JP6020127B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の通信方式に対応可能に構成される無線通信部と、電源電圧を変圧して前記無線通信部に供給する電源回路とを備えてなる無線通信装置に関する。

近年、携帯電話機においては、ＷＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）方式やＧＳＭ（Global System for Mobile Communication，登録商標）方式といった、複数の通信方式に対応可能な機種が主流になりつつある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１１８９１８号公報

ここで、ＷＣＤＭＡ方式とＧＳＭ方式とでは、送信時における信号の出力状態が異なる。ＷＣＤＭＡ方式の信号出力状態は電力を一定に消費する態様であるが、ＧＳＭ方式では、１フレーム内でバースト的な信号出力を複数回繰り返す態様である。したがって、電源電流も上記の送信タイミングに応じて間欠的かつ急激に流れるため、電源の内部抵抗や電源ラインの抵抗成分により電源電圧に変動が生じる。

携帯電話機のような通信機器では、その他、マイクやスピーカ，表示用のディスプレイやＬＥＤなどを駆動する回路なども備えているのが通常であり、上記のように電源電圧の変動が生じると、その他の回路の動作に影響が及ぶことになる。その様な事態を回避するため、通信回路に対する電源供給をＤＣ／ＤＣコンバータのような電源回路を介して行う構成も採用されている。しかし、その場合でも、大電流の供給に伴う電圧変動を十分に抑制するには電源回路の容量を増やす必要があり、コストアップに繋がる。

そこで、電源回路の容量を増やすことなく電源電圧の変動を抑制する対策として、図９に示すように、ＲＣ回路からなるバースト電流抑制回路を用いることが想定される。電源（バッテリ）１の電源は、電源回路２を介して通信機３とその他の回路４とに供給されるが、通信機３に対してはバースト電流抑制回路５を介して供給する。バースト電流抑制回路５の作用を介すことで、通信機３が消費する電流はコンデンサ５Ｃに充電されている電荷より供給され、コンデンサ５Ｃに対する充電は抵抗素子５Ｒを介して行われる。これにより、電源回路２の出力側における電流の変動が緩和される。したがって、通信機３がＧＳＭ方式による通信を行っている場合に発生する電圧変動が、その他の回路４に及ぼす影響を軽減できる。

しかしながら、図９に示す構成を採用すると、抵抗素子５Ｒによって電圧降下が発生するため、電源回路２の出力電圧をその分だけ高くする必要がある。また、ＷＣＤＭＡ方式よる通信を行う場合でも抵抗素子５Ｒにより常時電流が消費されるので、電力損失が増加することが問題となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の通信方式を採用する構成において、コストの増大を抑制しつつ電源の高効率化を図ることができる無線通信装置を提供することにある。

請求項１記載の無線通信装置によれば、無線通信部が複数の通信方式の１つ以上で採用されているバースト通信を実行する際に、電源回路の出力側における電流変動を抑制する電流変動抑制回路を配置し、更に、電流変動抑制回路をバイパスする経路を断続するバイパス回路を配置する。そして、制御部は、無線通信部がバースト通信を採用しない通信方式を実行する際にバイパス経路を形成するようにバイパス回路を制御する。

これにより、無線通信部がバースト通信を実行する際には、電流変動抑制回路により電源回路の出力側における電流変動を抑制することができる。そして、無線通信部がバースト通信を採用しない通信方式を実行する際は電流変動抑制回路をバイパスする経路を形成して、電流変動抑制回路において損失が発生することを回避できる。したがって、電源効率を向上させることが可能となる。

第１実施形態であり、無線通信装置の構成を示す機能ブロック図 バースト電流抑制回路及び短絡回路の具体的な構成を示す図 電源回路の構成を示す図 制御シーケンスを示す図 第２実施形態を示す図２相当図 第３実施形態を示す図２相当図 第４実施形態を示す図１相当図 図２相当図 従来技術を示す図１相当図

（第１実施形態）
以下、図９と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。例えば携帯電話機である無線通信装置１１は、図９に示す構成に、制御部１２及び短絡回路１３（バイパス回路）を加えたものである。短絡回路１３は、バースト電流抑制回路５（電流変動抑制回路，積分回路）に並列に接続されており、制御部１２は、電源回路２の出力電圧を切り替えるために制御信号ＶＣＯＮＴを出力する。また、制御部１２は、短絡回路１３によりバースト電流抑制回路５の入出力間を短絡するための制御信号ＳＷＯＮを出力する。

