JP6386573B2 - 出力電力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、出力電力制御装置に関する。

今日、出力電力を自動制御する機能を備えた高周波電力増幅回路が組み込まれた、自動車電話機、携帯電話機等の電子機器が増えている。

例えば、特開２００１−１０２８８１号公報等には、図２に示すような構成が開示されている。この構成では、高周波電力増幅器１１４の出力端子１０２からの出力信号（Ｐｏｕｔ）はカプラ１１５、フィルタ１１６を通ってアンテナ１１７から電波として放射される。このとき、出力信号はカプラ１１５により検出される。そして、検出された信号は、検波器１１８で検波されて送信電力制御回路１１９に入力する。一方、送信電力制御回路１１９には基準電圧Ｖｒｅｆが入力している。そこで、送信電力制御回路１１９は、検波器１１８からの信号と、基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、その結果に基づく信号Vａｐｃを生成して、ベースバイアス回路１２２を介して高周波電力増幅器１１４のベースに印加している。従って、高周波電力増幅器１１４のベース電圧は、信号Vａｐｃに応じて変化して、高周波電力増幅器１１４の出力信号の電力が制御される。

特開２００１−１０２８８１号公報 特開２００３−１７９５４号公報

しかしながら、上記構成では、部品点数が多くなると共に、ベースバイアス回路１２２は２系統の電源を必要とする差動増幅器であるため、装置の大型化、重量化を招くと共に、高価になってしまう問題があった。

そこで、本発明の主目的は、部品点数を抑制して簡単な回路構成にすることで、小型化、軽量化を実現すると共に安価な出力電力制御装置を提供することである。

上記課題を解決するため、入力信号を電力増幅して出力する際に、出力の電力レベルを自動制御する出力電力制御装置にかかる発明は、入力信号を、利得制御端子に入力された制御信号に基づき増幅する増幅器と、増幅器の出力を検出し、これを検出信号として出力する検波回路と、検出信号が入力するツェナーダイオードを含み、検出電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧より小さい場合には、該検出信号の大きさに応じて制御信号を小さくして出力し、検出信号がツェナー電圧より大きい場合には、所定の最小値の制御信号を出力する制御回路と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、検出電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧より小さい場合には、検出信号の大きさに応じて制御信号を小さくして出力し、検出信号がツェナー電圧より大きい場合には、所定の最小値の制御信号を出力するようにしたので、部品点数が少なくできると共に、簡単な回路構成で、小型化、軽量化、かつ、安価な出力電力制御装置が提供できるようになる。

本実施形態にかかる出力電力制御装置の回路図である。 関連技術の説明に適用される無線通信装置のブロック図である。

本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる出力電力制御装置２の回路図である。この出力電力制御装置２は、増幅器１０、検波回路２０、制御回路３０を備える。

増幅器１０は、入力端子１０ａ、出力端子１０ｂ、利得制御端子１０ｃを備えて、入力端子１０ａに入力した高周波信号（ＲＦ＿ＩＮ）を利得制御端子１０ｃに入力した利得信号Ｇ１に基づき増幅し、出力端子１０ｂから高周波出力信号（ＲＦ＿ＯＵＴ）として出力する。以下においては、増幅器１０はＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成されている場合を例に説明する。この場合、入力端子１０ａはＭＯＳＦＥＴのゲート端子、出力端子１０ｂはソース端子に対応させることができる。そして、利得制御端子１０ｃは、ドレイン端子に対応させることができる。

検波回路２０は、検波部２１とフィルタ部２２とを備える。

検波部２１は、増幅器１０の出力信号（ＲＦ＿ＯＵＴ）を検波する検波器２１ａ、該検波器２１ａで検出された信号を半波整流するダイオード２１ｂ、このダイオード２１ｂのアノード側を接地電位（グラウンドに接続）にする抵抗２１ｃを備えて、検波した信号を検波信号G2として出力する。

フィルタ部２２は、抵抗２２ａ、コンデンサ２２ｂを備えて、検波部２１からの検波信号G2を平滑化して、直流の検出信号G3として出力する。このときダイオード２１ｂのカソードがフィルタ部２２に接続されているので、検出信号G３は、正極性の信号となる。以下、検出信号Ｇ３の信号レベルをＶ０と記載する。

