圧を制御してRFアンプ12のCdsを変化させることにより、RFアンプ6からみた出力インピーダンスを効率が最適となるように入力電力に応じて制御する。
The signal detected by the envelope detector (EDT) 3 is also input to the drain voltage control circuit (DC) 15 that controls the power supply voltage applied to the
この制御は例えば、ドレイン電圧制御回路(DC)15に予め検波電圧とその出力電圧との対応関係をテーブルにして、図には記載されないメモリに記憶し、その内部CPUに制御させるか、検波信号が入力されるCR回路や、半導体の非線形回路で入出力特性を設定することによって実施される。 For this control, for example, the drain voltage control circuit (DC) 15 previously stores the correspondence between the detection voltage and the output voltage in a table and stores it in a memory not shown in the figure, and allows the internal CPU to control the detection voltage. This is implemented by setting the input / output characteristics with a CR circuit to which is inputted or a semiconductor non-linear circuit.
RFアンプ6からみた出力インピーダンスを可変させる設計法について、ここでは詳細は記さないが、一例として非特許文献1では、バラクタダイオードを用いて、入力レベルに応じて容量を変化させることにより電力増幅器の出力インピーダンスの効率が最適になるように制御する方法が記載されており、回路動作的には同様な効果が得られる。 The design method for varying the output impedance viewed from the RF amplifier 6 will not be described in detail here. However, as an example, in Non-Patent Document 1, a varactor diode is used to change the capacitance according to the input level. A method for controlling the output impedance efficiency to be optimum is described, and the same effect can be obtained in terms of circuit operation.
以上が、「出力レベルが増幅器全体の飽和電力から−3dB以下の領域における動作」の動作説明である。 The above is the description of the operation of “operation in a region where the output level is −3 dB or less from the saturated power of the entire amplifier”.
(2)出力レベルが電力増幅器全体の飽和電力から−3dB以上の領域
この場合、レベル検出器(COM)16が、出力レベルが電力増幅器全体の飽和電力から−3dB以上の領域であることを検出して、スイッチ11をONとして第2のアンプであるRFアンプ12に信号を入力する。また、ゲートバイアス設定回路はRFアンプ12にRFアンプ6と同程度の設定電圧を印加する。位相調整回路(Φ)10、19は、RFアンプ6)とRFアンプ12との信号が出力で同相に合波されるように位相を調整するためのものである。
(2) Region where output level is −3 dB or more from saturation power of entire power amplifier In this case, level detector (COM) 16 detects that the output level is from −3 dB or more from saturation power of the entire power amplifier. Then, the
エンベロープアンプ4は出力電力が飽和電力から−3dBの動作点で最大ドレイン電圧をRFアンプ6に供給し、(2)の動作領域においてはその電圧を保持する様に設定され、RFアンプ12はRFアンプ6と同じドレイン電圧が供給される。その結果、この領域において、RFアンプ6とRFアンプ12とはバランス型のアンプとして動作することになる。
The envelope amplifier 4 is set to supply the maximum drain voltage to the RF amplifier 6 at an operating point where the output power is -3 dB from the saturated power, and is set to hold the voltage in the operating region (2). The same drain voltage as that of the amplifier 6 is supplied. As a result, in this region, the RF amplifier 6 and the
言い換えれば、飽和電力から−3dB以上の出力電力では、一定の電源電圧が印加され同じ出力を持つ2つのRFアンプの出力が合波・加算されてアンテナ(図示せず。)へ向けて出力される。 In other words, at an output power of −3 dB or more from the saturation power, the outputs of two RF amplifiers having the same output applied with a constant power supply voltage are combined and added and output toward an antenna (not shown). The
次に、本願実施例のETアンプの動作と文献1(特開2008−124947)におけるETアンプの動作とを比較してみる。 Next, the operation of the ET amplifier according to the present embodiment will be compared with the operation of the ET amplifier in Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-124947).