制御部１２と通信機３（無線通信部）とは、例えばシリアル通信を行うことでコマンドやデータの送受信を行う。そして、通信機３は、実行中である通信方式が例えばＷＣＤＭＡ，ＧＳＭの何れであるかを示すコマンドを、制御部１２のリクエストに応じて送信したり、或いは周期的に送信する。

図３において、電源回路２はＤＣ／ＤＣコンバータ１４を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の入力端子は電源１（例えば電池や車両のバッテリ等）の正側端子に接続されている。入力コンデンサ１５は、電源１に並列に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、電源１からの電源電圧を降圧又は昇圧して、通信機３や図９に示す他の回路４を含む負荷１６に供給する。出力コンデンサ１７と抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３（フィードバック抵抗）の直列回路は、負荷１６に並列に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、インダクタ１８と、インダクタ１８に対する通電をスイッチング制御するコンバータ制御部（Cont.）１９と、エラーアンプ２０とを備えている。エラーアンプ２０の非反転入力端子には、基準電圧２１が与えられており、反転入力端子には、切替スイッチ２２の出力端子ｃが接続されている。切替スイッチ２２の入力端子ａ，ｂは、抵抗素子Ｒ１及びＲ２の共通接続点と、抵抗素子Ｒ２及びＲ３の共通接続点とにそれぞれ接続されている。切替スイッチ２２は、制御部１２が出力する制御信号ＶＣＯＮＴに応じて、出力端子ｃを入力端子ａ，ｂの何れかに接続するように切り替える。コンバータ制御部１９は、図示しないが、例えばＦＥＴ等のスイッチング素子や、当該素子によるスイッチングを制御する回路等を含んで構成される。

図２において、短絡回路１３は、電流制限用の抵抗素子２３及びＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２４の直列回路で構成されている。抵抗素子２３の一端はバースト電流抑制回路５の入力側に接続され、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のドレインはバースト電流抑制回路５の出力側に接続されている。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のゲートには、制御部１２が出力する制御信号ＳＷＯＮが与えられる。バースト電流抑制回路５の出力側に接続されているコンデンサ２５は、通信機５に入力される電源を安定させるものである。

次に、本実施形態の作用について図４を参照して説明する。図４（ｅ）に示す通信機３の通信状態がＯＦＦの場合、制御部１２は、制御信号ＳＷＯＮをハイレベルにして短絡回路１３をオフにし（図４（ａ））、バースト電流抑制回路５をバイパスする経路を遮断する。また、切替スイッチ２２の出力端子ｃを入力端子ｂに接続しておく（図４（ｂ））。この時、電源回路２の出力電圧は５Ｖとなるように、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値や、基準電圧２１を設定する。

そして、通信機３がＷＣＤＭＡによる通信を行うと、制御部１２は、制御信号ＳＷＯＮをローレベルにして短絡回路１３をオンにし、バースト電流抑制回路５のバイパス経路を接続する。また、切替スイッチ２２の出力端子ｃを入力端子ａに接続するように切り替える。この時、電源回路２の出力電圧は３．５Ｖに設定する。例えば、基準電圧２１が０．８Ｖであれば、出力電圧は０．８Ｖ×｛１＋Ｒ１／（Ｒ２＋Ｒ３）｝となる。ＷＣＤＭＡによる通信では、通信機３の消費電流は略一定であり（図４（ｄ））、したがって電源回路２の出力電流も略一定となる（図４（ｃ））。この場合、電源回路２が出力する電源は、バースト電流抑制回路５をバイパスして通信機３に供給されるので、抵抗素子５Ｒによって電力が不要に消費されることは回避される。

一方、通信機３がＧＳＭによる通信を行うと、制御部１２は、短絡回路１３をオフにし、切替スイッチ２２の出力端子ｃを入力端子ｂ側に接続するように切り替える。尚、この時の電源回路２の出力電圧を５Ｖにするのは、消費電流に基づくバースト電流抑制回路５の抵抗素子Ｒ５による電圧降下を１．５Ｖと見込んで、通信機３に供給される電源電圧を３．５Ｖに維持するためである。

