JPH098576A - 信号を増幅するための方法および装置 - Google Patents

信号を増幅するための方法および装置

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JPH098576A
JPH098576A JP8168426A JP16842696A JPH098576A JP H098576 A JPH098576 A JP H098576A JP 8168426 A JP8168426 A JP 8168426A JP 16842696 A JP16842696 A JP 16842696A JP H098576 A JPH098576 A JP H098576A
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power
signal
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power amplifier
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JP8168426A
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Jin Dong Kim
ジン・ドン・キム
James John Crnkovic
ジェームズ・ジョン・クルンコビック
Armin Werner Klomsdorf
アーミン・ワーナー・クロムスドーフ
David Sutherland Peckham
デービッド・サザーランド・ペッカム
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Motorola Solutions Inc
Original Assignee
Motorola Inc
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    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
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    • H03F1/0216—Continuous control
    • H03F1/0233—Continuous control by using a signal derived from the output signal, e.g. bootstrapping the voltage supply
    • H—ELECTRICITY
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    • H03G3/3036—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 無線通信装置の電力増幅器の効率を改善す
る。 【解決手段】 電力増幅器３０４の効率を最大にするた
め電圧可変容量（ＶＶＣ）により電力増幅器の出力の負
荷インピーダンスを変える。比較器５０９が検出電力出
力信号２１６および基準信号に基づき増幅器制御信号２
１１を発生する。電力制御に加え、制御信号はまたＶＶ
Ｃ回路５０６に結合されて電力増幅器の出力インピーダ
ンスを制御する。または、電力制御信号およびバッテリ
電圧の比較に基づく別個のＶＶＣ制御信号５２７がＶＶ
Ｃに結合される。あるいは、第２のＶＶＣが第１のＶＶ
Ｃと並列に結合される。あるいは、電力増幅器の入力に
ＶＶＣ回路５０６を導入し入力インピーダンスの変動を
補償してＩＭ、利得、出力電力およびノイズレベルなど
の他のパラメータを改善する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は増幅器に関し、か
つより特定的には信号を増幅する方法および装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】セルラ無線電話のような無線通信装置に
おいて該装置が固定サイト送受信機と通信できるように
無線周波（ＲＦ）信号を増幅するために電力増幅器（Ｐ
Ａ）が使用される。無線通信装置におけるかなりの電力
がこの電力増幅器において消費される。例えば、携帯用
セルラ無線電話においては、電力消費のかなりの割合が
電力増幅器にある。電力増幅器の効率はセルラ無線電話
の動作周波数にわたり電力増幅器が受ける信号源および
負荷の変動に依存する。高い効率の電力増幅器を設計す
ることに関連する１つの問題はこれらの信号源および負
荷の変動を適切に補償することである。
【０００３】無線通信装置は典型的には複数の電力レベ
ルで無線周波信号を送信する。例えば、セルラ無線電話
は無線送信機の出力電力において７つの４ｄＢステップ
を必要とする。しかしながら、電力増幅器の効率は出力
電力範囲にわたり大幅に変化する。電力増幅器の電流消
費効率はより高い出力電力で最も影響を受けるから、電
力増幅器はより高い出力電力レベルで効率を最大にする
よう設計される。電力効率を改善するための１つの技術
は電力増幅器の出力ステップの変化に応じて該電力増幅
器の静止電流（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）
を切り換える。最も低い電力ステップにおいては、電力
増幅器は通常クラスＡモードの動作となる。電力増幅器
のバイアス条件をより低いステップで変化させることに
より、電力増幅器はクラスＡＢモードに保たれ対応する
効率の改善を伴う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】動作の効率はまた広い
帯域幅にわたるデュプレクスフィルタのインピーダンス
変化またはアンテナに近くユーザの手または体を位置さ
せることのような環境的な要因によって引き起こされる
