JPWO2005076467A1 - 電力増幅装置、通信端末装置及び電力増幅装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は電力用増幅器を有する電力増幅装置に関し、電力増幅器の動作に支障を来すことなく、電力増幅器を効率的に使用することを目的とする。そして、上記目的を達成するために、制御部11は想定出力電力値に基づき電力増幅器が低電力出力動作を行う第1の期間であるか高電力出力動作を行う第2の期間であるかを判断し、上記第1の期間は、DC/DCコンバータ2を活性状態にして電源電圧Vdd2をHPA1の動作用電源電圧として供給し、上記第2の期間は、動作用電源電圧検知回路13より得られる検知電源電圧値VMに基づき、DC/DCコンバータ2の活性/非活性及びスイッチ3のオン/オフを制御し、電源電圧Vdd2及び電源電圧Vdd3のうち一方を動作用電源電圧として供給する。
Description
本発明は電力用増幅器を有し、電力用増幅器に供給する動作用電源電圧を制御する電力増幅装置及びその制御方法並びに電力増幅装置を用いた通信端末装置に関する。
携帯用の通信端末装置の一つである携帯電話(携帯通信端末)において、マイクロフォンから入力された音声信号は、電力(音声)増幅器によって増幅され、搬送波に重畳されて基地局側へと送信される。従来、上述した電力増幅器の電源電圧端子には、携帯通信端末の電源であるリチウムイオン電池等の充電式電池から直接電力が供給されていた。
この際、電力増幅器の動作用電源電圧を送出電力に応じて制御することにより、電力増幅器の効率を高め、かつ、充電池の消耗を抑制することにより、効率よく充電池を使用することを可能とした電源電圧制御装置及び電源電圧制御装置を備えた携帯通信端末として特開2002−290247号公報(以下、「特許文献1」と略する)で開示された装置がある。
特許文献1に開示された電源電圧制御装置は、電力増幅器の出力電力と上記電力増幅器の動作用電源電圧値とが関連づけられている電源電圧テーブルと、上記電源電圧テーブルに基づいて、電力増幅器へ供給する電源電圧を制御する電圧制御手段とを具備することを特徴とし、電圧制御手段としてDC/DCコンバータを用いている。
しかしながら、特許文献1に開示された電源電圧制御装置において、DC/DCコンバータの抵抗値は比較的大きいことから、電力増幅器が所定レベルより高い電力を出力する高出力動作時において、DC/DCコンバータによる電圧降下量が大きくなり、電力増幅器の動作に十分な電源電圧を供給できないという問題点があった。
この際、電力増幅器の動作用電源電圧を送出電力に応じて制御することにより、電力増幅器の効率を高め、かつ、充電池の消耗を抑制することにより、効率よく充電池を使用することを可能とした電源電圧制御装置及び電源電圧制御装置を備えた携帯通信端末として特開2002−290247号公報(以下、「特許文献1」と略する)で開示された装置がある。
特許文献1に開示された電源電圧制御装置は、電力増幅器の出力電力と上記電力増幅器の動作用電源電圧値とが関連づけられている電源電圧テーブルと、上記電源電圧テーブルに基づいて、電力増幅器へ供給する電源電圧を制御する電圧制御手段とを具備することを特徴とし、電圧制御手段としてDC/DCコンバータを用いている。
しかしながら、特許文献1に開示された電源電圧制御装置において、DC/DCコンバータの抵抗値は比較的大きいことから、電力増幅器が所定レベルより高い電力を出力する高出力動作時において、DC/DCコンバータによる電圧降下量が大きくなり、電力増幅器の動作に十分な電源電圧を供給できないという問題点があった。
本発明は、上記のような問題点を解決し、電力増幅器の動作に支障を来すことなく、電力増幅器を効率的に使用可能な電源電圧制御装置を得ることを目的とする。
本発明に係る電力増幅装置は、第1の電源電圧を供給源とした動作用電源電圧を受けて動作する電力増幅器(1)と、前記動作用電源電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方の電源電圧を検知して検知電源電圧値を得る動作用電源電圧検知回路(13)と、前記電力増幅器が出力すべき出力電力値を想定出力電力値として想定する電力想定機能を有し、前記想定出力電力値及び前記検知電源電圧値に基づいて決定される前記動作用電源電圧を前記電力増幅器に供給する動作用電源電圧供給部(2,3,4,11,12)とを備えている。
本発明に係る通信端末装置は、送信信号を発生する送信部(6)と、電池から出力される第1の電源電圧を供給源とした動作用電源電圧を受けて動作し、前記送信信号の送信電力を増幅する電力増幅器(1)と、前記動作用電源電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方の電源電圧を検知して検知電源電圧値を得る動作用電源電圧検知回路(13)と、前記送信部を制御するとともに、前記電力増幅器が出力すべき出力電力値を想定出力電力値として想定する電力想定機能を有し、前記想定出力電力値及び前記検知電源電圧値に基づいた前記動作用電源電圧を前記電力増幅器に供給する動作用電源電圧供給部(2,3,4,11,12)とを備えている。
本発明に係る電力増幅装置の制御方法は、電池より出力される第1の電源電圧を供給源とした動作用電源電圧を受けて動作する電力増幅器(1)を有する電力増幅装置の制御方法であって、(a)前記動作用電源電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方の電源電圧を検知して検知電源電圧値を得るステップと、(b)電力増幅器の出力すべき出力電力値を想定出力電力値として想定し、前記想定出力電力値に基づき前記電力増幅器が高電力出力動作を行うか低電力出力動作を行うかを判断するステップと、(c)前記ステップ(b)で前記電力増幅器が前記低電力出力動作を行うと判断した場合、前記第1の電源電圧を降圧した電圧を前記動作用電源電圧として供給するステップと、(d)前記ステップ(b)で前記電力増幅器が前記高電力出力動作を行うと判断した場合、前記検知電源電圧値に基づき、前記第1の電源電圧を降圧した電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方を前記動作用電源電圧として供給するステップとを備えている。
本発明に係る電力増幅装置は、想定出力電力値に加え、電力増幅器の動作用電源電圧あるいは第1の電源電圧を検知して得られる検知電源電圧値に基づいて、電力増幅器に供給する動作用電源電圧を制御するため、電力増幅器の動作に支障を来すことなく、電力増幅器を効率的に使用することができる。
