JPH03289805A - 電圧制御電力増幅器用の電力制御方法およびこの方法に使用される回路 - Google Patents

電圧制御電力増幅器用の電力制御方法およびこの方法に使用される回路

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JPH03289805A
JPH03289805A JP2405875A JP40587590A JPH03289805A JP H03289805 A JPH03289805 A JP H03289805A JP 2405875 A JP2405875 A JP 2405875A JP 40587590 A JP40587590 A JP 40587590A JP H03289805 A JPH03289805 A JP H03289805A
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    • H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
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    • H03F2203/7212—Indexing scheme relating to gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal the gated amplifier being switched on or off by switching off or on a feedback control loop of the amplifier

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
［０００１］
【産業上の利用分野】 本発明は、異なる電力レベルで、特にパルスの開始にお
いて出力パルスが制御パルスと同じ形を保つようにした
方法および回路に関する。 ［０００２］
【従来の技術】
ディジタル無線電話においては送信は、送信信号が連続
パルスにより形成されるバーストにより行われる。送信
パルスはステップ状をしてはならず、立ち上がりおよび
立ち下がりは、送信スペクトルが広がり過ぎないように
制御のされなければならない。しかし、立ち上がりおよ
び立ち下がり時間は出来る限り短く無ければならない。 コサイン２乗波形が／しばしば適切であると考えられて
いる。さらに、送信パルスタイミングは送信機の電力レ
ベルから独立していなければならない。電力の制御によ
り、ネットワークの干渉レベルを減少させ、且つ、電話
機の消費電力を減少させることが試みられる。そして、
たとえば、ＧＳＭシステムにおいては、その制御は基地
局によりなされる測定に基づく。このシステムにおいて
は、制御幅は３０ｄＢであり、＋４３ｄＢと＋１３ｄＢ
との間の１６レベルを備えている。 ［０００３］ 本明細書においては、ＧＳＭシステムの電話機が一例と
して用いられるが、送化パルスの立ち上がりおよび立ち
下がりがコサイン２乗形または対応する形をしている他
のディジタルシステムにも適用可能である。知られてい
るディジタル無線電話機の送信機は、電圧制御ＲＦ電力
増幅器を備えており、この電力増幅器は制御論理とその
出力電力にしたがって、制御増幅器により制御される。 この種のＧＳＭ無線電話機の典型的な送信機のブロック
図を図４に示す。そこでは、入力矩形パルスＰｉｎは望
ましい方法で増幅され、その立ち上がりおよび立ち下が
りは多段電力増幅器１においてコサイン２乗形に変形さ
れる。出力電力は方向結合器２および電力に比例する電
圧ｖ１を生成する電力検出素子３により測定される。こ
の電圧は、演算増幅器であり得る制御増幅器４に向けら
れ、制御増幅器の第２の人力はＤ／Ａ変換器からの制御
パルスＴＸＣを受ける。この制御パルスにより、望まし
い電力を持つ送信パルスＰｏｕ　ｔの振幅および立ち上
がりと立ち下がりのエツジ波形が生成される。電圧Ｖ１
が制御パルスＴＸＣの電圧より高ければ制御増幅器４の
出力電圧は低い方に調整され、それにより、出力電圧は
自然に減少する。こうして、制御ループは出力パルスの
形を制御パルスの形に等しく保とうとする。 ［０００４］ しかし、実際には、この状況ははるかに複雑且つ困難で