図2、図5に本実施例と従来の方法とにおける飽和レベルからのバックオフ量に対応したアンプの制御電圧(ドレイン電圧)と飽和電力を示す。ここでは、例として、既存回路は飽和電力100Wのデバイスを用いているのに対し、本願の実施例は飽和電力50Wのデバイスを2個使用して100Wの出力を得ているとする。また、ドレイン電圧(図2、図5では制御電圧と表示される。)の印加できる最大値を+30Vとしている。
2 and 5 show the control voltage (drain voltage) and saturation power of the amplifier corresponding to the back-off amount from the saturation level in this embodiment and the conventional method. Here, as an example, the existing circuit whereas the using device of saturation power 100W, the present embodiments and to obtain an output of 100W using two devices of
実施例のETアンプにおいては、図2に示されるように出力レベルが飽和レベルから9dBバックオフをとった動作点において、RFアンプ6のドレイン電圧が15Vであり、OFFになっているRFアンプ12の3dB分シフトする。従来の方法では9dBのバックオフを取る場合ドレイン電圧は11Vと低くなってしまうが、本実施例の場合では、上述の通り15Vなので従来の6dBバックオフ時のドレイン電圧と等しくなる。
In the ET amplifier of the embodiment, as shown in FIG. 2, at the operating point where the output level is 9 dB backoff from the saturation level, the drain voltage of the RF amplifier 6 is 15 V, and the
図4に示される如く効率は、ドレイン電圧に対応するので本実施例では、出力レベルが飽和レベルから9dBバックオフをとった動作点における効率が55%と、従来の方法の6dBバックオフ時の動作点における効率と同等な効率が期待でき、従来の方法における9dBバックオフをとった動作点における効率(インピーダンス整合をした場合の45%、しない場合の35%)よりも効率を改善することができる。 As shown in FIG. 4, the efficiency corresponds to the drain voltage. In this embodiment, the efficiency at the operating point where the output level is 9 dB back-off from the saturation level is 55%. An efficiency equivalent to the efficiency at the operating point can be expected, and the efficiency can be improved over the efficiency at the operating point with the 9 dB back-off in the conventional method (45% when impedance matching is performed, and 35% when not). it can.
本願実施例では、出力レベルが飽和レベルから3dBバックオフをとった動作点でも早々にドレイン電圧が最大の30Vとなり飽和出力が100Wと必要以上にあり、従来の方法の3dBバックオフをとった動作点における電圧低下を行っている場合の効率に比べ劣化する様に見受けられる。 In the embodiment of the present application, even at the operating point where the output level is 3 dB back-off from the saturation level, the drain voltage quickly reaches 30 V at the maximum and the saturation output is 100 W, which is more than necessary, and the operation using the conventional method with 3 dB back-off. It seems to be degraded compared to the efficiency when the voltage is lowered at the point.
しかし、通常、平均電力とピーク電力の比が8dB程度ある信号では、3dBバックオフ以上の出力となる高出力な信号の存在確率は低く、短期間のみRFアンプ12が動作し、主要動作期間内では、RFアンプ6のみが動作するので高い効率を維持することが出来る。
However, in general, a signal having a ratio of average power to peak power of about 8 dB has a low probability of existence of a high-power signal with an output of 3 dB backoff or higher, and the
なお、本発明は上記主旨を脱しない範囲で、上記構成、処理手順の組合せを変更しても良い。例えば、入力信号が飽和レベルから3dBよりも低い場合、RFアンプ12をOFFとし、出力インピーダンスを一定に保っておくだけでもRFアンプ6への電源電圧は、9dBバックオフ時にも15Vが印加されるので従来の方法に比べて効率低下を防ぐことが出来る。
In the present invention, the combination of the above configuration and processing procedure may be changed without departing from the spirit of the present invention. For example, when the input signal is lower than 3 dB from the saturation level, the power supply voltage to the RF amplifier 6 is applied to 15 V even at 9 dB back-off simply by turning off the
つまり、RFアンプを複数の構成にすることにより、RFアンプに電力を供給する電源供給手段の最大電源電圧とエンベロープアンプのカバーレンジを広く取らなくて済ませることと、低レベル入力時に一方のRFアンプをOFF状態にすることでバラクタダイオードと同様に出力インピーダンス整合に利用することとによって、高効率を得る効果が得られる。 In other words, by configuring the RF amplifier in multiple configurations, it is not necessary to widen the maximum power supply voltage of the power supply means for supplying power to the RF amplifier and the cover range of the envelope amplifier, and one RF amplifier at the time of low level input By turning the signal OFF to use it for output impedance matching in the same manner as a varactor diode, an effect of obtaining high efficiency can be obtained.
