JPH07321579A - 自動出力制御回路及び信号増幅回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バッテリを電源とする無線機において、バッ
テリ電圧が低下した場合でも歪みの少ない出力信号が得
られるように出力を調節することが可能な自動出力制御
回路を提供する。 【構成】 入力信号は可変アッテネータ１で減衰された
上で電力増幅器２に入力され、電力増幅されて出力され
る。この際、電力増幅器２の出力は検波回路３で常時モ
ニタされ、得られた検波データＤ_i と基準値との差に基
づいて、ＣＰＵ７で可変アッテネータ制御データＡ_i が
求められる。この制御データにより可変アッテネータ１
の減衰率が制御されることにより、電力増幅器２の出力
が目標制御される。ここで、電圧検出回路４はバッテリ
電圧をモニタしており、このバッテリ電圧が所定のしき
い値以下に下がった場合には、ＣＰＵ７で用いる基準値
を切り換え、電力増幅器の目標電力を下げる。これによ
り、バッテリ電圧が下がっても電力増幅器２を飽和させ
ずに動作させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、π／４ＱＰＳＫ等のデ
ジタル変調方式の無線機に用いる自動出力制御回路に関
し、特にバッテリを使用する小型の無線機に用いる自動
出力制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】無線機の送信出力を制御し、また送信系
を構成する各回路の利得のばらつきを補う手法として、
ＡＰＣ（自動出力制御）が知られている。

【０００３】図２は、π／４ＱＰＳＫ等のデジタル変調
方式の無線機に搭載される従来のＡＰＣ回路の構成を示
すブロック図である。図において、可変アッテネータ１
は、入力されたデジタル変調信号を減衰し、電力増幅器
（ＰＡ）２に出力している。電力増幅器２は、図示しな
いバッテリから電力供給（Ｖ_D ）を受けており、可変ア
ッテネータ１から出力された減衰したデジタル変調信号
を電力増幅して出力する。電力増幅器２の出力信号は、
検波回路３によって検波される。検波回路３の出力は電
力増幅器２の出力レベルを表しており、この信号はＡ／
Ｄ変換器５によってデジタルデータに変換された上でＣ
ＰＵ７に供給される。ＣＰＵ７は、メモリ８に記憶され
た基準値を用いて、供給されるデジタルデータに応じて
可変アッテネータ１の減衰率を制御するための制御デー
タを生成する。この制御データはＤ／Ａ変換器６でアナ
ログの電圧に変換された上で、可変アッテネータ１に供
給される。可変アッテネータ１の減衰率は、このアナロ
グ電圧に応じて変化する。

【０００４】この従来のＡＰＣ回路では、使用される前
に、ＣＰＵで制御データを生成する際に用いるデータの
基準値の設定が行われる。すなわち、まず、可変アッテ
ネータ１に所定の入力電力Ｐ_i の信号が入力されている
ときに、電力増幅器２の出力電力が目標とする定格出力
Ｐ_o になるよう、可変アッテネータ１に与える制御デー
タＡ₀ を設定する。そして、そのときの検波回路３の出
力電圧をＡ／Ｄ変換器５でデジタルデータに変換し、検
波データＤ₀ を得る。このようにして得られたＡ₀ 及び
Ｄ₀ が基準データとしてメモリ８に記憶される。

【０００５】このＡＰＣ回路を実際に使用していると、
電力増幅器２の出力は電源電圧の変動や温度変化等によ
って変動するので、検波回路３の出力をＡ／Ｄ変換した
検波データＤ_i は、基準データＤ₀ と異なってくる。Ｃ
ＰＵ７は、このＤ_i とＤ₀ との差分から、電力増幅器２
の出力を定格出力Ｐ_o に戻すための制御データの補正値
を求め、この補正値で制御データの基準データＡ₀ を補
正して、新たな制御データＡ_i を生成する。そして、こ
のようにして補正された新たな制御データＡ_iがＤ／Ａ
変換器６でアナログ電圧に変換され、可変アッテネータ
１に与えられる。可変アッテネータ１は、この与えられ
たアナログ電圧によって減衰率が制御される。