本発明に係る通信端末装置における動作用電源電圧供給部は、想定出力電力値に加え、電力増幅器の動作用電源電圧あるいは電池から出力される第1の電源電圧を検知して得られる検知電源電圧値に基づいて決定される動作用電源電圧を電力増幅器に供給するため、電力増幅器の動作に支障を来すことなく、電力増幅器を効率的に使用することができる。
本発明に係る電力増幅装置の制御方法は、ステップ(b),(c)による想定出力電力値に基づく制御に加え、ステップ(b),(d)によって電力増幅器の動作用電源電圧あるいは電池から出力される第1の電源電圧を検知して得られる検知電源電圧値に基づいて決定される動作用電源電圧を電力増幅器に供給するため、電力増幅器の動作に支障を来すことなく、電力増幅器を効率的に使用することができる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本発明に係る電力増幅装置は、第1の電源電圧を供給源とした動作用電源電圧を受けて動作する電力増幅器(1)と、前記動作用電源電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方の電源電圧を検知して検知電源電圧値を得る動作用電源電圧検知回路(13)と、前記電力増幅器が出力すべき出力電力値を想定出力電力値として想定する電力想定機能を有し、前記想定出力電力値及び前記検知電源電圧値に基づいて決定される前記動作用電源電圧を前記電力増幅器に供給する動作用電源電圧供給部(2,3,4,11,12)とを備えている。
本発明に係る通信端末装置は、送信信号を発生する送信部(6)と、電池から出力される第1の電源電圧を供給源とした動作用電源電圧を受けて動作し、前記送信信号の送信電力を増幅する電力増幅器(1)と、前記動作用電源電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方の電源電圧を検知して検知電源電圧値を得る動作用電源電圧検知回路(13)と、前記送信部を制御するとともに、前記電力増幅器が出力すべき出力電力値を想定出力電力値として想定する電力想定機能を有し、前記想定出力電力値及び前記検知電源電圧値に基づいた前記動作用電源電圧を前記電力増幅器に供給する動作用電源電圧供給部(2,3,4,11,12)とを備えている。
本発明に係る電力増幅装置の制御方法は、電池より出力される第1の電源電圧を供給源とした動作用電源電圧を受けて動作する電力増幅器(1)を有する電力増幅装置の制御方法であって、(a)前記動作用電源電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方の電源電圧を検知して検知電源電圧値を得るステップと、(b)電力増幅器の出力すべき出力電力値を想定出力電力値として想定し、前記想定出力電力値に基づき前記電力増幅器が高電力出力動作を行うか低電力出力動作を行うかを判断するステップと、(c)前記ステップ(b)で前記電力増幅器が前記低電力出力動作を行うと判断した場合、前記第1の電源電圧を降圧した電圧を前記動作用電源電圧として供給するステップと、(d)前記ステップ(b)で前記電力増幅器が前記高電力出力動作を行うと判断した場合、前記検知電源電圧値に基づき、前記第1の電源電圧を降圧した電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方を前記動作用電源電圧として供給するステップとを備えている。
本発明に係る電力増幅装置は、想定出力電力値に加え、電力増幅器の動作用電源電圧あるいは第1の電源電圧を検知して得られる検知電源電圧値に基づいて、電力増幅器に供給する動作用電源電圧を制御するため、電力増幅器の動作に支障を来すことなく、電力増幅器を効率的に使用することができる。
本発明に係る通信端末装置における動作用電源電圧供給部は、想定出力電力値に加え、電力増幅器の動作用電源電圧あるいは電池から出力される第1の電源電圧を検知して得られる検知電源電圧値に基づいて決定される動作用電源電圧を電力増幅器に供給するため、電力増幅器の動作に支障を来すことなく、電力増幅器を効率的に使用することができる。
本発明に係る電力増幅装置の制御方法は、ステップ(b),(c)による想定出力電力値に基づく制御に加え、ステップ(b),(d)によって電力増幅器の動作用電源電圧あるいは電池から出力される第1の電源電圧を検知して得られる検知電源電圧値に基づいて決定される動作用電源電圧を電力増幅器に供給するため、電力増幅器の動作に支障を来すことなく、電力増幅器を効率的に使用することができる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
図1はこの発明の実施の形態1である電力増幅装置を有する通信端末装置の構成を示すブロック図である。
図2は図1のRAMに格納された制御用電源電圧・電力テーブルの例を示す説明図である。
図3は実施の形態1の通信端末装置の電力増幅装置における動作用電源電圧決定動作を示すフローチャートである。
図4は高電力出力時における電池の電源電圧値によるDC/DCコンバータ及びスイッチの使い分け状況を示す説明図である。
図5は温度,周波数変化時における制御用電源電圧・電力テーブルの認識変化を示す説明図である。
図6はこの発明の実施の形態2である電力増幅装置を有する通信端末装置の構成を示すブロック図である。
図7は実施の形態2の通信端末装置の電力増幅装置による動作用電源電圧決定動作を示すフローチャートである。
図2は図1のRAMに格納された制御用電源電圧・電力テーブルの例を示す説明図である。
図3は実施の形態1の通信端末装置の電力増幅装置における動作用電源電圧決定動作を示すフローチャートである。
図4は高電力出力時における電池の電源電圧値によるDC/DCコンバータ及びスイッチの使い分け状況を示す説明図である。
図5は温度,周波数変化時における制御用電源電圧・電力テーブルの認識変化を示す説明図である。
図6はこの発明の実施の形態2である電力増幅装置を有する通信端末装置の構成を示すブロック図である。
図7は実施の形態2の通信端末装置の電力増幅装置による動作用電源電圧決定動作を示すフローチャートである。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1である電力増幅装置を有する携帯電話等の通信端末装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、電力増幅器であるHPA(High Power Amplifier)1は送信部6より受ける高周波信号(送信信号)を増幅して得られる増幅高周波信号をアイソレータ7、高周波スイッチ8及びアンテナ10を介して送信する。なお、アイソレータ7はアンテナ10から反射される電力を減らし、HPA1を安定して動作させるために設けられ、高周波スイッチ8は送信時に送信部6〜アンテナ10に至る信号経路を決定し、受信時にアンテナ10〜受信部9に至る信号経路を決定するために設けられている。また、高周波スイッチ8は、送信部6から受信部9の経路で回り込む信号を遮断するデュプレクサの機能も備えている。