ＧＳＭによる送信は、１つの通信フレームにおいて８スロット分の通信が行われる所謂バースト通信となる。したがって、通信機３の消費電流も、送信が行われるタイミングに合わせて間欠的且つ急激に流れ（バースト電流）、図４（ｄ）に示すように矩形波状に変化する。この時、バースト電流抑制回路５の作用により、電源回路２の出力側における電流波形は図４（ｃ）に示すように鈍りが生じるので、急激な変化は緩和される。尚、バースト電流抑制回路５を構成する抵抗素子５Ｒの抵抗値、コンデンサ５Ｃの容量は、バースト電流のピーク値や、バースト電流抑制回路５において許容できる電圧降下に応じて適宜決定すれば良い。そして、ＧＳＭによる送信が終了し通信ＯＦＦ状態になっても、制御部１２はＧＳＭに対応した制御状態を維持する。

以上のように本実施形態によれば、通信機３がＧＳＭ方式によるバースト通信を実行する際に、電源回路２の出力側における電流変動を抑制するバースト電流抑制回路５を配置すると共に、バースト電流抑制回路５をバイパスする経路を断続する短絡回路１３を配置する。そして、制御部１２は、通信機３がバースト通信を採用しないＷＣＤＭＡ方式を実行する際にバイパス経路を形成するように短絡回路１３を制御する。

これにより、通信機３がＧＳＭ方式によるバースト通信を実行する際には電源回路２の出力側における電流変動を抑制することができ、バースト通信を採用しないＷＣＤＭＡ方式による通信を実行する際にはバースト電流抑制回路５において損失が発生することを回避できる。したがって、電源効率を向上させることが可能となる。また、バースト電流抑制回路５を、抵抗素子５Ｒ及びコンデンサ５Ｃからなる積分回路としたので、簡単な構成により電源回路２の出力側における電流変動を抑制できる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。図５に示す無線通信装置３１は、バースト電流抑制回路５と通信機３との間にシリーズ電源回路３２（降圧型電源回路）を配置したものである。電源供給ラインには、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３が挿入されている。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のドレインとグランドとの間には、抵抗素子３４及び３５の直列回路が接続されている。抵抗素子３４及び３５の共通接続点はオペアンプ３６の非反転入力端子に接続され、オペアンプ３６の反転入力端子には基準電圧３７が与えられている。そして、オペアンプ３６の出力端子は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のゲートに接続されている。

このように、シリーズ電源回路３２を配置することで、バースト電流抑制回路５における電圧降下が大きい場合に、通信機３に供給する電源電圧を平滑する。或いは、その他の回路４の動作電圧に対して、通信機３の動作電圧がより低く設定されている場合に、シリーズ電源回路３２による電源電圧を降下して調整する。

以上のように構成される第２実施形態によれば、バースト電流抑制回路５と通信機３との間にシリーズ電源回路３２を配置したので、通信機３に供給する電源電圧を平滑したり、その他の回路４の動作電圧と通信機３の動作電圧とが夫々適切な電圧となるように調整できる。また、短絡回路１３を、シリーズ電源回路３２も含んでバイパスするように接続したので、バースト電流抑制回路５における電圧降下がなければシリーズ電源回路３２を動作させる必要がない場合に、電源回路２が出力する電源を直接通信機３に供給することができる。

（第３実施形態）
図６に示す第３実施形態では、短絡回路１３は、バースト電流抑制回路５に対してのみ並列に接続されている。したがって、第２実施形態とは異なり、バースト電流抑制回路５における電圧降下がなくても、シリーズ電源回路３２を動作させる必要がある場合に対応することができる。

（第４実施形態）
図７に示す無線通信装置４１は、通信機３と制御部１２に替わる制御部４２とは、第１実施形態のように実行中である通信方式を伝達するための通信を行わない（但し、制御部４２が通信機３を制御するための通信は行う）。そして、バースト電流抑制回路５と通信機３との間には、電流計測回路４３（電流検出回路）が配置されている。そして、制御部４２は、電流計測回路４３により計測される通信機３への通電状態に応じて、通信機３が実行している通信方式を判定する。

図８に示すように、抵抗素子Ｒｉは電源供給ラインに挿入されており、抵抗素子Ｒｉの入力側（シリーズ電源回路３２側）端子とグランドとの間には抵抗素子４４及び４５の直列回路が接続されている。抵抗素子Ｒｉの出力側端子はコンパレータ４６の反転入力端子に接続されており、コンパレータ４６の非反転入力端子は抵抗素子４４及び４５の共通接続点に接続されている。そして、コンパレータ４６の出力端子は制御部４２の入力端子に接続されている。以上が電流計測回路４３を構成している。