【０００６】このようにして、このＡＰＣ回路は、時々
刻々の検波データＤ_i と基準データＤ₀ との差分に基づ
き、制御データの補正値を求め、この補正値によって補
正された制御データＡ_i を用いて可変アッテネータ１の
減衰率を制御する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】バッテリ（二次蓄電
池）を用いる携帯無線機等においては、レギュレータを
使用することによる効率低下を避けるため、電力増幅器
等の大電力を扱うデバイスは、電源電圧としてバッテリ
の電圧が直接に接続されている。したがって、従来の携
帯無線機等においては、使用時間の経過によりバッテリ
の電圧が低下することにより、電力増幅器の電気特性が
劣化していた。

【０００８】すなわち、前述した従来のＡＰＣ回路は、
常に目的の出力（目標出力）を維持しようとする。従っ
て、バッテリ電圧の低下により電力増幅器の電源電圧Ｖ
_D が低下して、電力増幅器の最大出力能力自体が目標出
力以下となり、入力をいくら増大させても目標出力が得
られないような場合でも、従来のＡＰＣ回路は、出力を
あげるために可変アッテネータの減衰率を低下させ、電
力増幅器への入力を増大させようとする。すると、入力
の増大により、電力増幅器の出力は飽和領域で出力され
ることなり、出力信号の歪みが増大してしまう。π／４
ＱＰＳＫ等のデジタル変調は信号増幅において直線性を
要するので、このような出力信号の歪みは、隣接チャネ
ル漏洩電力やベクトルエラーの増大等を引き起こし、大
きな問題となっていた。

【０００９】また、従来のＡＰＣ回路では、電力増幅器
への入力の増大により、電力増幅器が過入力となり、電
力増幅器内のデバイスが劣化し、あるいは破壊されてし
まうおそれがあった。

【００１０】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、バッテリ電圧が下がった場合でも、無
線機の隣接チャネル漏洩電力やベクトルエラー等の特性
が劣化しないよう、電力増幅器を飽和状態にしないよう
に制御することが可能な自動出力制御回路を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明に係る自動出力制御回路は、電力増幅器の
前段に設けられ、減衰率が変更可能な可変アッテネータ
と、前記電力増幅器の出力を検出し、検出された出力に
応じて前記可変アッテネータの減衰率を変更制御する減
衰率制御手段とを有し、バッテリから電力供給を受ける
前記電力増幅器の出力を目標制御する自動出力制御回路
において、前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段
と、検出されたバッテリ電圧がしきい電圧条件を満たす
か否か判定し、満たす場合に前記電力増幅器が飽和する
危険があるとみなし、前記電力増幅器が線形領域で作動
するよう前記可変アッテネータの減衰率を大きくする減
衰率補正手段とを備えたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明は、減衰率制御手段が、電力
増幅器の出力を所定の基準値と比較し、これらの差分に
応じて可変アッテネータの減衰率を制御し、減衰率補正
手段が、前記減衰率制御手段における基準値を低減する
ことにより可変アッテネータの減衰率を大きくすること
を特徴とする。

【００１３】本発明は、また、減衰率制御手段で用いら
れるしきい電圧条件が、バッテリ電圧が所定のしきい電
圧値以下となることであることを特徴とする。さらに、
本発明は、このしきい電圧値が、バッテリ電圧がこの自
動出力制御回路が動作可能な最低電圧の近傍の電圧値以
上の所定範囲に含まれるある電圧値であることを特徴と
する。

【００１４】また、本発明に係る信号増幅回路は、デジ
タル変調された入力信号を目標出力まで増幅して出力す
る信号増幅回路であって、バッテリから電力供給を受
け、入力信号を増幅して出力する電力増幅器と、前記電
力増幅器の出力を目標制御する本発明に係る自動出力制
御回路とを有することを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明に係る自動出力制御回路においては、バ
ッテリの電圧を監視し、バッテリ電圧がある程度以上低
下すると、可変アッテネータの減衰率を大きくして電力
増幅器への入力信号を減衰させ、電力増幅器が飽和する
のを防ぐ。すなわち、電圧検出手段がバッテリの電圧を
検出するとともに、減衰率補正手段が、検出されたバッ
テリ電圧がしきい電圧条件を満たすか否かを判定する。
そして、減衰率補正手段は、しきい電圧条件が満たされ
た場合、そのままの状態では電力増幅器が飽和する危険
性があるとみなし、可変アッテネータの減衰率を大きく
する。これにより、減衰率制御手段で制御された減衰率
よりも更に減衰率を大きくすることができるので、電力
増幅器への入力を小さくして、電力増幅器を線形領域で
作動させることができる。