送信部6は乗算器6a及び可変利得増幅器6bより構成され、乗算器6aによりベースバンド信号に対し周波数変換処理を実行することにより高周波信号に周波数変換する。そして、可変利得増幅器6bにより高周波信号を増幅して送信信号を発生する。なお、可変利得増幅器6bは例えばマイクロコンピュータを用いて構成される制御部11の指示する利得制御用電圧値に基づきその利得が変化する。
一方、受信部9は受信時にアンテナ10及び高周波スイッチ8を介して高周波信号を受信し、周波数変換処理を実行することにより高周波信号をベースバンド信号に周波数変換する。そして、周波数変換されたベースバンド信号が受信信号として制御部11に取り込まれる。受信信号には送信電力及び送信周波数を規定する命令も含まれる。
HPA1には動作用電源電圧として、電源電圧変換部であるDC/DCコンバータ2を介して得られる電源電圧Vdd2(第2の電源電圧)あるいはスイッチ3(スイッチ部)を介して得られる電源電圧Vdd3(第3の電源電圧)が供給される。DC/DCコンバータ2は制御部11により活性/非活性が制御され、活性状態時に電源電圧供給源である電池4より出力される電源電圧Vdd1(第1の電源電圧)を電源電圧Vdd2に電圧降下させてHPA1の動作用電源電圧として供給する。なお、DC/DCコンバータ2は、制御部11の指示する制御用電源電圧値TVcに電源電圧Vdd2が一致するように動作する。
一方、スイッチ3はFET等で構成され、制御部11の制御下でオン状態時に電池4の電源電圧Vdd1を電源電圧Vdd3としてHPA1に供給する。電源電圧Vdd3はほぼ電源電圧Vdd1に等しいが、例えば、スイッチ3がFETで構成される場合、電源電圧Vdd3は電源電圧Vdd1に比べFETの閾値電圧分は低下する。
モニタ回路5はHPA1の出力電力を測定して得られるモニタ電力値を制御部11に出力する。モニタ電力値は確認用であり、制御部11の制御下で行うHPA1の動作用電源電圧の制御動作には何ら関与しない。モニタ回路5は、例えば、HPA1の出力の電流経路の一部から出力電力の一部分を取り出して、その電力を電圧に変換する等の回路により実現する。
温度センサー14は携帯端末装置の所定箇所に設置され、携帯端末装置の装置温度を測定して測定温度を制御部11に出力する。
動作用電源電圧検知回路13は、HPA1の動作用電源電圧の入力ノード(DC/DCコンバータ2及びスイッチ3の出力ノード)となるノードN1より得られる電圧を動作用電源電圧として検知し、検知結果である検知電源電圧値VMを制御部11に出力する。
RAM12は、調整時想定送信電力に可変利得増幅器6bの制御利得用電圧値とHPA1の制御用電源電圧値とをテーブル形式で関連づけた制御用電源電圧・電力テーブルT12を格納している。なお、調整時想定送信電力とは通信端末装置の製造ライン上での製造時に調整された送信電力を意味する。
制御部11はHPA1、DC/DCコンバータ2、スイッチ3、電池4、送信部6、RAM12、動作用電源電圧検知回路13と共に電力増幅装置21を構成し、後述するHPA1の動作用電源電圧の制御、送信部6の制御等、様々な制御を行う。また、電力増幅装置21からHPA1、送信部6及び動作用電源電圧検知回路13を除いた構成が電源電圧供給部として機能する。
制御部11は後に詳述する想定送信電力を想定する電力想定機能を有し、この想定送信電力に基づき電力増幅器が低電力出力動作を行う第1の期間であるか高電力出力動作を行う第2の期間であるかを判断する。
そして、制御部11は、上記第1の期間は、DC/DCコンバータ2を活性状態にして電源電圧Vdd2を動作用電源電圧を供給し、上記第2の期間は、検知電源電圧値VMに基づき、DC/DCコンバータ2の活性/非活性及びスイッチ3のオン/オフを制御し、電源電圧Vdd2及び電源電圧Vdd3のうち一方を動作用電源電圧として供給する。
なお、動作用電源電圧検知回路13としては例えば抵抗分圧(抵抗分割)による回路を用いている。仮に電源電圧Vdd4=4V、抵抗分圧を行っている抵抗値=20kΩと想定すると、動作用電源電圧検知回路13で消費する電流=4/(20,000*2)=0.1mAとなる。一方、電力増幅装置21により削減できる電流は数十mAオーダーの為,動作用電源電圧検知回路13で消費する電流が電力増幅装置21に悪影響を与えることはない。
図2は制御用電源電圧・電力テーブルの例を示す説明図である。同図に示すように、調整時想定送信電力に対応して、可変利得増幅器6bの利得制御用の利得制御用電圧値Vrf(i)(i=0,…,8,…)及び制御用電源電圧値TVc(i)が設定される。なお、利得制御用電圧値VrfはVrf(i)>Vrf(i+j)(j≧1)の大小関係を有しており、制御用電源電圧値TVcはTVc(i)>TVc(i+j)の大小関係を有しており、調整時想定送信電力が例えば22dBm以上の時に制御用電源電圧値TVcは最大の制御用電源電圧値TVc(0)に設定される。制御用電源電圧・電力テーブルT12を参照して、例えば、想定送信電力を20dBmとする場合、調整時においては可変利得増幅器6bの利得制御用電圧値Vrf(5)にし、制御用電源電圧値TVc(2)に設定すれば実現できることになる。
図3は、実施の形態1の通信端末装置の電力増幅装置21において制御部11の制御下で行う、HPA1に供給する動作用電源電圧の供給動作を示すフローチャートである。以下、同図を参照してその処理手順を説明する。なお、図3では示さないが送信動作開始直後の初期設定としてDC/DCコンバータ2よる電源電圧Vdd2の供給が設定される。また、初期設定としてスイッチ3による電源電圧Vdd3の供給を設定してもよい。
まず、ステップS1において、時々刻々変化し得るDC/DCコンバータ2に与えるべき制御用電源電圧値TVcと、所定の基準電圧THVCとを比較し、TVc>THVCであればHPA1は高(電力)出力を行っている期間(第2の期間)と判断しステップS2に移行し、そうでなければHPA1は低(電力)出力を行っている期間(第1の期間)と判断し、ステップS3に移行する。
なお、制御部11は制御用電源電圧値TVcを以下のように決定する。制御部11は、受信信号に含まれる命令に規定された送信電力に基づき、HPA1から出力すべき想定出力電力値に相当する想定送信電力を想定する電力想定機能を有している。したがって、想定送信電力値は送信電力を規定する命令が変更される毎に時々刻々変化する。
制御部11は、RAM12に格納された制御用電源電圧・電力テーブルT12を参照することにより、上述した想定送信電力に一致する調整時想定送信電力に対応する制御用電源電圧値TVc(i)をステップS1の制御用電源電圧値TVcとして決定する。例えば、想定出力電力値が20dBmであれば、ステップS1で用いる制御用電源電圧値TVcとしてTVc(2)を決定する。