また、ピークレベルと平均レベルの差が大きく、ピークレベルになる確率が低ければ、RFアンプ12をONにするレベル上げ、RFアンプ6をより低電圧で高効率で動作するアンプにする等の方法が採られても良い。
If the difference between the peak level and the average level is large and the probability of peak level is low, the
また、詳細説明は省略するが、2台の電力増幅器を終段に使用する場合を例に本願発明を説明したが、追加される電力増幅器を更に3台、4台の様に段階的に追加して行くものであっても良い。 Although detailed explanation is omitted, the present invention has been described by taking the case where two power amplifiers are used at the final stage as an example, but additional power amplifiers are added in stages, such as three or four. It may be something to go.
以上、本願発明は、平均とピークの電力比が高い信号入力時でも高効率な動作ができるエンベロープトラッキング電力増幅器及びエンベロープトラッキング増幅方法を提供することが出来る。 As described above, the present invention can provide an envelope tracking power amplifier and an envelope tracking amplification method that can operate with high efficiency even when a signal having a high average / peak power ratio is input.
10、14、18、19 可変移相器(Φ)
11 スイッチ(SW)
15 ドレイン電圧制御回路(DC)
2 ハイブリッド(方向性結合器:H)
3 包絡線検波器(EDT)
4 エンベロープアンプ
5 遅延線(DL)
6、12 RFアンプ
7、13 出力整合回路(MC)
16 レベル検出器(COM)
17 ゲートバイアス設定回路(BC)
10, 14, 18, 19 Variable phase shifter (Φ)
11 Switch (SW)
15 Drain voltage control circuit (DC)
2 Hybrid (directional coupler: H)
3 Envelope detector (EDT)
4
6, 12
16 level detector (COM)
17 Gate bias setting circuit (BC)
Claims (6)
高周波の信号を増幅して出力する第1、第2の高周波電力増幅器と、
前記入力信号を前記第1と前記第2の高周波電力増幅器にむけて分岐出力する分配手段と、
前記第1と、第2の高周波電力増幅器との出力を合波して出力する出力手段と、
前記第1、第2の高周波電力増幅器に電力を供給する第1、第2の前記電源供給手段と、
前記信号レベルを監視して所定のレベルと比較し、所定のレベルよりも低い場合、
前記第1の高周波電力増幅器に前記第1の電源供給手段から前記信号レベルに対応して予め設定された電源電圧を供給し、前記分岐された入力信号を増幅して出力させる一方、
前記第2の高周波電力増幅器への前記入力信号を遮断すると共に、前記信号レベルに対応して前記第2の高周波電力増幅器のドレインソース容量が予め設定された前記出力手段が形成するインピーダンスに対応する様、前記第2の電源供給手段に予め設定された電圧を出力する制御を行い、
所定のレベルよりも高い場合、
前記両高周波電力増幅器へ前記入力信号を各入力すると共に、前記第2の高周波電力増幅器の動作が前記第1の高周波電力増幅器と揃うように第2の高周波電力増幅器のゲート電圧のバイアスの設定を行うと共に前記第1と第2の電源供給手段とに一定の電圧を出力して前記供給する制御を行う制御手段 とを、
備えることを特徴とするエンベロープトラッキング電力増幅器。 In the envelope tracking power amplifier in which the voltage of the power source supplied to the power amplifier by the power supply means is controlled according to the signal level obtained by demultiplexing and detecting the envelope of the high frequency input signal amplified by the power amplifier,
First and second high-frequency power amplifiers that amplify and output high-frequency signals;
Distribution means for branching and outputting the input signal to the first and second high-frequency power amplifiers;
Output means for combining and outputting the outputs of the first and second high-frequency power amplifiers;
First and second power supply means for supplying power to the first and second high-frequency power amplifiers;
If the signal level is monitored and compared with a predetermined level, and lower than the predetermined level,
While supplying a preset power supply voltage corresponding to the signal level from the first power supply means to the first high-frequency power amplifier and amplifying and outputting the branched input signal,
The input signal to the second high-frequency power amplifier is cut off, and the drain-source capacitance of the second high-frequency power amplifier corresponding to the signal level corresponds to the impedance formed by the output means. And performing control to output a preset voltage to the second power supply means,
If it is higher than a given level,
Each of the input signals is input to both the high frequency power amplifiers, and the bias voltage of the gate voltage of the second high frequency power amplifier is set so that the operation of the second high frequency power amplifier is aligned with the first high frequency power amplifier. And a control means for controlling the supply by outputting a constant voltage to the first and second power supply means.