次に、第４実施形態の作用について説明する。通信機３がＷＣＤＭＡ通信を行っており通信機３による消費電流が小さければ、コンパレータ４６の反転入力端子の電位は、非反転入力端子に与えられている閾値電圧よりも大きくなる。したがって、電流計測回路４３は制御部４２にローレベル信号を出力する。一方、通信機３がＧＳＭ通信を行っており通信機３による消費電流が大きくなると、コンパレータ４６の反転入力端子の電位が、閾値電圧よりも小さくなる。すると、電流計測回路４３は制御部４２にハイレベル信号を出力する（バースト通信における送信タイミングのみ）。

ＧＳＭ方式における通信の１フレームは４．６ｍｓである。よって、制御部４２は、電流計測回路４３の出力信号レベルがハイ，ローを交互に繰り返す状態になったことを、１フレームの期間内に判定することで通信機３がＧＳＭ通信を実行していることを認識し、電源回路２の出力電圧と短絡回路１３のオンオフとを切り替えるようにする。

以上のように第４実施形態によれば、バースト電流抑制回路５と通信機３との間に、電源供給ラインに流れる電流を検出する電流計測回路４３を備え、制御部４２は、電流計測回路４３によって検出される電流の通電状態に応じて通信機３が実行している通信方式を判定し、短絡回路１３を制御する。したがって、例えば第１実施形態のように、通信機３が制御部１２に対して実行中の通信方式を伝達する構成に比較して、制御部４２は、通信方式が変化したことをより速く検知できる。

本発明は、上記した、又は図面に記載した実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
通信機３と制御部１２とは、必ずしも通信を行う必要はなく、例えば通信機３が二値信号を制御部１２に出力し、当該信号の変化（ハイ，ロー）によって通信方式が切り替わったことを示しても良い。
第４実施形態において、通信機３と制御部４２との通信を第１実施形態と同様に行い、通信機３が示すＧＳＭ方式の通信を実行中であることを示すと共に、電流計測回路４３の出力信号レベルが上記のように変化したことを以て切り換えを行っても良い。
また、第４実施形態において、シリーズ電源回路３２を削除しても良い。
電源回路２の出力電圧については、通信機３の動作電圧や短絡回路１３における電圧降下が個別の設計により異なれば、それらに応じて適宜設定すれば良い。

電流変動抑制回路は、電源回路２の出力電圧の変動を抑制するものであれば良く、積分回路に限らない。
通信機は、３つ以上の通信方式に対応しても良い。
ＭＯＳＦＥＴに替えてバイポーラトランジスタを用いても良い。
電流検出回路の具体構成は、電流計測回路４３に限ることはない。
通信方式は、ＷＣＤＭＡ，ＧＳＭに限ることはなく、少なくとも１つ以上の通信方式がバースト通信を行うものであれば良い。
無線通信装置は、携帯電話機に限ることはない。

図面中、１は電源、２は電源回路、３は通信機（無線通信部）、５はバースト電流抑制回路（電流変動抑制回路，積分回路）、１１は無線通信装置、１２は制御部、１３は短絡回路（バイパス回路）を示す。

Claims (5)

1. 複数の通信方式に対応可能に構成される無線通信部（３）と、
   電源電圧を変圧して前記無線通信部に供給する電源回路（２）と、
   前記無線通信部が実行する通信方式に応じて、前記電源回路の出力電圧を制御する制御部（１２）と、
   前記無線通信部が、前記通信方式の１つ以上で採用されている、信号の送信を間欠的に繰り返し実行するバースト通信を実行する際に、前記電源回路の出力側における電流変動を抑制するために配置される電流変動抑制回路（５）と、
   この電流変動抑制回路をバイパスする経路（バイパス経路）を断続するためのバイパス回路（１３）とを備え、
   前記制御部は、前記無線通信部が実行する通信方式に応じて前記バイパス回路を制御し、前記無線通信部が前記バースト通信を採用しない通信方式を実行する際に前記バイパス経路を形成することを特徴とする無線通信装置（１１，３１，４１）。
2. 前記電流変動抑制回路（５）は、積分回路で構成されることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記電流変動抑制回路と前記無線通信部との間に、降圧型電源回路（３２）を配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。
4. 前記バイパス回路は、前記降圧型電源回路も含んでバイパスするように、前記バイパス経路を形成することを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
5. 前記電流変動抑制回路と前記無線通信部との間に、電源供給ラインに流れる電流を検出する電流検出回路（４３）を備え、
   前記制御部（４２）は、前記電流検出回路によって検出される電流の通電状態に応じて、前記バイパス回路を制御することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の無線通信装置。

Images