制御回路３０は、電圧レベル検出部３１、利得制御部３２を備える。

電圧レベル検出部３１は、抵抗３１ａ、ツェナーダイオード３１ｂを備える。そして、抵抗３１ａの一端はフィルタ回路２２に接続され、他端はツェナーダイオード３１ｂのアノードに接続されている。またツェナーダイオード３１ｂのカソードは利得制御部３２に接続されている。

利得制御部３２は、第１抵抗３２ａ、第１バイポーラトランジスタ３２ｂ、第２抵抗３２ｃ、第３抵抗３２ｄ、第２バイポーラトランジスタ３２ｅを備える。

そして、第１抵抗３２ａは第１バイポーラトランジスタ３２ｂのエミッタとベースとに接続され、第２抵抗３２ｃは第１バイポーラトランジスタ３２ｂのエミッタと第２バイポーラトランジスタ３２ｅのベースとに接続され、第３抵抗３２ｄは第２バイポーラトランジスタ３２ｅのエミッタとベースとに接続されている。

また、第１バイポーラトランジスタ３２ｂのベースはツェナーダイオード３１ｂに接続され、コレクタは接地され、エミッタは第２抵抗３２ｃと第１抵抗３２ａとの接続点に接続されている。

さらに、第２バイポーラトランジスタ３２ｅのベースは第２抵抗３２ｃと第３抵抗３２ｄとの接続点に接続され、エミッタは第３抵抗３２ｄと電源ＶＤとに接続され、コレクタは増幅器１０の利得制御端子１０ｃに接続されている。

上述したように、第１バイポーラトランジスタ３２ｂのエミッタは、第２抵抗３２ｃ〜第３抵抗３２ｄを介して電源（電圧をＶｄとする）ＶＤに接続されると共に、ベースはツェナーダイオード３１ｂのカソードに接続され、また第１抵抗３２ａを介してエミッタと接続されている。さらに、第２バイポーラトランジスタ３２ｅのエミッタも電源ＶＤに接続され、ベースは第３抵抗３２ｄを介してエミッタに接続されている。

次に、このような構成の出力電力制御装置２の動作を説明する。電圧レベル検出部３１に入力した検出信号Ｇ３の信号レベルがゼロの場合（Ｖ０＝０Ｖ）、第１バイポーラトランジスタ３２ｂと第２バイポーラトランジスタ３２ｅとのベース−エミッタ間には、所定の電圧値ＶＦＢ＿１，ＶＦＢ＿２の電圧が印加され、これにより第１バイポーラトランジスタ３２ｂ及び第２バイポーラトランジスタ３２ｅはＯＮする。このとき、第２バイポーラトランジスタ３２ｅのコレクタ電流ＩＣ＿２は最大となり、増幅器１０の利得制御端子１０ｃには電圧Ｖｄが印加される（最大の利得信号）。従って、増幅器１０は、最も大きな利得で電力増幅する。

一方、検出信号G３が大きくなると（０＜Ｖ０＜Ｖｚ；Ｖｚはツェナー電圧）、第１バイポーラトランジスタ３２ｂのエミッタ−ベース間電圧ＶＦＢ＿１が小さくなるので、ベース電流ＩＢ＿１も小さくなる。従って、第２バイポーラトランジスタ３２ｅのベース電流ＩＢ＿２が小さくなり、コレクタ電流ＩＣ＿２も小さくなる。即ち、増幅器１０の利得制御端子１０ｃに印加される電圧Ｖｄは小さくなって、増幅器１０の利得も最大利得より小さくなる（利得信号が最大の利得信号より小さくなる）。

さらに、検出信号G３がツェナーダイオード３１ｂのツェナー電圧Ｖｚより大きくなり（等しくなる場合を含む）（Ｖ０≧Ｖｚ）、検出信号G３とツェナー電圧Ｖｚとの和（Ｖ０＋Ｖｚ）が電源ＶDの電圧Ｖｄと等しくなると（Ｖ０＋Ｖｚ＝Ｖｄ）、第２バイポーラトランジスタ３２ｅのコレクタ電流ＩＣ＿２は小さくなる。即ち、利得信号Ｇ１は最小となり、増幅器１０の利得は最小となる。

このような動作により、出力電力制御装置２の出力は自動制御（ＡＬＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉc Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）されるようになる。