ある。制御ループのカットオフ周波数およびオープンル
ープ利得、これらは主としてＲ１、Ｒ２、Ｒ３およびＣ
１の成分により決まるが、は制御パルスＴＸＣが小さい
場合でも制御ループはそのペースを保持できるべく比較
的高くしておく必要がある。しかし、制御増幅器４およ
び電力増幅器１は、たとえばオープンループの位相応答
に存在する遅延を持つので、多くの場合、カットオフ周
波数およびオープンループ利得を充分に増加させること
は不可能である。実際には、充分に速いように設計され
た制御ループはしたがって一般的には不安定で、即ち、
減衰するかまたは最悪の場合減衰しないかのいずれかで
発振する。ループのカットオフ周波数または利得が減少
すると、規格は遅くなり、電力は必要な時間内に最低の
電力レベルまで立ち上がることができない。図５の（１
）および（２）は、パルスがピーク値に向けて立ち上が
り始め、且つカットオフ周波数又は利得の何れかを減少
させて制御＃Ｐｏｕｔ）　　ＴＸＣおよび制御電圧Ｖ２
を示す。図５の（１）は高い電力レベルの場合を示し、
図５の（２）は低い電力レベルの場合を示す。電圧ＴＸ
Ｃは実際には勿論きわめて低いが、ＴＸＣは電力増幅器
の出力電圧と同程度に描かれている。図において、Ｖ３
は電力増幅器１が電力を生成しはじめるときの制御電圧
Ｖ２の値である。この電圧より低い電圧でも、漏れ電力
が生成されているので、電圧Ｖ２は電圧ｖ３より明らか
に低い値から立ち上がり始める。電圧Ｖ３はまた温度と
チャネル周波数に依存する。図５の（１）において、電
力増幅器の出力パルスは　時刻Ｔ＝０でのゼロからゆっ
くりとは立ち上がらないで、制御ループが作動を開始す
るまでに電力が殆どステップ状に立ち上がるときにのみ
電力が生成される。最大電力は時刻Ｔ１で達成される。 図５の（２）は制御パルスＴＸＣのレベルが明らかに図
５の（１）におけるそれよりも低い場合を示す。図５の
（２）の電圧Ｖ３は、Ｖ３の絶対値が図５の（１）にお
けるのと同じであるが、図５の（２）の尺度では、かな
り拡大して図示しである。電力増幅器の出力電力は時刻
Ｔ４で初めて立ち上がりはじめ、出力電圧Ｖｏｕｔの波
形は制御パルスＴＸＣの形に追βｌすべきであるのに追
随しない。最大電力は、高い電力レベルのときよりもΔ
Ｔだけ遅れた時刻Ｔ２で達成される。 ［０００５］
【発明が解決しようとする課題】
この知られた送信機の不利益は、上述したように、パル
スの開始時で電力増幅器の電力が殆どステップ状に立ち
上がり、それによりスペクトルが広がり、異なる電力レ
ベル間での立ち上がり時間の遅れ（八Ｔ）を生じるとい
うことである。 ［０００６］
【課題を解決するための手段】
上述の不利益は、本発明により除去され得る。本発明に
よれば、制御パルスが制御増幅器に向けられる時と実質
的に同時に開始し終了する矩形波パルスが、電力増幅器
の制御電圧に加えられる。最適の実施例においては、矩
形波パルスは電力増幅器の制御ループが作動し始めると
遮断される。 ［０００７］
【作用】
本発明の基本的アイデアは、制御パルスＴＸＣの開始時
に直ちに、矩形波パルスは急速に制御電圧の値を閾値レ
ベルＶ３に近い値にまで増大させることにある。すると
、電力増幅器が電力を生成し始めると直ちに制御ループ
が作動できる。 これにより、大きな遅延は生成されず、出力電力Ｐｏｕ
ｔの開始時の立ち上がりはステップ状にはならない。矩
形波パルスと制御電圧との加算により、電力増幅器の出
力に電圧分割が現れ、電力増幅器の制御ループに影響を
与えオープンループ利得を減少させる。これを防止する
ために、制御ループが作動を開始した後は矩形波パルス
Ｖｐを制御電圧に加えないようにすることが好ましい。 これは本発明の実施例において提供される回路により実
現される。 ［０００８］
【実施例】
本発明を添付の図を参照してより詳細に説明する。 図４および図５の概要は従来の技術の記載で既に述べた
。 本発明による回路においては、図１において、制御増幅
器４の出力電圧■２は抵抗器Ｒ３を介して、それを越え
ると電力増幅器１が電力を生成し始める閾値電圧Ｖ３と
ほぼ等しい電圧の矩形波パルスＶｐに加えられる。矩形
波パルスは制御パルスＴＸＣが立ち上がり始めると実質
的に同時に開始する。次いで、コンデンサＣ１は抵抗器
Ｒ４を介して閾値レベルＶ３の近くまで急速に充電され
、電力増幅器の制御ループは電力増幅器が電力を供給す