負荷インピーダンスの変化に依存する。電力増幅器は一
般に負荷インピーダンスの変動によって引き起こされる
電力の変動に適応させるために典型的な動作出力電力よ
りも高い飽和出力電力を備えて設計される。そのような
より高い出力電力で設計された電力増幅器の効率の低下
を補償するため、電力増幅器の出力の負荷を該出力にお
いてダイオードを切替え入力しあるいは外すことによっ
て変えることができる。例えば、２重モードの電力増幅
器は負荷の切り替えに応じて線形モードまたは飽和モー
ドで動作する。この負荷の切替えは２つの異なるセルラ
無線電話システムによる装置の動作に適応させる。しか
しながら、そのような出力における負荷の離散的な切替
えは効率のいくらかの改善を与えるかもしれないが、効
率を最大にするものではない。
【０００５】電力増幅器の効率の改善は無線通信装置の
与えられたバッテリに対する動作時間を増大するうえで
最も重要なことである。従って、信号源および負荷の変
動にわたりより高い効率で無線周波信号を増幅する方法
および装置の必要性が存在する。また、広い範囲の動作
電圧にわたり電力増幅器を効率的に動作させる必要があ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】電力増幅器の効率はデュ
プレクスフィルタの入力インピーダンス変化によって引
き起こされる負荷インピーダンス変動に直接関係してい
る。この入力インピーダンス変化は広い帯域幅にわたる
送信周波数の変動またはユーザの手または体がアンテナ
に接近することのような他の負荷変動によって引き起こ
される。負荷インピーダンス変動を補償するため、該負
荷インピーダンスは本発明に従って電圧可変容量を使用
して絶えずまたは永久的に調整することができる。特
に、電圧可変容量を電力増幅器の出力に配置して該電力
増幅器の効率を改善するために出力負荷インピーダンス
を変えることができる。あるいは、電圧可変容量は電力
増幅器の前に配置して入力インピーダンス変動を補償し
かつＩＭ、利得、出力電力およびノイズレベルのような
他の電力増幅器のパラメータを改善することができる。
電圧可変容量は電力増幅器の入力または出力に配置して
動作電圧の広い範囲にわたり電力増幅器を効率的に動作
させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】まず図１を参照すると、本発明を
導入したセルラ無線電話のような無線通信装置のブロッ
ク図が示されている。好ましい実施形態では、モトロー
ラ・インコーポレイテッドから入手可能なＣＭＯＳ Ａ
ＳＩＣのような、フレーム発生器ＡＳＩＣ １０１、お
よびこれもまたモトローラ・インコーポレイテッドから
入手可能な６８ＨＣ１１型マイクロプロセッサのような
マイクロプロセッサ１０３が組み合わされてセルラシス
テムにおいて動作するための必要な通信プロトコルを発
生する。マイクロプロセッサ１０３は好ましくは１つの
パッケージ１１１内に併合された、ＲＡＭ１０５、ＥＥ
ＰＲＯＭ１０７、およびＲＯＭ１０９からなるメモリ１
０４を使用し、前記プロトコルを発生するのに必要なス
テップを実行しかつ、表示装置１１３への書込み、キー
パッド１１５からの情報の受入れ、周波数シンセサイザ
１２５の制御、または本発明の方法に係わる信号を増幅
するのに必要なステップを行うことなどの、通信ユニッ
トのための他の機能を達成する。ＡＳＩＣ１０１はマイ
クロホン１１７からのかつスピーカ１２１へのオーディ
オ回路１１９によって変換されるオーディオを処理す
る。
【０００８】送受信機は無線周波信号を処理する。特
に、送信機１２３は周波数シンセサイザ１２５によって
生成されたキャリア周波数を使用しアンテナ１２９を介
して送信を行う。通信装置のアンテナ１２９によって受
信された情報は受信機１２７に入り、該受信機１２７は
周波数シンセサイザ１２５からのキャリア周波数を使用
してメッセージフレームを構成するシンボルを復調す
る。前記通信装置は任意選択的にデジタル信号処理手段
を含むメッセージ受信機および記憶装置１３０を含むこ
とができる。該メッセージ受信機および記憶装置は、例
えば、デジタル応答マシン（ｄｉｇｉｔａｌ ａｎｓｗ
ｅｒｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）またはぺージング受信機
とすることができる。
【０００９】次に図２に移ると、ブロック図は増幅回路
２０３および検出回路２１５、統合または積分回路２１
７、およびプロセッサ回路２１９からなる対応する制御
回路を有する送信機１２３を示している。増幅回路２０
３は入力信号を受信しかつ該入力信号の増幅されたバー
ジョンである出力信号を発生するために、好ましくはガ
リウムひ素ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である少な
くとも１つの増幅素子を含む。バッテリのような電源２
０９がＶＢ＋で示されるバッテリ電圧信号を発生しかつ
増幅回路２０３に電源を供給する。電源２０９を構成す
るバッテリは、公称上の充電が行われた場合、３．０ボ
ルト、４．８ボルトまたは６．０ボルトのような、特定
のバッテリ電圧信号を提供するよう製造されるが、増幅
回路２０３はバッテリが前記特定の電圧より低い電圧ま
でかなり放電された場合にも機能できなければならな
い。
【００１０】増幅回路２０３はＲＦ入力回路２０５によ
って提供されるＲＦ入力信号２０４（典型的には送信さ
れるべき音声およびデータを含む）を増幅して増幅され
たＲＦ出力信号２０６を生成する。ＲＦ入力信号２０４
はＲＦ出力信号２０６の電力量が送信機１２３の動作を
規定する複数の所定の電力出力レベルの１つに対応する
ように増幅される。増幅回路２０３は引き続き該ＲＦ出
力信号２０６をＲＦ出力回路２０７へ出力する。
【００１１】図２のブロック図は増幅回路２０３の効率
を最大にするために出力電力制御ループを含む、該電力