【００１６】ここで、しきい電圧条件としては、例え
ば、バッテリ電圧が所定のしきい電圧値以下になるとい
う条件が考えられる。このしきい電圧値としては、例え
ば、その電圧値以下になると従来のＡＰＣ方式では隣接
チャネル漏洩電力やベクトルエラー等の特性が無線機に
要求される条件を下回ってしまうような電圧値を用いれ
ばよい。

【００１７】また、減衰率制御手段は、検出された電力
増幅器の出力を所定の基準値と比較し、これらの差分に
応じて可変アッテネータの減衰率を制御する構成とする
ことができる。この場合、減衰率補正手段は、減衰率制
御手段における基準値を低減することにより、可変アッ
テネータの減衰率を大きくすることができる。

【００１８】なお、このような減衰率制御手段及び減衰
率補正手段は、ＣＰＵで作動するソフトウエアとして構
築することもできる。

【００１９】また、本発明に係る信号増幅回路において
は、入力信号は、バッテリから電力供給を受けている電
力増幅器によって増幅され、出力される。このとき、電
力増幅器の出力は、本発明に係る自動出力制御回路によ
り目標制御される。したがって、この信号増幅回路は、
バッテリ電圧が低下した場合でも、電力増幅回路を飽和
させることがなく、隣接チャネル漏洩電力やベクトルエ
ラー等の特性を劣化させることがない。

【００２０】

【実施例】以下、本発明に係る自動出力制御回路の実施
例を図面に基づいて説明する。

【００２１】図１は、本発明に係る自動出力制御回路の
構成を示すブロック図である。なお、図において、図２
の従来回路の構成要素と同一、あるいはそれに相当する
構成要素には同一の符号を付す。

【００２２】図に示すように、本実施例は、従来の自動
出力制御回路の構成に、さらに電力増幅器２の電源電圧
（すなわち、バッテリ電圧）を検出する電圧検出回路４
が設けられたものである。そして、これに伴い、ＣＰＵ
７は、その検出された電源電圧に基づき、可変アッテネ
ータ１に対する制御データの補正を行う。

【００２３】本実施例においては、電力増幅器（ＰＡ）
２に与えられる電源電圧（バッテリの電圧）Ｖ_D が所定
の定格電圧である場合は、本実施例の回路の動作は図２
に示す従来回路の動作と同様である。

【００２４】以下、使用時間の経過に伴って電力増幅器
２の電源電圧が低下した場合における、本実施例の回路
の動作を説明する。

【００２５】以下の説明において、電力増幅器２の定格
電圧は５．８Ｖであるとする。また、本実施例では、電
源電圧が５．３Ｖを下回ったときに、隣接チャネル漏洩
電力及びベクトルエラー等の特性値が、無線機に要求さ
れる条件（例えば、規格など）を満たさなくなるものと
し、このような電圧値を線形動作限界電圧と呼ぶ。

【００２６】電源電圧Ｖ_D が定格電圧５．８Ｖの場合
は、電力増幅器２の入出力特性は図３のグラフＡに示し
たようになっている。また、電力増幅器２の目標出力電
力Ｐ_oは、電力増幅器２が飽和しないよう、電力増幅器
２の飽和電力（電力増幅器２が飽和状態となったときの
出力電力）に対して所定割合（例えば３ｄＢ）だけ低い
値に設定されている。したがって、可変アッテネータ１
は、電力Ｐ_i を有する入力信号を、電力増幅器２におい
てこの目標出力Ｐ_o が得られるような電力Ｐ₁ まで減衰
させる。