なお、ＡＬＣ動作時のコレクタ電流ＩＣ＿２は、
ＩＣ＿２＝ｈＦＥ＿１＊ｈＦＥ＿２＊（Ｖｄ−Ｖ０−Ｖｚ−ＶＦＢ＿１−ＶＦＢ＿２）／（Ｒ２＋Ｒ３） …（１）
の式１で与えられる。ここで、ｈＦＥ＿１及びｈＦＥ＿２は第１バイポーラトランジスタ３２ｂ及び第２バイポーラトランジスタ３２ｅの電流増幅率、ＶＦＢ＿１及びＶＦＢ＿２は第１バイポーラトランジスタ３２ｂ及び第２バイポーラトランジスタ３２ｅのベースエミッタ間電圧、Ｖｚはツェナーダイオード３１ｂのツェナー電圧、Ｒ２及びＲ３は第２抵抗３２ｃ及び抵抗３１ａの抵抗値である。

以上説明したように、オペアンプ等の外部電源を必要とする部品を用いず、かつ、部品点数を抑制したので、簡単な回路構成で、増幅器からの出力に応じて、当該増幅器の利得を自動制御できるようになる。従って、軽量化及び低コスト化が可能になる。また、バイポーラトランジスタを用いて制御するので、高速動作が可能になり、信頼性の高い高品質な出力電力制御が可能になる。

なお、利得制御部３２をデプレッション型のＭＯＳＦＥＴにより構成することも可能である。この場合には、検波部２１におけるダイオード２１ｂのアノードをフィルタ部２２側に接続する。これにより、検出信号G３は、負極性の信号となる。そして、デプレッション型のＭＯＳＦＥＴのベース端子を電圧レベル検出部３１の出力（ツェナーダイオード３１ｂのカソード）に接続し、ドレイン端子を電源ＶＤに接続し、ソース端子を増幅器１０のドレイン端子に接続する。これにより、上述したと同様の利得の自動制御が可能になる。

以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１４年９月２６日に出願された日本出願特願２０１４−１９７１５９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

２ 出力電力制御装置
１０ 増幅器
１０ａ 入力端子
１０ｂ 出力端子
１０ｃ 利得制御端子
２０ 検波回路
２１ 検波部
２１ａ 検波器
２１ｂ ダイオード
２１ｃ 抵抗
２２ フィルタ部
２２ａ 抵抗
２２ｂ コンデンサ
３０ 制御回路
３１ 電圧レベル検出部
３１ａ 抵抗
３１ｂ ツェナーダイオード
３２ 利得制御部
３２ａ 第１抵抗
３２ｂ 第１バイポーラトランジスタ
３２ｃ 第２抵抗
３２ｄ 第３抵抗
３２ｅ 第２バイポーラトランジスタ

Claims (2)

1. 入力信号を電力増幅して出力する際に、出力の電力レベルを自動制御する出力電力制御装置であって、
   前記入力信号を、利得制御端子に入力された制御信号に基づき増幅する増幅器と、
   前記増幅器の出力を検出し、これを検出信号として出力する検波回路と、
   前記検出信号が入力するツェナーダイオードを含み、前記検出信号が小さく前記ツェナーダイオードの両端にかかる電圧がツェナー電圧より小さい場合には、該検出信号の大きさに応じて前記制御信号を小さくして出力し、前記検出信号が大きく前記ツェナーダイオードの両端にかかる電圧が前記ツェナー電圧より大きい場合には、所定の最小値の前記制御信号を出力する制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、第１バイポーラトランジスタ、第２バイポーラトランジスタ、第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗を含み、
   前記第１バイポーラトランジスタのコレクタが接地され、ベースが前記ツェナーダイオードのカソードに接続され、コレクタが第１抵抗を介して前記ベースに接続され、かつ、
   前記第２バイポーラトランジスタのコレクタが電源に接続され、ベースが第２抵抗を介して前記第１バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが前記増幅器の前記利得制御端子に接続されていることを特徴とする出力電力制御装置。
2. 請求項１に記載の出力電力制御装置であって、
   前記増幅器は、電界効果トランジスタからなり、前記利得制御端子が前記電界効果トランジスタのドレイン端子に接続されていることを特徴とする出力電力制御装置。

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