このように、制御用電源電圧・電力テーブルT12を参照して、想定送信電力に対応する制御用電源電圧値TVcに基づくことにより、HPA1の出力状態が高電圧出力状態であるか低電圧出力状態であるかを正確に認識することができる。
上述のように、制御部11はHPA1の出力電力値(送信電力)を想定するに際して、HPA1の出力電力のモニタ回路5によるモニタ結果を利用していないため、確認用にすぎないモニタ回路5に高精度化(高ダイナミックレンジ化)の必要性はない。
ステップS1でTVc<THVC時(第1の期間)に実行されるステップS3において、HPA1は低電力出力を行っていると判断し、DC/DCコンバータ2を活性状態にし、スイッチ3をオフ状態にすることにより、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2を動作用電源電圧として供給する。この際、電源電圧Vdd2が制御用電源電圧値TVcとなるようにDC/DCコンバータ2を制御する。ステップS3の実行後は再びステップS1に戻る。以降、TVc>THVCになるまでステップS1,S3の処理が繰り返されることになる。
ステップS1でTVc>THVC時(第2の期間)に実行されるステップS2において、動作用電源電圧検知回路13によるノードN1の動作用電源電圧の検知動作を開始し、検知電源電圧値VMを得る。したがって、検知電源電圧値VMとして、DC/DCコンバータ2の活性状態時には電源電圧Vdd2の測定結果が得られ、スイッチ3のオン状態時には電源電圧Vdd3の測定結果が得られる。
続いて、ステップS4において、現在の電源電圧の供給がDC/DCコンバータ2によるか否かがチェックされる。DC/DCコンバータ2による場合はステップS5に移行し、そうでない場合(すなわち、スイッチ3による場合)はステップS8に移行する。
ステップS4で現在の電源電圧の供給がDC/DCコンバータ2によると判定された場合に実行されるステップS5において、検知電源電圧値VMと基準電圧TCL(第1の閾値)とを比較し、VM<TCLであればHPA1の動作用電源電圧として電源電圧Vdd2では低すぎると判断しステップS6に移行し、そうでなければ動作用電源電圧は電源電圧Vdd2で不足なく行われていると判断しステップS7に移行する。このように、基準電圧TCLはDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2に対する基準電圧として機能する。基準電圧TCLとしては例えばHPA1が電源電圧として必要とする最低電圧が考えられる。
ステップS6において、DC/DCコンバータ2を非活性状態にし、スイッチ3をオン状態にすることにより、スイッチ3を介した電源電圧Vdd3の供給に切り換える。ステップS6の実行後はステップS1に戻る。
一方、ステップS7において、ステップS3と同様の処理を実行し、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給を維持する。ステップS7の実行後はステップS1に戻る。
このように、DC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2を供給中は、VM(=Vdd2)≧VCLであれば、電源電圧Vdd2がHPA1の動作用電源電圧として十分であると判断しDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給を維持し、VM(=Vdd2)<VCLであれば、電源電圧Vdd2がHPA1(7)動作用電源電圧として不十分であると判断しスイッチ3による電源電圧Vdd3の供給に切り換える。
したがって、HPA1の高電力出力期間(第2の期間)中においても、HPA1の動作に支障ない範囲では常にDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給が維持されるため、HPA1を効率的に動作させることができる。
一方、ステップS4で現在の電源電圧の供給がスイッチ3による電源電圧の供給であると判定された場合に実行されるステップS8において、検知電源電圧値VM(=Vdd3)と第2の閾値である基準電圧TCH(>TCL)とを比較し、VM>TCHであれば動作用電源電圧として電源電圧Vdd3は過剰であり無駄が多いと判断しステップS9に移行し、そうでなければ動作用電源電圧として電源電圧Vdd3が適度であると判断しステップS10に移行する。このように、基準電圧TCHはスイッチ3による電源電圧Vdd3に対する基準電圧として機能する。基準電圧TCHとしては例えば電池4の初期電圧(電池4が充電電池の場合充電時の電圧)−α(スイッチ3を介することによる電圧降下等の若干のマージン)等が考えられる。
なお、過剰な動作用電源電圧がHPA1に供給された場合、過剰分の電圧はHPA1の発熱要因となる。小型化、高密度化が進む携帯電話等の携帯通信端末装置においては発熱による温度上昇は無視できない問題であり、この観点からもHPA1を効率的に動作させることは重要である。特に、本携帯通信端末装置の電池4の充電中に通話(送信)を行う際には、HPA1の発熱を緩和することができ、例えば、100mW程度の発熱量を減らすことができる。
ステップS9において、ステップS3及びS7と同様の処理を実行し、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給に切り換える。ステップS9の実行後はステップS1に戻る。
ステップS10において、ステップS6と同様の処理を行い、スイッチ3を介した電源電圧Vdd3の供給を維持する。ステップS10の実行後はステップS1に戻る。
このように、スイッチ3による電源電圧Vdd3を供給中は、VM(=Vdd3)≦VCHであれば、電源電圧Vdd3がHPA1の動作用電源電圧として適度であると判断しスイッチ3による電源電圧Vdd3の供給を維持し、VM(=Vdd3)>VCHであれば、電源電圧Vdd3がHPA1の動作用電源電圧として過剰であると判断しDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給に切り換える。
したがって、HPA1の高電力出力期間(第2の期間)中において、スイッチ3による電源電圧Vdd3の供給中でも電源電圧Vdd3が十分高く、電源電圧Vdd2をHPA1の動作用電源電圧としても用いてもHPA1の動作に支障がないと判断すれば、速やかにDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給に切り換えられるため、HPA1を効率的に動作させることができる。
上述したように、制御部11は制御用電源電圧値TVc及び検知電源電圧値VMに基づき以下のようにHPA1の動作用電源電圧を制御することにより、HPA1の動作に支障無く、HPA1を効率的に動作させることができる。