【００２７】ここで、無線機の使用時間の経過に伴い電
源電圧Ｖ_D が低下すると、電力増幅器２の飽和電力及び
ゲインが低下する。そして、電源電圧Ｖ_D が５．３Ｖま
で下がると、電力増幅器２の入出力特性は図３のグラフ
Ｂに示したようになり、電力増幅器２の飽和電力が目標
出力Ｐ_o とほぼ等しいところまで下がってしまう。そし
て、さらにこれ以上電源電圧Ｖ_D が低下すると、飽和電
力が前述した目標出力Ｐ_o を下回ってしまい、いくら可
変アッテネータ１の減衰率を低下させ、電力増幅器２へ
の入力を大きくしても目標出力Ｐ_o が得られない状態と
なる。この状態で、目標出力を変えないまま電力増幅器
２を動作させていると、従来技術で説明したような問題
が発生する。

【００２８】そこで、本実施例では、電源電圧Ｖ_D が
５．３Ｖになった時点で、目標出力を下げ、新たな目標
出力Ｐ_o ´に基づいてＡＰＣ動作を行う。この新たな目
標出力Ｐ_o ´は、電源電圧Ｖ_D が５．３Ｖのときの飽和
電力より所定割合（例えば、３ｄＢ）だけ低い値とすれ
ばよく、これにより電力増幅器２の飽和を防止すること
ができる。

【００２９】すなわち、本実施例では、予め、電源電圧
Ｖ_D が５．３Ｖのときの電力増幅器の飽和電力に基づ
き、その飽和電力より例えば３ｄＢ低い電力を目標出力
Ｐ_o ´として求めておく。ただし、この目標出力Ｐ_o ´
は、本実施例の回路が搭載される無線機の規格から外れ
ない範囲の値とする。そして、可変アッテネータ１に対
して所定の入力電力Ｐ_i の信号が入力されているとき
に、ＣＰＵ７において可変アッテネータ１に対する制御
データを調節して可変アッテネータ１の減衰率を調整
し、電力増幅器２の出力が目標出力Ｐ_o ´となるように
し、このときの制御データＡ₁ を基準データとしてメモ
リ８に記憶させる。また、このとき、検波回路３の出力
をデジタル変換した検波データＤ₁ も基準データとして
メモリ８に記憶させる。したがって、本実施例では、メ
モリ８には、電源電圧Ｖ_D が定格電圧（５．８Ｖ）であ
る場合（すなわち、電力増幅器２が定格出力の場合）の
基準データＤ₀ 及びＡ₀ と、電源電圧Ｖ_D が５．３Ｖで
あるときの基準データＤ₁ 及びＡ₁ とが、記憶される。

【００３０】そして、本回路が通信等に実際に使用され
る場合、最初のうちは、従来の場合と同様、ＣＰＵ７に
おいて基準データＤ₀ 及びＡ₀ を用いて制御データＡ_i
が求められ、これによりＡＰＣ動作が行われるが、電源
電圧Ｖ_D が５．３Ｖまで下がったことが電圧検出回路４
によって検出されると、基準データが切り換えられる。
すなわち、電源電圧Ｖ_D が５．３Ｖ以下となると、基準
データがＤ₁ 及びＡ₁に切り換えられ、この基準データ
に基づいて制御データＡ_i が生成される。これにより、
本実施例の自動出力制御回路は、電源電圧が５．３Ｖ以
下になった場合、飽和電力に対して所定割合だけ低い値
Ｐ_o ´を目標出力として、ＡＰＣ動作を行うことができ
る。したがって、本実施例によれば、電源電圧が電圧値
以下に下がった場合でも、電力増幅器２を飽和させずに
動作させることができるため、隣接チャネル漏洩電力や
ベクトルエラー等の無線機特性の劣化を防止することが
できる。