ると直ちに作動できる。矩形波パルスＶｐが閾値電圧■
３より高い電圧レベルのときは、制御ループは閾値レベ
ルｖ３を越えるパルスの効果を補償し、それにより制御
増幅器４の出力電圧Ｖ２は制御電圧Ｖ２に対する矩形波
パルスの影響が補償されるまで、減少し始め、その後、
制御電圧は上昇し続ける。この回路は、Ｖｐが値■３を
越えなくても、そして制御増幅器の出力電圧ｖ２が閾値
レベルを越えるときにいわゆる「曲がり」を生じなくて
も、作動する。 ［０００９］ 図２（１）は図５（１）のグラフに対応する電圧グラフ
を示す。矩形波パルスＶｐが制御パルスＴＸＣにその開
始時Ｔ３で直ちに加えられると、制御電圧Ｖ２よび制御
ループが作動を開始し、ついで、制御電圧Ｖ２は制御増
幅器４の出力電圧にしたがって上昇し始める。この機能
は低電力レベルについての図２（２）においても同様で
ある。図２（１）および（２）を図５（１）および（２
）と比べると、矩形波パルスが制御電圧Ｖ２に加えられ
る場合は、電力増幅器の出力電圧Ｖｏｕｔにステップ状
の上昇はなく、電圧は、ＴＸＣの波形即ち望ましいコサ
イン２乗波形に接近して追Ｄｌシながら、大きな遅延な
しに上昇し始める。同様にして、矩形波パルスＶｐによ
り送信パルスの終端部でもパルス波形はコサイン２乗波
形を保持する。 ［００１０］ 本発明の基本原理は上述の通りである。実際には、矩形
波パルスＶｐを制御パルスＴＸＣと同じ長さで使用する
ことはある場合には不都合である。矩形波パルスと制御
パルスとの抵抗による単純な合成により電力増幅器の出
力に電圧分割が発生し、電力増幅器の制御ループに影響
を与え、且つ、オープンループ利得を減少させるからで
ある。これは、制御増幅器４の利得を増大させることに
より補償されることは、明らかである。これはしかし、
制御増幅器の位相マージンが利得の増大を許容する場合
にのみ可能である。これは常に保証されるとは限らない
。 そこで、図３に示す本発明による実施例の基本回路の使
用が可能である。そこでは、矩形波パルスＶｐは、制御
ループが作動を開始すると直ちに、スイッチ５によって
加算から遮断される。すると、オープンループの利得を
保持することが可能になり、したがって電力規格は上述
した基本回路におけるよりも速く正確になる。この回路
によれば、矩形波パルスＶｐはトランジスタＱ１により
制御電圧Ｖ２に加えられる。パルスＶｐがトランジスタ
のベースに到達すると、前述のように、コンデンサＣ１
は抵抗器Ｒ４を介して急速に充電され、電圧Ｖ２は電力
増幅器１が作動し始める閾値に急速に近づく。制御増幅
器４からの抵抗器Ｒ３を介する制御パルスＴＸＣは上昇
し続けるので、また、ベース電圧はＶｐと一定で、エミ
ッタ電圧は上昇しているので、トランジスタＱ１のベー
ス・エミッタ間電圧は減少する。したがって、エミッタ
電圧がベース電圧に到達するとトランジスタは導通を止
め、抵抗器Ｒ４はある意味で各回路から遮断される。制
御パルスＴＸＣの終端部では、電圧■２が閾値電圧ｖ３
より低くなるとトランジスタが導通を開始し、矩形波パ
ルスＶｐは再び制電圧に加えられ、それにより送信パル
スの形状が制御される。 ［００１１］ したがって、閾値電圧Ｖ３より高い場合、加算回路によ
りループ利得は減少せず、制御ループは速く正確に作動
する。トランジスタ回路により、抵抗器Ｒ４は加算回路
のみの場合より充分に小さな値にでき、その結果制御電
圧■２は充分に速く閾値電圧Ｖ３にまで上昇する。ベー
ス・エミッタ間電圧の温度依存性を補償するために、た
とえば、ダイオードＤ１　と抵抗器Ｒ５およびＲ６とで
知られた方法で、ベース・エミッタ温度補償回路を用い
ることが可能である。 ［００１２］
【発明の効果】
本発明により、電力増幅器の送信パルスは、良好なコサ
イン２乗波形を持ち、殆ど遅延なしに制御パルスＴＸＣ
に追随する。提案された手段は所望の電力レベルの全て
において有用である。好ましい実施例によれば、閾値に
達したとき加算回路を遮断することにより高速且つ正確
な電力規格を達成することが可能である。加算回路の遮
断は本発明の本質からはずれることなく様々な方法で実
現できることは、当業者に明らかである。矩形波パルス
は、たとえば、無線電話機の論理部において、またはＴ
ＸＣパルスからの比較器を用いて生成できる。 ［００１３］ 本発明は無線電話機の電力増幅器における制御ループに
適用するように記載してきたが、他の方法で制御ループ