(1)TVc≦THVCを満足する時
DC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給(HPA1は低電力出力期間中であるため電源電圧Vdd2で十分な動作用電源電圧となるとの判断)
(2)TVc>THVCを満足する時
(2−1) VM>TCH … DC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給
(電源電圧Vdd3から電源電圧Vdd2に切り替えても、十分な動作用電源電圧となるとの判断)
(2−2) VM<TCL … スイッチ3による電源電圧Vdd3の供給
(電源電圧Vdd2では動作用電源電圧として不十分であると判断)
(2−3) TCL≦VM≦TCH … 現状の電源電圧の供給を維持する。
(現在の電源電圧の供給を維持させるのが最善と判断)
このように、動作用電源電圧自体を検知し、2つの状況(動作用電源電圧が電源電圧Vdd2あるいは電源電圧Vdd3の場合)それぞれにおいて異なる閾値(TCL、TCH)と検知電源電圧値とを比較することにより、上記2つの状況のうちいずれの状況下においても適切な動作用電源電圧をHPA1に供給することができる。
図4は高電力出力時における電池4の電源電圧Vdd4におけるDC/DCコンバータ2及びスイッチ3の使い分け状況を示す説明図である。同図において、電池4が例えばリチウムイオン電池等の充電電池の場合に、電源電圧Vdd4は当初は4.3Vであり使用による経時変化により3.1V程度にまで低下するケースを想定しいる。また、DC/DCコンバータ2は、少なくとも3.5Vの動作用電源電圧の供給があれば動作に支障が生じない場合を想定している。
図4に示すように、電源電圧Vdd4が3.7V以上ではDC/DCコンバータ2から電源電圧Vdd2をHPA1の動作用電源電圧として供給した方が、HPA1を効率的に正常動作させることができ、上述した発熱による問題も回避できる。
一方、電源電圧Vdd4が3.7V未満ではスイッチ3からの電源電圧Vdd3をHPA1の動作用電源電圧として供給することにより、HPA1を確実に正常動作作させることができる。
このように、高電力出力時において、検知電源電圧値VMに基づきDC/DCコンバータ2及びスイッチ3のうち一方を選択することにより、電池4の電源電圧Vdd4の経時変化に応じて適切な動作用電源電圧をHPA1に供給することができる。
図5は温度,周波数変化時における制御用電源電圧・電力テーブルT12の認識変化を示す説明図である。
制御用電源電圧・電力テーブルT12で示す関係は、基準装置温度及び基準送信周波数の時における、調整時想定送信電力に対応して利得制御用電圧値Vrfを関連づけた関係である。つまり、制御用電源電圧・電力テーブルT12は可変利得増幅器6bの利得制御用テーブルの機能も備えている。
したがって、装置温度(通信端末温度)及び送信周波数のうち少なくとも一方が基準(基準装置温度あるいは基準送信周波数)から変化すると上記関係も変化する。具体的には、装置温度と送信電力との関係及び送信周波数と送信電力の関係は共に負の相関がある。
一方、HPA1は固定された所定の増幅率で電力増幅動作を行い、送信電力はHPA1の所定の増幅率と可変利得増幅器6bの利得とに基づき決定する。したがって、送信電力と装置温度あるいは送信周波数との関係が変化した場合、想定時送信電力に対応する可変利得増幅器6bの制御用利得電圧値を変化させる必要がある。
図5の例では、装置温度あるいは送信周波数の減少に伴い、図2で示す制御用電源電圧・電力テーブルT12をそのまま参照して取得した制御用電力値Vrfにより可変利得増幅器6bの利得を制御すると、送信電力が3dB上昇してしまうという、3dBの変化が生じた場合を示している。
この場合、制御部11は、制御用電源電圧・電力テーブルT12から、利得制御用電圧値Vrfを3dB分下方修正した仮想制御用電源電圧・電力テーブルT12vに置き換えて認識する。
図5の例では、制御用電源電圧・電力テーブルT12の調整時想定送信電力20dBmに対応する利得制御用電圧値Vrf(5)が3dB下方修正され、仮想制御用電源電圧・電力テーブルT12vに示すように、利得制御用電圧値Vrf(8)(調整時では送信電力17dBmに対応する利得制御用電圧値)に変更される。なお、制御用電源電圧値TVc自体は変化せず、制御用電源電圧値TVc(2)を維持する。制御部11は上述した制御用電源電圧・電力テーブルT12から仮想制御用電源電圧・電力テーブルT12vへの認識変更を装置温度及び送信周波数に基づき自動的に行う。
このように、制御部11は、制御用電源電圧・電力テーブルT12を参照する際、装置温度と基準装置温度との温度差に基づく認識内容(仮想制御用電源電圧・電力テーブルT12vで示す対応で認識する)で利得制御用電圧値Vrfを認識したり、送信周波数と基準送信周波数との周波数差に基づく認識内容で利得制御用電圧値Vrfを認識する。
したがって、送信時に、携帯端末装置の装置温度、送信周波数が調整時の基準装置温度及び送信周波数から変化しても、常に安定した送信電力で送信することできる。
なお、制御部11は温度センサー14により得られる測定温度から上記装置温度を認識することができる。一方、送信周波数は以下のように認識される。制御部11は、基地局から発された命令をアンテナ10、高周波スイッチ8、及び受信部9の経路で受信信号として受け、命令で規定された送信周波数及び送信電力で送信するように送信部6を制御する。したがって、制御部11自体が常に送信周波数を常に認識することができる。
このように、制御部11は装置温度と基準装置温度との差あるいは送信周波数と基準送信周波数との差に基づき制御用電源電圧・電力テーブルT12の認識内容を変更することにより、常に適切な利得制御用電圧値Vrfに基づき送信部6の可変利得増幅器6bの利得を制御することができるため、常に安定した送信電力で送信することできる。
加えて、装置温度あるいは送信周波数の変化に対応して可変利得増幅器6bの利得制御用電圧値Vrfを変化させることにより、制御用電源電圧値TVcに影響が生じないようにしているため、装置温度あるいは送信周波数の変化が生じても、電力増幅装置21によるHPA1の電源電圧制御(制御用電源電圧値TVcを利用している)を精度良く行うことができる。
なお、実施の形態1では動作用電源電圧検知回路13によってHPA1の電源電圧入力端子であるノードN1における電圧を動作用電源電圧として測定しているため、送信時以外はDC/DCコンバータ2を非活性、スイッチ3をオフ状態にしておくことにより、動作用電源電圧検知回路13に余分な電流が消費されることはない。