制御ループは一般にプロセッサ回路２１９によって制御
される。送信機１２３は一体化されたプロセッサ回路２
１９を使用するが、送信機１２３のプロセッサに依存す
る機能は図１に示されるマイクロプロセッサ１０３のよ
うな、装置のための中央処理装置によって単独で提供す
ることもできる。
【００１２】前記出力電力制御ループはＲＦ出力信号２
０６の電力量を増幅器制御信号２１１を介して増幅回路
２０３の増幅度を変えることにより一定のレベルに維持
する。出力電力制御ループは検出回路２１５、プロセッ
サ回路２１９、および積分回路２１７からなりかつ送信
機１２３が動作している間に機能する。
【００１３】検出回路２１５は増幅回路２０３およびＲ
Ｆ出力回路２０７の間、ならびに積分回路２１７に結合
されてＲＦ出力信号２０６の電力レベルを検出する。検
出に応じて、検出回路２１５は検出電力出力信号２１６
を発生しかつ積分回路２１７に出力する。該検出電力出
力信号２１６はＲＦ出力信号２０６における電力量に対
応する。
【００１４】プロセッサ回路２１９は積分回路２１７に
結合されて電力出力制御信号２１８を提供する。該電力
出力制御信号２１８はＲＦ出力信号２０６に存在すべき
電力量を規定する所定の値を含む。該所定の値は製造中
にプロセッサ回路２１９のメモリに格納される複数の段
階値（ｐｈａｓｉｎｇ ｖａｌｕｅｓ）の１つである。
【００１５】積分回路２１７は前記検出された電力出力
信号２１６および電力出力制御信号２１８を比較してＲ
Ｆ出力信号２０６の電力量が正しいことを保証する。積
分回路２１７は従って増幅制御信号２１１の大きさを調
整して増幅回路２０３が正確なかつ一定のＲＦ出力信号
２０６を提供することを保証する。
【００１６】次に図３に移ると、本発明に係わる電圧可
変容量を導入した送信機回路のブロック図が示されてい
る。ドライバ増幅器の出力３０２が可変負荷（ｖａｒｉ
ａｎｔ ｌｏａｄ）３０６をドライブする電力増幅器３
０４に入力される。該可変負荷のインピーダンスは送信
帯域幅にわたる周波数変動または無線通信装置のアンテ
ナへのユーザの手または体の接近のような、他の環境的
要因にもとづき変わり得る。電力増幅器への入力および
該電力増幅器の出力は制御回路３０８に結合される。例
えばマイクロプロセッサとすることができる、制御回路
３０８は電力増幅器が最大効率で動作しているか否かを
前記入力および出力信号を評価することによって決定す
る。制御回路３０８はまた電圧可変容量３１０を制御
し、該電圧可変容量３１０は容量３１２によって電力増
幅器の出力に結合されている。特に、制御回路３０８は
電圧可変容量３１０の容量を調整して電力増幅器の出力
における負荷を変化させかつ電力増幅器の効率を最大に
する。
【００１７】好ましい電圧可変容量はケニス・ディー・
コーネット（Ｋｅｎｎｅｔｈ Ｄ．Ｃｏｒｎｅｔｔ）、
イー・エス・ラマクリシュナン（Ｅ．Ｓ．Ｒａｍａｋｒ
ｉｓｈｎａｎ）、ガリー・エイチ・シャピロ（Ｇａｒｙ
Ｈ．Ｓｈａｐｉｒｏ）、レイモンド・エム・コルドウ
エル（Ｒａｙｍｏｎｄ Ｍ．Ｃａｌｄｗｅｌｌ）および
ウエイ−イーン・ハウン（Ｗｅｉ−Ｙｅａｎ Ｈｏｗｎ
ｇ）による１９９１年１０月１５日出願の（出願シリア
ル番号第７７６，１１１号）、米国特許第５，１３７，
８３５号に開示されており、この特許全体はここに参照
のため導入される。しかしながら、可変容量を提供する
強誘電体材料を使用した任意の容量も使用できる。本発
明に係わる図４の実施形態に示されるように、電圧可変
容量３１０は動作の間における何らかの非線形性を除去
するため逆極性の一対の電圧可変容量４０２および４０
４で置き換えることもできる。
【００１８】次に図５に移ると、本発明に係わる送信機
回路の別の実施形態のブロック図が示されている。特
に、電圧制御発振器（ＶＣＯ）５０１は情報信号をある
周波数の発振信号と組み合わせて周波数変調された情報
信号を生成する。該周波数変調された情報信号は次にバ
ッファ５０２に結合され、該バッファ５０２はフィル
タ、典型的にはバンドパスフィルタ、と前記周波数変調
された情報信号の振幅を増大させる増幅装置の双方とし
て機能する。バッファ５０２による増幅の後、ＲＦ入力
信号２０４は可変減衰器５０３を通して結合され、該可
変減衰器５０３は増幅制御信号２１１によって調整され
て送信機１２３が送信していないときに高い減衰度を提
供しあるいはＲＦ入力信号２０４の送信を可能にするた
めに低い減衰度を提供することができる。
【００１９】ＲＦ入力信号２０４は電力増幅器ドライバ
５０４に結合され、該電力増幅器ドライバ５０４は増幅
回路２０３の初期回路段を形成する。好ましい実施形態
では、電力増幅器ドライバ５０４はＲＦ入力信号２０４
を約＋８ｄＢｍの電力レベルから約＋１７ｄＢｍ程度の
電力レベルまで増幅することができる。電力増幅器ドラ
イバ５０４は増幅回路２０３の最終回路段を形成する電
力増幅器３０４の入力に結合される。ＲＦ入力信号２０
４を電力増幅器ドライバ５０４から受信すると、電力増
幅器３０４はさらに該ＲＦ入力信号２０４を増幅して＋
３０ｄＢｍほどの高さの電力レベルでＲＦ出力信号２０
６を発生する。好ましい実施形態では、電力増幅器３０
４は動作のために約０Ｖと−５．４Ｖの間の負のバイア
ス電圧を必要とするガリウムひ素ＦＥＴである。
【００２０】増幅回路２０３とＲＦ出力回路２０７の間
に電力増幅器３０４の出力においてＶＶＣ回路５０６を
含むことが好ましい電力制御回路５０５が結合される。
電力制御回路５０５はＲＦ出力信号２０６の電力量を増
幅器制御信号２１１を変えることにより一定レベルに維
持する。図５の実施形態では、増幅器制御信号２１１は
増幅回路２０３への入力信号を変えることによりＲＦ出
力信号２０６の電力量を変化させる。しかしながら、増
幅器制御信号２１１はこれに変えて増幅回路２０３のド
ライバ段または電力増幅器段に結合することもできる。
ＶＶＣ回路５０６は好ましくは図６を参照して詳細に説
明するように電圧可変容量および出力整合回路を含む。