【００３１】図４は、本実施例における電圧検出回路４
の構成例であり、この回路によれば、電源電圧Ｖ_D は、
抵抗Ｒ₁ 、Ｒ₂ で分圧されたのち、コンパレータ９の一
方端子（＋端子）に入力される。ここで、電源電圧Ｖ_D
の分圧を行っているのは、コンパレータ９への入力電圧
がコンパレータの電源電圧を越えないようにするためで
ある。そして、コンパレータ９の他方端子（−端子）に
は、ＰＡの電源電圧Ｖ_D が５．３Ｖになったときのコン
パレータの＋端子への入力電圧と等しい電圧値が入力さ
れる。したがって、この回路は、電源電圧Ｖ_D が５．３
Ｖより大きいときはＨ信号を出力し、５．３Ｖ以下にな
ったときはＬ信号を出力する。電圧検出回路４としてこ
のような回路を採用した場合、本実施例におけるＣＰＵ
７を、電圧検出回路４のＨ信号、Ｌ信号に応じて基準デ
ータを切り換える構成とすることで本実施例の効果を得
ることができる。

【００３２】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。

【００３３】前述の実施例は、電源電圧Ｖ_D を、隣接チ
ャネル漏洩電力やベクトルエラーが所定の条件（例え
ば、無線機の規格など）を満たさなくなる直前の電圧
（線形動作限界電圧。例えば、５．３Ｖ）の一点で、可
変アッテネータ制御データを生成するための基準データ
を切り換えるものであった。これに対して、本実施例
は、基準データをよりきめ細かく切り換えることによ
り、隣接チャネル漏洩電力やベクトルエラー等の特性を
より良好な状態に保つものである。

【００３４】すなわち、本実施例では、まず、前述の実
施例と同様にして、電源電圧Ｖ_D が定格電圧（例えば
５．８Ｖ）のときの検波データ及び制御データの基準値
（基準データ）、すなわちＤ₀ 及びＡ₀ と、電源電圧Ｖ
_D が線形動作限界電圧（例えば５．３Ｖ）のときの基準
データＤ_m 、Ａ_m を取り込む。そして、この２点の電圧
値における基準データをもとに、例えば直線補間等の補
間により、他の電圧値における基準データを求める。例
えば、本実施例における自動出力制御回路の動作限界の
最低電圧を５．０Ｖとすると、この５．０Ｖから定格電
圧５．８Ｖまでを所定間隔（例えば０．１Ｖ）ごとに区
切り、その各電圧値における基準データ（Ｄ₀ 〜Ｄ_n 、
Ａ₀ 〜Ａ_n ）を補間によって求め、メモリ８に記憶す
る。

【００３５】そして、電源電圧Ｖ_D が０．１Ｖ下がるご
とに、電圧検出回路４が基準データを切り換える信号を
ＣＰＵ７に送出し、ＣＰＵ７はこの信号に従って基準デ
ータを切り換える。

【００３６】これにより、バッテリが自動出力制御回路
の動作限界最低電圧に下がるまでの間、常に出力電圧が
電力増幅器２の飽和電圧より所定割合だけ低い状態に保
たれる。したがって、この電圧範囲においては、隣接チ
ャネル漏洩電力やベクトルエラーが常に良好な状態に保
つことができる。

【００３７】図５は、本実施例における電圧検出回路４
の回路構成の一例である。この例では、図に示すよう
に、電力増幅器２の電源電圧Ｖ_D は、抵抗Ｒ₁ 、Ｒ₂ に
よりＡ／Ｄ変換器１０の電源電圧を越えないように分圧
された後、Ａ／Ｄ変換器１０に入力される。Ａ／Ｄ変換
器１０は、入力された電圧をデジタル変換してＣＰＵ７
に出力する。そして、例えば５．０Ｖ〜５．８Ｖまで
０．１Ｖきざみで電源電圧Ｖ_D を変えたときのＡ／Ｄ変
換器１０の出力を予め計測してメモリ８に記憶してお
き、実際のＡ／Ｄ変換器１０の出力がメモリ８の記憶値
の１つと一致したときに、制御データを生成する際の基
準データをその記憶値に対応するものに切り換える。こ
れにより、電源電圧Ｖ_D の５．０Ｖ〜５．８Ｖの全範囲
に亘って、目標出力を所定割合だけ低減することがで
き、隣接チャネル漏洩電力やベクトルエラーを良好な状
態に保つことができる。