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2である電力増幅装置を有する通信端末装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、実施の形態1の動作用電源電圧検知回路13の代わりに動作用電源電圧検知回路15を新たに設け、ノードN2より得られる電池4からの電源電圧Vdd1を検知して得られる検知電源電圧値VMを制御部11に与えている。
したがって、HPA1、DC/DCコンバータ2、スイッチ3、電池4、送信部6、制御部11、RAM12、及び動作用電源電圧検知回路15によって電力増幅装置22を構成する。また、電力増幅装置22からHPA1、送信部6、動作用電源電圧検知回路15を除いた構成が電源電圧供給部として機能する。なお、他の構成は図1で示した実施の形態1と同様であるため説明は省略する。
図7は実施の形態2の通信端末装置の電力増幅装置22において制御部11の制御下で行う、HPA1に供給する電源電圧制御動作を示すフローチャートである。以下、同図を参照してその処理手順を説明する。
まず、ステップS11において、実施の形態1と同様、DC/DCコンバータ2に与えるべき制御用電源電圧値TVcと所定の基準電圧THVCとを比較し、TVc>THVCであればHPA1は高電力出力を行っていると判断しステップS12に移行し、そうでなければ低電力出力を行っていると判断しステップS13に移行する。
ステップS13において、DC/DCコンバータ2を活性状態にし、スイッチ3をオフ状態にすることにより、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給を実行する。この際、電源電圧Vdd2が制御用電源電圧値TVcとなるようにDC/DCコンバータ2を制御する。ステップS13実行後は再びステップS11に戻る。以降、TVc>THVCになるまでステップS11,S13の処理が繰り返されることになる。
ステップS12において、動作用電源電圧検知回路15による電源電圧Vdd1の検知を開始し、検知電源電圧値VMを得る。
ステップ314において、検知電源電圧値VM(=Vdd1)と基準電圧TCM(TCL<TCM<TCH)とを比較し、VM<TCMであればHPA1への供給する電源電圧が低すぎると判断しステップ815に移行し、そうでなければHPA1への電源電圧供給は十分に行われていると判断しステップS16に移行する。
ステップS15においてDC/DCコンバータ2を非活性状態にし、スイッチ3をオン状態にすることにより、スイッチ3を介した電源電圧Vdd3の供給を行う。ステップS15の実行後はステップ311に戻る。
一方、ステップ316において、ステップ813と同様の処理を実行し、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給を実行する。ステップS16の実行後はステップS11に戻る。
このように、実施の形態2の電力増幅装置は、VM(=Vdd1)<TCMであれば、電源電圧Vdd3がHPA1の動作用電源電圧として適切であると判断しスイッチ3による電源電圧Vdd3の供給を実行し、VM(=Vdd1)≧TCMであれば、電源電圧Vdd2がHPA1の動作用電源電圧として適切であると判断しDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給を実行する。
したがって、HPA1の高電力出力期間(第2の期間)中においても、HPA1の動作に支障ない期間(VM≧VCMの期間)では常にDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給が維持されるため、HPA1を効率的に動作させることができる。
このように、実施の形態2の通信端末装置は電池4の電源電圧Vdd1を直接モニタすることにより常に一つの基準電圧TCMによってDC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給及びスイッチ3を介した電源電圧Vdd3の供給を選択的に制御することができる。
加えて、実施の形態2では、電池4の電源電圧Vdd1を直接検知しているため、図4で示した電池4の電源電圧Vdd1に基づくDC/DCコンバータ2及びスイッチ3の選択を精度良く行うことができる。
ただし、送信時以外は動作用電源電圧検知回路15に電流が流れるのを阻止すべく、動作用電源電圧検知回路15と電池4との間に送信時以外はオフ状態となるスイッチを設けることが望ましい。
なお、上述した実施の形態では、携帯通信端末装置を例に挙げたが、電力増幅装置21,22を必要とする無線LANシステム等に適用可能である。
また、上述した電力増幅装置21,22内の構成をIC化する場合、例えば、HPA1、DC/DCコンバータ2、スイッチ3及び動作用電源電圧検知回路13(動作用電源電圧検知回路15)を1チップでIC化することが考えられる。
図1はこの発明の実施の形態1である電力増幅装置を有する携帯電話等の通信端末装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、電力増幅器であるHPA(High Power Amplifier)1は送信部6より受ける高周波信号(送信信号)を増幅して得られる増幅高周波信号をアイソレータ7、高周波スイッチ8及びアンテナ10を介して送信する。なお、アイソレータ7はアンテナ10から反射される電力を減らし、HPA1を安定して動作させるために設けられ、高周波スイッチ8は送信時に送信部6〜アンテナ10に至る信号経路を決定し、受信時にアンテナ10〜受信部9に至る信号経路を決定するために設けられている。また、高周波スイッチ8は、送信部6から受信部9の経路で回り込む信号を遮断するデュプレクサの機能も備えている。
送信部6は乗算器6a及び可変利得増幅器6bより構成され、乗算器6aによりベースバンド信号に対し周波数変換処理を実行することにより高周波信号に周波数変換する。そして、可変利得増幅器6bにより高周波信号を増幅して送信信号を発生する。なお、可変利得増幅器6bは例えばマイクロコンピュータを用いて構成される制御部11の指示する利得制御用電圧値に基づきその利得が変化する。
一方、受信部9は受信時にアンテナ10及び高周波スイッチ8を介して高周波信号を受信し、周波数変換処理を実行することにより高周波信号をベースバンド信号に周波数変換する。そして、周波数変換されたベースバンド信号が受信信号として制御部11に取り込まれる。受信信号には送信電力及び送信周波数を規定する命令も含まれる。
HPA1には動作用電源電圧として、電源電圧変換部であるDC/DCコンバータ2を介して得られる電源電圧Vdd2(第2の電源電圧)あるいはスイッチ3(スイッチ部)を介して得られる電源電圧Vdd3(第3の電源電圧)が供給される。DC/DCコンバータ2は制御部11により活性/非活性が制御され、活性状態時に電源電圧供給源である電池4より出力される電源電圧Vdd1(第1の電源電圧)を電源電圧Vdd2に電圧降下させてHPA1の動作用電源電圧として供給する。なお、DC/DCコンバータ2は、制御部11の指示する制御用電源電圧値TVcに電源電圧Vdd2が一致するように動作する。