【００２１】電力制御回路５０５は好ましくは前記ＲＦ
出力信号２０６に過剰な損失を引き起こすことなく前記
ＲＦ出力信号２０６を検出器５０８に結合する電磁カプ
ラのような方向性カプラ５０７を具備する。検出器５０
８は検出電力出力信号２１６を発生し、該検出電力出力
信号２１６は次に比較器５０９の反転端子に結合され
る。基準電圧ＶＲＥＦが比較器５０９の非反転端子に結
合される。比較器５０９は増幅器制御信号２１１を発生
し、該増幅器制御信号２１１は可変減衰器５０３にかつ
インバータ５１０を介してＶＶＣ回路５０６に結合され
る。増幅器制御信号２１１は可変減衰器５０３による減
衰量を増大しまたは低減して電力増幅器の出力において
一定の電力を維持する。増幅器制御信号２１１はまたＶ
ＶＣ回路５０６において電圧可変容量を変えることによ
り電力増幅器の出力における負荷を同時に変化させる。
増幅器制御信号２１１は一定の電力出力を維持する一方
で電力増幅器３０４の効率を最大にする。
【００２２】次に図６に移ると、電気回路図は図５の実
施形態に係わる好ましい電力制御回路５０５を示してい
る。特に、方向性カプラ５０７は好ましくは前記結合さ
れたＲＦ出力信号２０６を検出器５０８に向けるために
抵抗およびダイオードを含む。検出器５０８は好ましく
はＲＦ出力信号２０６における電力量に対応する電圧を
有する検出電力出力信号２１６を出力するためにローパ
スフィルタを備えている。最後に、ＶＶＣ回路５０６は
直列に接続された一対の誘電的に反対の（ｄｉｅｌｅｃ
ｔｒｉｃａｌｌｙ ｏｐｐｏｓｅｄ）電圧可変容量５１
２および５１３の間に結合された入力抵抗５１１を備え
ている。前記電圧可変容量は直列に接続された伝送ライ
ン５１４，５１５および５１６に結合され、これらの伝
送ラインのおのおのはそれぞれグランドに接続されたＤ
Ｃ阻止用容量５１７，５１８および５１９を含む。前記
伝送ラインは電力増幅器の出力において適切なインピー
ダンス整合を提供するよう選択される。
【００２３】次に図７に移ると、電圧可変容量回路を導
入した送信機回路の別の実施形態のブロック図が示され
ている。特に、送信信号は電力増幅器ドライバ５０４で
受信され、該電力増幅器ドライバ５０４は電力増幅器３
０４に結合されている。電力増幅器３０４の出力はＶＶ
Ｃ回路５０６に結合されている。ＶＶＣ回路５０６はＲ
Ｆ出力回路２０７によって可変負荷３０６に結合されて
いる。ＶＶＣ回路の出力はまた検出回路２１５に結合さ
れ、該検出回路２１５は積分器５２０および電力制御回
路５２１を含む積分回路２１７に信号を提供する。特
に、積分器５２０は検出回路２１５の電力出力信号２１
６をその反転入力端子に向けかつその非反転端子にプロ
セッサ回路２１９のデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換
器５２２からの電力出力制御信号２１８を表す入力を受
ける。電力出力制御信号２１８は好ましくは送信機が信
号を送信しているべき所定の電力レベルに対応する。積
分器５２０は電力出力制御信号２１８を検出された電力
出力信号２１６と比較する。電力制御回路５２１は検出
された電力出力信号２１６に対する電力出力制御信号２
１８の比較にもとづき増幅器制御信号２１１を発生す
る。増幅器制御信号２１１は電力増幅器の一定の所望の
出力（すなわち、電力出力制御信号２１８が検出された
電力出力信号２１６に等しい場合の出力）を維持するた
めにドライバ段の出力を増大しまたは減少させる。
【００２４】一定の電力増幅器出力を維持することに加
えて、プロセッサ回路２１９は増幅回路２０３を最大効
率で動作させるためにＶＶＣ回路５０６を制御する。特
に、プロセッサ回路２１９はバッテリ電源電圧ＶＢ＋お
よび電力制御回路５２１から出力される増幅器制御信号
２１１を受けるアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器５
２４を含む。単一のＡ／Ｄ変換器５２４が示されている
が、別個のＡ／Ｄ変換器を使用することもできる。プロ
セッサ回路２１９は増幅器制御信号２１１およびバッテ
リ供給電圧ＶＢ＋を監視して電力増幅器３０４ができる
だけ飽和に近く動作しているか否かを判定し電力増幅器
をできるだけ効率よく動作させる。図９を参照して詳細
に説明するように、電力増幅器の出力の負荷は該電力増
幅器を飽和により近く動作させるために変えることがで
きる。特に、プロセッサ回路２１９はまたＶＶＣ回路５
０６に電圧可変容量制御信号５２７を発生するＤ／Ａ変
換器５２６を含む。この信号は、例えば、前記電圧可変
容量の１つの電極に加えられる電圧とすることができ
る。この負荷の変動は、出力において一定の電力を維持
しながら、外部的に変わり得る負荷のいずれの変動をも
補償する。最後に、プロセッサ回路２１９は好ましくは
電力制御値、段階値（ｐｈａｓｉｎｇ ｖａｌｕｅｓ）
および他の動作パラメータを記憶するためのメモリ５２
８を含む。
【００２５】次に図８に移ると、電気回路図は図７の送
信機回路を示している。特に、図７に示されるＶＣＯ５
０１およびバッファ５０２は可変抵抗からなる可変減衰
器５０３に結合されている。可変減衰器５０３は送信機
１２３が送信していない場合に高い減衰度を提供しまた
はＲＦ入力信号２０４の送信を可能にするために低い減
衰度を提供するよう調整できる。ＲＦ入力信号２０４は
電力増幅器ドライバ５０４および増幅回路２０３の電力
増幅器３０４に結合される。電力増幅器３０４の出力に
はＶＶＣ回路５０６がある。ＶＶＣ回路５０６は好まし
くは伝送ライン６０８および６０９を含む。電圧可変容
量６０６が伝送ライン６０８および６０９の間のノード
において容量６０７に結合されている。電圧可変容量６
０６はインダクタ６１０を介してＤ／Ａ変換器５２６か
らの電圧可変容量制御信号５２７によって制御される。
Ｄ／Ａ変換器によって発生される信号および電圧可変容
量６０６の制御については後に図９を参照して詳細に説