に適用することができることも理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理である。
【図２】 本発明の回路の各点での高電力レベルおよび低電力レベ
ルでの電圧波形である
【図３】 本発明による回路の好ましい実施例である。
【図４】 従来の無線電話機内の送信機の基本回路構成である。
【図５】 図４において高電力レベルおよび低電力レベルでの送信
機の各点での電圧波形である。
【符号の説明】
１・・・電力増幅器 ２・・・方向性結合器 ３・・・電力検出素子 ４・・・制御増幅器 ５・・・スイッチ
【書類基】
図面
【図１】 本発明の原理図
【図２】 本発明の回路の各点で°の高電力レベルおよび低電力レ
ベルて゛の電圧波形
【図３】
【図４】 従来の無線電話機内の送信機の基本回路構成
【図５】 図４におＬｌて高電力レベルおよび低電力レベルて゛の
送信機の各点での電圧波形

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電圧制御電力増幅器の出力パルスの立ち上
    がりエッジおよび立ち下がりエッジを制御して制御パル
    ス（ＴＸＣ）の波形に追随させ、この場合該電圧制御電
    力増幅器が、出力パルス電力（Ｐｏｕｔ）に比例する電
    圧（Ｖ１）によっておよび制御パルス（ＴＸＣ）により
    制御電圧を生成する制御ループによって制御され、該制
    御パルスの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジは
    例えばコサイン２乗波形である方法において、矩形波パ
    ルス（Ｖｐ）が該電圧制御電力増幅器の制御電圧（Ｖ２
    ）に加えられ、該矩形波パルス（Ｖｐ）は該制御パルス
    （ＴＸＣ）と実質的に同時に開始および終了することを
    特徴とする電圧制御電力増幅器の電力制御方法。
  2. 【請求項２】該矩形波パルス（Ｖｐ）の電圧レベルは、
    該制御ループが作動を開始する制御電圧（Ｖ２）の値に
    ほぼ等しいことを特徴とする請求項の１に記載の方法。
  3. 【請求項３】該制御電圧（Ｖ２）が該制御ループが作動
    を開始する電圧（Ｖ３）より低い期間にのみ、該矩形波
    パルス（Ｖｐ）は該制御パルス（Ｖ２）に加えられるこ
    とを特徴とする請求項の１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】電圧制御電力増幅器の出力パルスの立ち上
    がりエッジおよび立ち下がりエッジを制御して制御パル
    ス（ＴＸＣ）の波形に追随させ、この場合該電圧制御電
    力増幅器が、出力パルス電力（Ｐｏｕｔ）に比例する電
    圧（Ｖ１）によっておよび制御パルス（ＴＸＣ）により
    制御電圧を生成する制御ループによって制御され、該制
    御パルスの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジは
    例えばコサイン２乗波形である回路において、該回路は
    加算回路を含み、該加算回路内で、矩形波パルス（Ｖｐ
    ）が該電圧制御電力増幅器の制御電圧（Ｖ２）に加えら
    れ、該矩形波パルス（Ｖｐ）は該制御パルス（ＴＸＣ）
    と実質的に同時に開始し、終了するようにしたことを特
    徴とする電圧制御電力増幅器の電力制御回路。
  5. 【請求項５】該請求項のループが作動している間は該矩
    形波パルス（Ｖｐ）を該加算回路から切り離すスイッチ
    手段（５）を含むことを特徴とする請求項の４に記載の
    電力制御回路。
  6. 【請求項６】該スイッチ手段（５）はトランジスタ回路
    であることを特徴とする請求項の５に記載の電力制御回
    路。
  7. 【請求項７】該矩形波パルス（Ｖｐ）の電圧は該制御ル
    ープが作動を開始する該制御電圧（Ｖ２）の値にほぼ等
    しいことを特徴とする請求項の４に記載の電力制御回路
    。
  8. 【請求項８】該加算回路は加算用の抵抗器（Ｒ３および
    Ｒ４）を具備することを特徴とする請求項の４に記載の
    電力制御回路。
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