一方、スイッチ3はFET等で構成され、制御部11の制御下でオン状態時に電池4の電源電圧Vdd1を電源電圧Vdd3としてHPA1に供給する。電源電圧Vdd3はほぼ電源電圧Vdd1に等しいが、例えば、スイッチ3がFETで構成される場合、電源電圧Vdd3は電源電圧Vdd1に比べFETの閾値電圧分は低下する。
モニタ回路5はHPA1の出力電力を測定して得られるモニタ電力値を制御部11に出力する。モニタ電力値は確認用であり、制御部11の制御下で行うHPA1の動作用電源電圧の制御動作には何ら関与しない。モニタ回路5は、例えば、HPA1の出力の電流経路の一部から出力電力の一部分を取り出して、その電力を電圧に変換する等の回路により実現する。
温度センサー14は携帯端末装置の所定箇所に設置され、携帯端末装置の装置温度を測定して測定温度を制御部11に出力する。
動作用電源電圧検知回路13は、HPA1の動作用電源電圧の入力ノード(DC/DCコンバータ2及びスイッチ3の出力ノード)となるノードN1より得られる電圧を動作用電源電圧として検知し、検知結果である検知電源電圧値VMを制御部11に出力する。
RAM12は、調整時想定送信電力に可変利得増幅器6bの制御利得用電圧値とHPA1の制御用電源電圧値とをテーブル形式で関連づけた制御用電源電圧・電力テーブルT12を格納している。なお、調整時想定送信電力とは通信端末装置の製造ライン上での製造時に調整された送信電力を意味する。
制御部11はHPA1、DC/DCコンバータ2、スイッチ3、電池4、送信部6、RAM12、動作用電源電圧検知回路13と共に電力増幅装置21を構成し、後述するHPA1の動作用電源電圧の制御、送信部6の制御等、様々な制御を行う。また、電力増幅装置21からHPA1、送信部6及び動作用電源電圧検知回路13を除いた構成が電源電圧供給部として機能する。
制御部11は後に詳述する想定送信電力を想定する電力想定機能を有し、この想定送信電力に基づき電力増幅器が低電力出力動作を行う第1の期間であるか高電力出力動作を行う第2の期間であるかを判断する。
そして、制御部11は、上記第1の期間は、DC/DCコンバータ2を活性状態にして電源電圧Vdd2を動作用電源電圧を供給し、上記第2の期間は、検知電源電圧値VMに基づき、DC/DCコンバータ2の活性/非活性及びスイッチ3のオン/オフを制御し、電源電圧Vdd2及び電源電圧Vdd3のうち一方を動作用電源電圧として供給する。
なお、動作用電源電圧検知回路13としては例えば抵抗分圧(抵抗分割)による回路を用いている。仮に電源電圧Vdd4=4V、抵抗分圧を行っている抵抗値=20kΩと想定すると、動作用電源電圧検知回路13で消費する電流=4/(20,000*2)=0.1mAとなる。一方、電力増幅装置21により削減できる電流は数十mAオーダーの為,動作用電源電圧検知回路13で消費する電流が電力増幅装置21に悪影響を与えることはない。
図2は制御用電源電圧・電力テーブルの例を示す説明図である。同図に示すように、調整時想定送信電力に対応して、可変利得増幅器6bの利得制御用の利得制御用電圧値Vrf(i)(i=0,…,8,…)及び制御用電源電圧値TVc(i)が設定される。なお、利得制御用電圧値VrfはVrf(i)>Vrf(i+j)(j≧1)の大小関係を有しており、制御用電源電圧値TVcはTVc(i)>TVc(i+j)の大小関係を有しており、調整時想定送信電力が例えば22dBm以上の時に制御用電源電圧値TVcは最大の制御用電源電圧値TVc(0)に設定される。制御用電源電圧・電力テーブルT12を参照して、例えば、想定送信電力を20dBmとする場合、調整時においては可変利得増幅器6bの利得制御用電圧値Vrf(5)にし、制御用電源電圧値TVc(2)に設定すれば実現できることになる。
図3は、実施の形態1の通信端末装置の電力増幅装置21において制御部11の制御下で行う、HPA1に供給する動作用電源電圧の供給動作を示すフローチャートである。以下、同図を参照してその処理手順を説明する。なお、図3では示さないが送信動作開始直後の初期設定としてDC/DCコンバータ2よる電源電圧Vdd2の供給が設定される。また、初期設定としてスイッチ3による電源電圧Vdd3の供給を設定してもよい。
まず、ステップS1において、時々刻々変化し得るDC/DCコンバータ2に与えるべき制御用電源電圧値TVcと、所定の基準電圧THVCとを比較し、TVc>THVCであればHPA1は高(電力)出力を行っている期間(第2の期間)と判断しステップS2に移行し、そうでなければHPA1は低(電力)出力を行っている期間(第1の期間)と判断し、ステップS3に移行する。
なお、制御部11は制御用電源電圧値TVcを以下のように決定する。制御部11は、受信信号に含まれる命令に規定された送信電力に基づき、HPA1から出力すべき想定出力電力値に相当する想定送信電力を想定する電力想定機能を有している。したがって、想定送信電力値は送信電力を規定する命令が変更される毎に時々刻々変化する。
制御部11は、RAM12に格納された制御用電源電圧・電力テーブルT12を参照することにより、上述した想定送信電力に一致する調整時想定送信電力に対応する制御用電源電圧値TVc(i)をステップS1の制御用電源電圧値TVcとして決定する。例えば、想定出力電力値が20dBmであれば、ステップS1で用いる制御用電源電圧値TVcとしてTVc(2)を決定する。
このように、制御用電源電圧・電力テーブルT12を参照して、想定送信電力に対応する制御用電源電圧値TVcに基づくことにより、HPA1の出力状態が高電圧出力状態であるか低電圧出力状態であるかを正確に認識することができる。
上述のように、制御部11はHPA1の出力電力値(送信電力)を想定するに際して、HPA1の出力電力のモニタ回路5によるモニタ結果を利用していないため、確認用にすぎないモニタ回路5に高精度化(高ダイナミックレンジ化)の必要性はない。
ステップS1でTVc<THVC時(第1の期間)に実行されるステップS3において、HPA1は低電力出力を行っていると判断し、DC/DCコンバータ2を活性状態にし、スイッチ3をオフ状態にすることにより、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2を動作用電源電圧として供給する。この際、電源電圧Vdd2が制御用電源電圧値TVcとなるようにDC/DCコンバータ2を制御する。ステップS3の実行後は再びステップS1に戻る。以降、TVc>THVCになるまでステップS1,S3の処理が繰り返されることになる。