明する。
【００２６】ＶＶＣ回路５０６およびＲＦ出力回路２０
７の間にはＲＦ出力回路２０７によるろ波の前にＲＦ出
力信号２０６の電力レベルを検出するために検出回路２
１５が結合されている。該検出回路２１５は前記ＲＦ出
力信号２０６を該ＲＦ出力信号２０６に対し過剰な損失
を生じさせることなしに検出器５０８に結合する方向性
結合器５０７を含む。方向性カプラ５０７は好ましくは
抵抗および結合されたＲＦ出力信号２０６を検出器５０
８に導くためのダイオードを含む。検出器５０８はＲＦ
出力信号２０６の電力量に対応する電圧を有する検出電
力出力信号２１６を出力するためにローパスフィルタを
備えている。検出電力出力信号２１６は次に積分回路２
１７に結合される。
【００２７】ＲＦ出力信号２０６の電力量を一定レベル
に維持するため、プロセッサ回路２１９はまた電力出力
制御信号２１８を提供する。電力出力制御信号２１８は
ＲＦ出力信号２０６において含まれるべき電力量に対応
する電圧を表す。電力出力制御信号２１８は好ましくは
プロセッサ回路２１９に含まれる、モトローラ・インコ
ーポレイテッドから入手可能な６８ＨＣ１１型マイクロ
コントローラのような、マイクロプロセッサ６１７によ
って生成される。マイクロプロセッサ６１７は前記複数
の所定の電力出力レベルの内のどの１つで送信機１２３
が固定送受信機によって送信される電力制御指令にもと
づき動作すべきかを決定する。
【００２８】マイクロプロセッサ６１７はまた前記電力
出力制御信号２１８の電圧をセットするために関連する
メモリ５２８に記憶された段階値（ｐｈａｓｉｎｇ ｖ
ａｌｕｅｓ）にアクセスする。無線電話１００の製造の
間に、前記段階値はメモリ５２８にプログラムされる。
記憶された段階値は典型的には複数の所定の電力出力レ
ベルからなる。前記複数の所定の電力出力レベルのおの
おのはＲＦ出力信号２０６における電力量を規定する実
際の電力値を表す。マイクロプロセッサ６１７は決定さ
れた電力出力レベルを電力制御命令によって指令された
電力出力レベルと比較することによりメモリ５２８に記
憶された前記段階値から電力出力制御信号２１８を選択
する。
【００２９】積分回路２１７は検出された電力出力信号
２１６および電力出力制御信号２１８の比較に応じて増
幅器制御信号２１１を変えることによりＲＦ出力信号２
０６の電力量を制御する。前記検出電力出力信号２１６
および電力出力制御信号２１８は好ましくは積分器５２
０のそれぞれ負（−）および正（＋）入力に結合され
る。積分回路２１７はさらに積分器５２０の出力および
電力増幅器ドライバ５０４の間に結合された電力制御回
路５２１を含む。電力制御回路５２１はバッファとして
作用しかつ、例えば、ｎｐｎトランジスタ６２７および
ｐチャネルエンハンスメントモードＭＯＳＦＥＴ（金属
酸化物半導体電界効果トランジスタ）６２９から構成さ
れる。抵抗６３１はｎｐｎトランジスタ６２７のベース
を積分器５２０の出力に結合する。ｎｐｎトランジスタ
６２７のコレクタはＭＯＳＦＥＴ６２９のゲートに結合
される。抵抗６３３はＭＯＳＦＥＴ６２９のゲートをＶ
Ｂ＋に結合する。ＭＯＳＦＥＴ６２９のドレインは抵抗
６３５によってｎｐｎトランジスタ６２７のエミッタに
結合され、該エミッタは抵抗６３７を介してグランドに
結合される。
【００３０】動作においては、もし検出された電力出力
信号２１６の電圧が前記電力出力制御信号２１８の電圧
より小さければ、積分器５２０の出力の電圧は増大され
る。電圧が増大するに応じて、ｎｐｎトランジスタ６２
７のベースに流れ込む電流は増大しｎｐｎトランジスタ
６２７のコレクタに流れ込む電流を増大させる。ｎｐｎ
トランジスタ６２７のコレクタに流れ込む電流が増大す
ると、電源２０９およびＭＯＳＦＥＴ６２９のソースの
双方をＭＯＳＦＥＴ６２９のゲートに結合する抵抗６３
３の間の電圧が増大しＭＯＳＦＥＴ６２９をターンオン
させる。ターンオンに応じて、増幅器制御信号２１１を
構成するＭＯＳＦＥＴ６２９のドレイン電流の一部が電
力増幅器ドライバ５０４に流れかつ増幅回路２０３の振
幅の大きさを変える。ドレイン電流の他の部分は抵抗６
３５および抵抗６３７をとおって流れトランジスタ６２
７のエミッタに電圧を発生しトランジスタ６２７をター
ンオフさせる方向に向かう。
【００３１】逆に、もし前記検出された電力出力信号２
１６の電圧が電力出力制御信号２１８の電圧より大きけ
れば、積分器５２０の出力の電圧は減少する。積分器５
２０の出力の電圧の減少はｎｐｎトランジスタ６２７の
ベースに流れ込む電流を減少させる。これは、次に、ｎ
ｐｎトランジスタ６２７のコレクタに流れる電流を減少
させさらに抵抗６３３の間の電圧効果がＭＯＳＦＥＴ６
２９をターンオフさせるようにし、増幅器制御信号２１
１を減少させる。増幅器制御信号の減少は電力増幅器ド
ライバ５０４が増幅回路２０３の振幅の大きさを低減す
るようにさせる。
【００３２】出力において一定の電力を維持することに
加えて、プロセッサ回路２１９はまたＶＶＣ６０６の制
御電圧を調整して電力増幅器３０４の出力の負荷を変え
増幅回路２０３が、出力電力制御ループがＲＦ出力信号
２０６の必要な量の電力を維持することを禁止すること
なくできるだけ飽和に近く動作するようにさせる。増幅
回路２０３が飽和により近くで機能すればするほど出力
電力は低減するから、ＶＶＣ６０６の電圧は動的に増大
または減少させてＲＦ出力信号２０６の必要な電力量を
維持しかつ増幅回路２０３の効率を最大にする。
【００３３】特に、プロセッサ回路２１９のマイクロプ
ロセッサ６１７は電源２０９および増幅器制御信号２１
１の電圧レベルに応じてＶＶＣ６０６の電圧を動的に増
大または減少させるよう機能する。電源２０９および増
幅器制御信号２１１の双方の電圧レベルはプロセッサ回
路２１９に含まれるそれぞれのアナログ−デジタル（Ａ
／Ｄ）変換器５２４を介してマイクロプロセッサ６１７
に結合される。Ａ／Ｄ変換器５２４は電源２０９および