An envelope tracking power amplifier comprising:
高周波の信号を増幅して出力する第1、第2の高周波電力増幅器と、
前記分配手段は、前記入力信号を前記第1と前記第2の高周波電力増幅器にむけて分岐出力し、
制御手段は、前記分波抽出して包絡線検波した前記信号レベルを監視して所定のレベルと比較し、所定のレベルよりも低い場合、
前記第1の高周波電力増幅器に前記第1の電源供給手段から前記信号レベルに対応して予め設定された電源電圧を供給し、前記分岐された入力信号を増幅して出力させ、
前記第2の高周波電力増幅器への前記入力信号を遮断すると共に、前記信号レベルに対応して前記第2の高周波電力増幅器のドレインソース容量が予め設定された前記出力手段が形成するインピーダンスに対応する様、前記第2の電源供給手段に予め設定された電圧を出力させ、
所定のレベルよりも高い場合、
前記両高周波電力増幅器へ前記入力信号を各入力すると共に、前記第2の高周波電力増幅器の動作が前記第1の高周波電力増幅器と揃うように第2の高周波電力増幅器のゲート電圧のバイアスの設定を行うと共に前記第1と第2の電源供給手段とに一定の電圧を出力させ、
前記出力手段は、前記第1と第2の高周波電力増幅器からの出力を合波して出力することを特徴とするエンベロープトラッキング電力増幅器のエンベロープトラッキング増幅方法。 A high-frequency input that includes a distribution unit, an output unit, first and second high-frequency power amplifiers, first and second power supply units, and a control unit, and that is input and amplified by both the high-frequency power amplifiers. In an envelope tracking amplification method of an envelope tracking power amplifier, wherein a voltage of a power source supplied to the high frequency power amplifier by a power supply means is controlled according to a signal level obtained by demultiplexing a signal and detecting an envelope,
First and second high-frequency power amplifiers that amplify and output high-frequency signals;
The distribution means branches and outputs the input signal to the first and second high-frequency power amplifiers,
The control means monitors the signal level obtained by extracting the demultiplexed wave and detecting the envelope, compares it with a predetermined level, and if lower than the predetermined level,
Supplying a first power supply voltage corresponding to the signal level from the first power supply means to the first high-frequency power amplifier, amplifying the branched input signal, and outputting the amplified signal;
The input signal to the second high-frequency power amplifier is cut off, and the drain-source capacitance of the second high-frequency power amplifier corresponding to the signal level corresponds to the impedance formed by the output means. In the same manner, the second power supply means outputs a preset voltage,
If it is higher than a given level,
Each of the input signals is input to both the high frequency power amplifiers, and the bias voltage of the gate voltage of the second high frequency power amplifier is set so that the operation of the second high frequency power amplifier is aligned with the first high frequency power amplifier. And outputting a constant voltage to the first and second power supply means,
The envelope tracking amplification method for an envelope tracking power amplifier, wherein the output means combines and outputs the outputs from the first and second high frequency power amplifiers.
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