【００３８】なお、ここでは、動作限界最低電圧から定
格電圧までの全範囲に亘って、可変アッテネータ１の減
衰率が大きくされ、電力増幅器の目標出力が所定割合だ
け低減される場合を説明したが、これに限らず、目標出
力を低減させる電圧範囲の上限値を定格電圧より低い
（ただし、動作限界最低電圧より高い）電圧値としても
よい。この場合、その上限値としては、目標出力を低下
させないと隣接チャネル漏洩電力やベクトルエラーが製
品の仕様を満足できなくなるような電圧値に定めればよ
い。

【００３９】なお、上記各実施例においては、自動出力
制御回路はＣＰＵを用いて構成されていたが、本発明の
適用はこのような場合に限られない。検波回路３による
検波値を直接所定の電圧値と比較する構成の自動出力制
御回路の場合にも、本発明の手法は適用可能である。こ
の場合は、検波値と比較する電圧値を複数容易し、電圧
検出回路の出力にしたがってその電圧値を切り換える構
成とすればよい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る自動
出力制御回路によれば、バッテリ電圧がある程度以上低
下すると、可変アッテネータの減衰率を大きくして電力
増幅器への入力信号を減衰させ、電力増幅器が飽和する
のを防ぐことができる。これにより、電力増幅器を線形
領域で作動させることができるので、電力増幅器の出力
信号の歪みを低減することができ、バッテリ電圧が低下
した場合でも隣接チャネル漏洩電力やベクトルエラーな
どの無線機の特性を劣化させることがない。

【００４１】さらに、本発明に係る自動出力制御回路に
よれば、電力増幅器への過入力を防ぎ、電力増幅器内の
デバイスの劣化、破壊を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動出力制御回路の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】従来の自動出力制御回路の構成を示すブロック
図である。

【図３】実施例における電力増幅器２の入出力特性を示
すグラフである。

【図４】電圧検出回路４の一例を示す回路図である。

【図５】電圧検出回路４の他の例を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 可変アッテネータ ２ 電力増幅器（ＰＡ） ３ 検波回路 ４ 電圧検出回路 ５ Ａ／Ｄ変換器 ６ Ｄ／Ａ変換器 ７ ＣＰＵ ８ メモリ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力増幅器の前段に設けられ、減衰率が
   変更可能な可変アッテネータと、 前記電力増幅器の出力を検出し、検出された出力に応じ
   て前記可変アッテネータの減衰率を変更制御する減衰率
   制御手段と、 を有し、バッテリから電力供給を受ける前記電力増幅器
   の出力を目標制御する自動出力制御回路において、 前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段と、 検出されたバッテリ電圧がしきい電圧条件を満たすか否
   か判定し、満たす場合に前記電力増幅器が飽和する危険
   があるとみなし、前記電力増幅器が線形領域で作動する
   よう前記可変アッテネータの減衰率を大きくする減衰率
   補正手段と、 を備えたことを特徴とする自動出力制御回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載の自動出力制御回路におい
   て、 前記減衰率制御手段は、前記電力増幅器の出力を所定の
   基準値と比較し、これらの差分に応じて前記可変アッテ
   ネータの減衰率を制御し、 前記減衰率補正手段は、前記減衰率制御手段における前
   記基準値を低減することにより前記可変アッテネータの
   減衰率を大きくすることを特徴とする自動出力制御回
   路。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の自動出力制御回
   路において、 前記しきい電圧条件は、前記バッテリ電圧が所定のしき
   い電圧値以下となることであることを特徴とする自動出
   力制御回路。
4. 【請求項４】 請求項３記載の自動出力制御回路におい
   て、 前記しきい電圧値は、前記バッテリ電圧がこの自動出力
   制御回路が動作可能な最低電圧の近傍の電圧値以上の所
   定範囲に含まれる電圧値であることを特徴とする自動出
   力制御回路。
5. 【請求項５】 デジタル変調された入力信号を目標出力
   まで増幅して出力する信号増幅回路であって、 バッテリから電力供給を受け、入力信号を増幅して出力
   する電力増幅器と、 前記電力増幅器の出力を目標制御する請求項１〜４のい
   ずれかに記載の自動出力制御回路と、 を有することを特徴とする信号増幅回路。