増幅器制御信号２１１の連続的な、時変（ｔｉｍｅ−ｖ
ａｒｙｉｎｇ）アナログ電圧を離散的なデジタル値に変
換する。マイクロプロセッサ６１７は電源２０９および
増幅器制御信号２１１の電圧レベルをメモリ５２８に記
憶された所定の値に関して比較を行なう。もし電源２０
９の電圧レベルが増幅器制御信号２１１の電圧レベルの
所定値の中にあれば、マイクロプロセッサ６１７はＶＶ
Ｃ６０６の電圧を調整して増幅回路２０３が飽和するの
を防止する。あるいは、もし電源２０９の電圧レベルが
増幅器制御信号２１１の電圧レベルの所定の値内になけ
れば、マイクロプロセッサ６１７はＶＶＣ６０６の電圧
を反対方向に調整して増幅回路２０３が飽和に近づくよ
うにさせかつしたがって増幅回路２０３の効率を改善す
る。
【００３４】次に図９に移ると、フローチャートは本発
明に係わる信号を効率的に増幅する好ましい方法を示し
ている。無線電話１００の（要素を制御しかつ本発明の
方法を実施するためのコードはプロセッサ回路２１９に
格納され、かつ該プロセッサ回路２１９によって実行す
ることができる。ステップ７０２においてこのアルゴリ
ズムを開始した後、プロセッサ回路２１９はステップ７
０４においてＶＶＣ電圧を０ボルトまたは２ボルトのよ
うな公称電圧にセットする。ステップ７０６において、
プロセッサ回路２１９は送信機１２３がキーイングされ
たか（ｋｅｙｅｄ）または、実際において、送信する準
備ができたか否かを判定する。ステップ７０６は送信機
１２３がキーイングされるまで反復される。
【００３５】ステップ７０６においていったん送信機１
２３がキーイングされると、プロセッサ回路２１９はス
テップ７０８においてＶＶＣ電圧を調整して電力増幅器
の負荷インピーダンスを増大させる。プロセッサ回路２
１９は次に効率を増大するために増幅回路２０３のＶＶ
Ｃ電圧を増大すべきかあるいは減少させるべきかを判定
する。ステップ７１０において、プロセッサ回路２１９
は電源２０９の電圧、ＶＢ＋、および増幅器制御信号２
１１（「制御電圧」）の間の差が所定の範囲内にあるか
否かを判定する。好ましい実施形態では、この所定の範
囲は０．２ボルトであり、これは積分回路２１７（図３
を参照）に含まれるＦＥＴトランジスタ６２９にかかる
最小電圧降下に対応する。もしＶＢ＋および増幅器制御
信号２１１の間の差が０．２ボルトより小さければ、ス
テップ７１２においてＶＶＣ電圧は電力増幅器の負荷イ
ンピーダンスを低減するために調整される。
【００３６】もしＶＢ＋および増幅器制御信号２１１の
間の差が０．２ボルトより大きければ、プロセッサ回路
２１９はステップ７１４において電力増幅器の負荷イン
ピーダンスを増大するためにＶＶＣ電圧を変化させ増幅
回路２０３が飽和により近くで動作しかつ、したがっ
て、増幅回路２０３の効率を増大させる。
【００３７】ＶＶＣ電圧を増大または低減した後に、プ
ロセッサ回路２１９は再びステップ７１６において送信
機１２３がキーイングされているか否かを判定する。も
し送信機１２３がキーイングされていると判定されれ
ば、プロセッサ回路２１９はステップ７１０に戻る。も
し送信機１２３がキーイングされていなければ、プロセ
ッサ回路２１９はステップ７０４に戻る。
【００３８】次に図１０に移ると、ブロック図は本発明
に係わる送信機の別の実施形態を示している。図１０の
ＶＶＣ回路５０６は好ましくは電力増幅器の出力におけ
る負荷をより正確に制御するため２つの電圧可変容量を
含む。該電圧可変容量の１つは増幅器制御信号２１１お
よび電源２０９の比較に基づき調整される。ＶＶＣ回路
５０６の第２の電圧可変容量は電力増幅器３０４の電流
に基づき調整される。図１０に示されるように、電流検
知回路８０２が電力増幅器３０４において引き込まれる
電流ＩＳＥＮＳＥを監視しかつ出力信号をＡ／Ｄ変換器
５２４に提供する。プロセッサ回路２１９はＤ／Ａ変換
器８０４から電圧可変容量制御信号８０５を発生しＶＶ
Ｃ回路５０６の第２の電圧可変容量を制御する。ＶＶＣ
回路５０６の２つの電圧可変容量を別個に制御すること
により、図１０の実施形態では電力増幅器の効率を最大
にし出力電流を低減しかつ装置のためのバッテリの消費
を低減する。
【００３９】次に図１１に移ると、図１０の送信機回路
の電気回路図は電流検知回路８０２およびＶＶＣ回路５
０６のための好ましい構成を示している。電流検知回路
８０６は好ましくはＭＯＳＦＥＴ８０７を具備し、該Ｍ
ＯＳＦＥＴ８０７は電源２０９に接続されたソースおよ
びマイクロプロセッサ６１７によって制御されるゲート
を有する。抵抗８０８がＭＯＳＦＥＴ８０２のドレイン
と電力増幅器３０４の間に結合されている。検知抵抗８
０８の端子はプロセッサ回路２１９のＡ／Ｄ変換器５２
４に結合されている。マイクロプロセッサ６１７は次に
Ｄ／Ａ変換器８０４から制御信号８０５を発生する。前
記図９の実施形態において説明した第１の電圧可変容量
８１０を制御する、制御信号５２７および制御信号８０
５は協働的に制御されて電力増幅器３０４の効率を最大
にする。
【００４０】ＶＶＣ回路５０６は好ましくはＶＶＣ制御
信号５２７を受けるためのインダクタ８１０を含み、該
ＶＶＣ制御信号５２７は容量８１３によって電力増幅器
の出力に結合された電圧可変容量８１２を制御する。Ｖ
ＶＣ制御信号８０５はインダクタ８１５によって第２の
電圧可変容量８１４に結合されている。電圧可変容量８
１４はまた容量８１６によって電力増幅器の出力に結合
されている。ＶＶＣ回路５０６は好ましくは電力増幅器
の出力のインピーダンスに整合させるため伝送ライン８
１８，８２０および８２２を含む。
【００４１】次に図１２に移ると、フローチャートは本
発明に係わる信号を効率的に増幅するための好ましい方
法を示している。無線電話１００の各要素を制御しかつ
図１２の方法を行なうためのコードはまた、前記プロセ
ッサ回路２１９に記憶され、かつ前記プロセッサ回路２
１９によって実行することができる。ステップ９０２に
おいてアルゴリズムを初期化した後、プロセッサ回路２
１９はステップ９０４においてＶＶＣ電圧を公称電圧に
セットする。ステップ９０６において、プロセッサ回路
２１９は送信機１２３がキーイングされたか否か、実際
には、送信の準備ができたか否かを判定する。ステップ
９０６は送信機１２３がキーイングされるまで反復され
る。
【００４２】ステップ９０６において、いったん送信機
１２３がキーイングされると、プロセッサ回路２１９は
ステップ９０８においてＩＳＥＮＳＥを最小にするため
にＶＶＣ１電圧およびＶＶＣ２電圧を調整する。ＶＶＣ
１およびＶＶＣ２は同じ方向に調整することができ、あ
るいはＩＳＥＮＳＥを最小にするために独立に調整する
ことができる。プロセッサ回路２１９は次に効率を増大
するために増幅回路２０３のＶＶＣ電圧を調整すべきか
否かを判定する。ステップ９１０において、プロセッサ
回路２１９は電源２０９の電圧、ＶＢ＋、と増幅器制御
信号２１１（「制御電圧」）の間の差が所定の範囲内に
あるか否かを判定する。好ましい実施形態では、この所
定の範囲は０．２ボルトであり、これは積分回路２１７
に含まれるＦＥＴトランジスタ６２９にかかる最小電圧
降下に対応する。もしＶＢ＋および制御電圧の間の差が
０．２ボルトより小さければ、ステップ９１２において
電圧ＶＶＣ１およびＶＶＣ２がステップ９０８における
調整と反対方向に調整されて電力増幅器が飽和からあま
りにも遠いところで動作するのを防止する。あるいは、
ＶＶＣ１およびＶＶＣ２は電力増幅器の効率を最大にす
るためにＩＳＥＮＳＥを監視する一方で独立に調整する
こともできる。
【００４３】もしＶＢ＋と制御電圧の間の差が０．２ボ
ルトより大きければ、プロセッサ回路２１９はさらにス
テップ７１４においてＩＳＥＮＳＥを低減するためにＶ
ＶＣ電圧を変え、増幅回路２０３が飽和により近い状態
で動作するようにしかつ、したがって、増幅回路２０３
の効率を増大させる。前記ＶＶＣ電圧を増大または減少
させた後、プロセッサ回路２１９は再びステップ９１６
において送信機１２３がキーイングされたか否かを判定
する。送信機１２３がキーイングされたと判定すれば、
プロセッサ回路２１９はステップ９１０に戻る。もし送
信機１２３がキーイングされなければ、プロセッサ回路
２１９はステップ９０４に戻る。
【００４４】次に図１３に移ると、ブロック図は本発明
に係わる無線通信装置のための送信機回路の別の実施形
態を示している。図１３の実施形態は入力インピーダン
スの変動を補償するために電力増幅器の入力においてＶ
ＶＣ回路を導入する。該ＶＶＣ回路は電力増幅器の前に
配置されて、ＩＭ、利得、出力電力およびノイズレベル
のような他の電力増幅器のパラメータを改善する。特
に、ＶＶＣ回路５０６はドライバ５０４と電力増幅器３
０４の間に配置される。ＶＶＣ回路５０６はＶＶＣ制御
信号５２７を受信する。プロセッサ回路２１９は検出回
路２１５において受信された電力増幅器の出力信号に基
づきＶＶＣ制御信号５２７を発生する。この回路の残り
の部分は図７において述べたのと同様に動作する。図１
４は図１３の回路の電気回路図を示す。図１４の回路の
動作は図８を参照して詳細に説明されている。しかしな
がら、ＶＶＣ制御信号５２７はプロセッサ回路２１９に
よる出力信号の評価に基づきＩＭ、利得、出力電力、ノ
イズレベルまたは異なるバッテリ動作領域のような電力
増幅器のパラメータを改善するために発生される。ＶＶ
Ｃ回路は好ましくはドライバ回路と電力増幅器の間に配
置されるが、該ＶＶＣ回路は電力増幅器の前の任意の場
所に配置することができる。
【００４５】
【発明の効果】要するに、本発明は電力増幅器の効率を
最大にするために該電力増幅器の出力における負荷イン
ピーダンスを修正する。第１の実施形態では、積分器が
検出された出力信号と基準信号との比較に基づき制御信
号を発生する。該制御信号は好ましくは可変減衰器に結
合されて伝統的な電力制御ループのための制御を可能に
する。該制御信号はまた電圧可変容量回路に結合されて
電力増幅器の出力インピーダンスを制御しかつ該電力増
幅器の効率を最大にする。別の実施形態では、積分器は
検出された出力信号と基準信号との比較に基づき電力制
御信号を発生する。該電力制御信号は好ましくは電力増
幅のドライバ段に結合されて伝統的な電力制御ループの
ための制御を提供する。電力制御信号とバッテリ電圧と
の比較に基づく電圧可変容量制御信号はまた電圧可変容
量回路に結合され電力増幅器の出力インピーダンスを制
御しかつ該電力増幅器の効率を最大にする。また、第２
の電圧可変容量を前記第１の電圧可変容量と並列に結合
することもできる。該第２の電圧可変容量は電力増幅器
の電流に基づく信号によって制御することができる。最
後に、別の実施形態ではＶＶＣ回路を電力増幅器の入力
に導入してＩＭ、利得、出力電力およびノイズレベルの
ような他の電力増幅器パラメータを改善するために入力
インピーダンスの変動を補償する。
【００４６】本発明が上記説明および図面において記述
されかつ説明されたが、この説明は実例のみによるもの
であって当業者には本発明の真の精神および範囲から離
れることなく数多くの変更および修正を行なうことがで
きることが理解される。例えば、電圧可変容量はソース
および負荷インピーダンス変動の双方を制御するために
信号装置における電力増幅器の入力および出力の双方に
配置することができる。本発明は携帯用セルラ無線電話
に特定の用途を見い出すことができるが、本発明は、ペ
ージャ、電子オーガナイザ、またはコンピュータを含む
任意の無線通信装置に適用可能である。本発明は添付の
特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】セルラ無線電話のような、伝統的な無線通信装
置を示すブロック図である。
【図２】図１のブロック図における伝統的な送信機回路
を示すブロック図である。
【図３】本発明に係わる電圧可変容量を有する送信機回
路を示すブロック図である。
【図４】本発明にしたがって並列に結合された電圧可変
容量を有する送信機回路の別の実施形態を示すブロック
図である。
【図５】本発明に係わる送信機回路の別の実施形態を示
すブロック図である。
【図６】図５の電圧可変容量回路５０５を示す電気回路
図である。
【図７】本発明に係わる無線通信装置のための送信機回
路の別の実施形態を示すブロック図である。
【図８】図７の送信機回路の電気回路図である。
【図９】図７の送信機回路の動作を示すフローチャート
である。
【図１０】本発明に係わる送信機回路の別の実施形態を
示すブロック図である。
【図１１】図１０の別の実施形態における送信機回路を
示す電気回路図である。
【図１２】図１０の別の実施形態における送信機回路の
動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明に係わる無線通信装置のための送信機
回路の別の実施形態を示すブロック図である。
【図１４】図１３の送信機回路を示す電気回路図であ
る。
【符号の説明】
１００ 無線通信装置 １０１ フレーム発生器 １０３ マイクロプロセッサ １０４ メモリ １０５ ＲＡＭ １０７ ＥＥＰＲＯＭ １０９ ＲＯＭ １１１ パッケージ １１３ 表示装置 １１５ キーパッド １１７ マイクロホン １１９ オーディオ回路 １２１ スピーカ １２３ 送信機 １２５ シンセサイザ １２７ 受信機 ２０３ 増幅回路 ２０５ ＲＦ入力回路 ２０７ ＲＦ出力回路 ２１５ 検出回路 ２１７ 積分回路 ２１９ プロセッサ回路 ３０４ 電力増幅器 ３０６ 可変負荷 ３０８ 制御回路 ３１０ 電圧可変容量 ３１２ 容量 ４０４，４０２ 電圧可変容量 ５０１ 電圧制御発振器（ＶＣＯ） ５０２ バッファ ５０３ 可変減衰器 ５０４ 電力増幅器ドライバ ５０５ 電力制御回路 ５０６ ＶＶＣ回路 ５０７ 方向性カプラ ５０８ 検出器 ５０９ 比較器 ５１０ インバータ ５１１ 入力抵抗 ５１２，５１３ 電圧可変容量 ５１４，５１５，５１６ 伝送ライン ５１７，５１８，５１９ ＤＣ阻止用容量
フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・ジョン・クルンコビック アメリカ合衆国イリノイ州60047、レイ ク・ズーリック、ブリストル・トレイル・ ロード 1480 (72)発明者 アーミン・ワーナー・クロムスドーフ アメリカ合衆国イリノイ州60081、スプリ ング・グローブ、ヒドン・トレイル 2415 (72)発明者 デービッド・サザーランド・ペッカム アメリカ合衆国イリノイ州60010、バリン トン・ヒルズ、ロイヤル・ウェイ ８

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 信号を増幅するための装置であって、 入力および出力を有する電力増幅器（３０４）であっ
    て、該電力増幅器は入力信号を受けかつ該入力信号の増
    幅されたものである出力信号を発生するよう構成され、 前記電力増幅器の前記出力に結合された電圧可変容量
    （３１０）、そして前記第１の電圧可変容量に結合され
    前記第１の電圧可変容量の容量を制御する制御回路（３
    ０８）、 を具備することを特徴とする信号を増幅するための装
    置。
  2. 【請求項２】 さらに、前記出力に結合され前記出力信
    号の出力電力を検出しかつ検出された電力出力信号を前
    記制御回路に結合するための電力検出回路（５０８）を
    具備することを特徴とする請求項１に記載の信号を増幅
    するための装置。
  3. 【請求項３】 前記制御回路は前記検出された電力出力
    信号に基づき電力制御信号を前記電力増幅器に結合し、
    前記制御回路は前記第１の電圧可変容量に第１の電圧可
    変容量制御信号を発生することを特徴とする請求項２に
    記載の信号を増幅するための装置。
  4. 【請求項４】 前記電圧可変容量制御信号は前記電力制
    御信号およびバッテリ電圧信号に基づいていることを特
    徴とする請求項３に記載の信号を増幅するための装置。
  5. 【請求項５】 さらに、前記電力増幅器の電流を監視す
    るために前記電力増幅器に結合された電流検知回路（８
    ０２）を具備し、前記制御回路は前記電流検知回路に結
    合されて前記電力増幅器の電流を監視することを特徴と
    する請求項３に記載の信号を増幅するための装置。
  6. 【請求項６】 信号を増幅する方法であって、 第１の電圧可変容量を電力増幅器の出力に結合する段
    階、 前記電力増幅器の入力において受信された入力信号の増
    幅されたものである出力信号を前記出力に発生する段
    階、そして前記第１の電圧可変容量の容量を制御する段
    階、 を具備することを特徴とする信号を増幅する方法。
  7. 【請求項７】 さらに、前記出力信号の出力電力を検出
    しかつ検出された電力出力信号を制御回路に結合して前
    記電力増幅器の増幅度を制御する段階を含むことを特徴
    とする請求項６に記載の信号を増幅する方法。
  8. 【請求項８】 さらに、前記検出された電力出力信号に
    基づき電力制御信号を前記電力増幅器に結合する段階を
    具備することを特徴とする請求項７に記載の信号を増幅
    する方法。
  9. 【請求項９】 前記容量を制御する段階はさらに前記電
    力制御信号およびバッテリ電圧信号に基づき第１の電圧
    可変容量制御信号を発生する段階を具備することを特徴
    とする請求項８に記載の信号を増幅する方法。
  10. 【請求項１０】 さらに、前記電力増幅器における電流
    を検知する段階を具備することを特徴とする請求項９に
    記載の信号を増幅する方法。
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