ステップS1でTVc>THVC時(第2の期間)に実行されるステップS2において、動作用電源電圧検知回路13によるノードN1の動作用電源電圧の検知動作を開始し、検知電源電圧値VMを得る。したがって、検知電源電圧値VMとして、DC/DCコンバータ2の活性状態時には電源電圧Vdd2の測定結果が得られ、スイッチ3のオン状態時には電源電圧Vdd3の測定結果が得られる。
続いて、ステップS4において、現在の電源電圧の供給がDC/DCコンバータ2によるか否かがチェックされる。DC/DCコンバータ2による場合はステップS5に移行し、そうでない場合(すなわち、スイッチ3による場合)はステップS8に移行する。
ステップS4で現在の電源電圧の供給がDC/DCコンバータ2によると判定された場合に実行されるステップS5において、検知電源電圧値VMと基準電圧TCL(第1の閾値)とを比較し、VM<TCLであればHPA1の動作用電源電圧として電源電圧Vdd2では低すぎると判断しステップS6に移行し、そうでなければ動作用電源電圧は電源電圧Vdd2で不足なく行われていると判断しステップS7に移行する。このように、基準電圧TCLはDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2に対する基準電圧として機能する。基準電圧TCLとしては例えばHPA1が電源電圧として必要とする最低電圧が考えられる。
ステップS6において、DC/DCコンバータ2を非活性状態にし、スイッチ3をオン状態にすることにより、スイッチ3を介した電源電圧Vdd3の供給に切り換える。ステップS6の実行後はステップS1に戻る。
一方、ステップS7において、ステップS3と同様の処理を実行し、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給を維持する。ステップS7の実行後はステップS1に戻る。
このように、DC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2を供給中は、VM(=Vdd2)≧VCLであれば、電源電圧Vdd2がHPA1の動作用電源電圧として十分であると判断しDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給を維持し、VM(=Vdd2)<VCLであれば、電源電圧Vdd2がHPA1(7)動作用電源電圧として不十分であると判断しスイッチ3による電源電圧Vdd3の供給に切り換える。
したがって、HPA1の高電力出力期間(第2の期間)中においても、HPA1の動作に支障ない範囲では常にDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給が維持されるため、HPA1を効率的に動作させることができる。
一方、ステップS4で現在の電源電圧の供給がスイッチ3による電源電圧の供給であると判定された場合に実行されるステップS8において、検知電源電圧値VM(=Vdd3)と第2の閾値である基準電圧TCH(>TCL)とを比較し、VM>TCHであれば動作用電源電圧として電源電圧Vdd3は過剰であり無駄が多いと判断しステップS9に移行し、そうでなければ動作用電源電圧として電源電圧Vdd3が適度であると判断しステップS10に移行する。このように、基準電圧TCHはスイッチ3による電源電圧Vdd3に対する基準電圧として機能する。基準電圧TCHとしては例えば電池4の初期電圧(電池4が充電電池の場合充電時の電圧)−α(スイッチ3を介することによる電圧降下等の若干のマージン)等が考えられる。
なお、過剰な動作用電源電圧がHPA1に供給された場合、過剰分の電圧はHPA1の発熱要因となる。小型化、高密度化が進む携帯電話等の携帯通信端末装置においては発熱による温度上昇は無視できない問題であり、この観点からもHPA1を効率的に動作させることは重要である。特に、本携帯通信端末装置の電池4の充電中に通話(送信)を行う際には、HPA1の発熱を緩和することができ、例えば、100mW程度の発熱量を減らすことができる。
ステップS9において、ステップS3及びS7と同様の処理を実行し、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給に切り換える。ステップS9の実行後はステップS1に戻る。
ステップS10において、ステップS6と同様の処理を行い、スイッチ3を介した電源電圧Vdd3の供給を維持する。ステップS10の実行後はステップS1に戻る。
このように、スイッチ3による電源電圧Vdd3を供給中は、VM(=Vdd3)≦VCHであれば、電源電圧Vdd3がHPA1の動作用電源電圧として適度であると判断しスイッチ3による電源電圧Vdd3の供給を維持し、VM(=Vdd3)>VCHであれば、電源電圧Vdd3がHPA1の動作用電源電圧として過剰であると判断しDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給に切り換える。
したがって、HPA1の高電力出力期間(第2の期間)中において、スイッチ3による電源電圧Vdd3の供給中でも電源電圧Vdd3が十分高く、電源電圧Vdd2をHPA1の動作用電源電圧としても用いてもHPA1の動作に支障がないと判断すれば、速やかにDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給に切り換えられるため、HPA1を効率的に動作させることができる。
上述したように、制御部11は制御用電源電圧値TVc及び検知電源電圧値VMに基づき以下のようにHPA1の動作用電源電圧を制御することにより、HPA1の動作に支障無く、HPA1を効率的に動作させることができる。
(1)TVc≦THVCを満足する時
DC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給(HPA1は低電力出力期間中であるため電源電圧Vdd2で十分な動作用電源電圧となるとの判断)
(2)TVc>THVCを満足する時
(2−1) VM>TCH … DC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給
(電源電圧Vdd3から電源電圧Vdd2に切り替えても、十分な動作用電源電圧となるとの判断)
(2−2) VM<TCL … スイッチ3による電源電圧Vdd3の供給
(電源電圧Vdd2では動作用電源電圧として不十分であると判断)
(2−3) TCL≦VM≦TCH … 現状の電源電圧の供給を維持する。
(現在の電源電圧の供給を維持させるのが最善と判断)
このように、動作用電源電圧自体を検知し、2つの状況(動作用電源電圧が電源電圧Vdd2あるいは電源電圧Vdd3の場合)それぞれにおいて異なる閾値(TCL、TCH)と検知電源電圧値とを比較することにより、上記2つの状況のうちいずれの状況下においても適切な動作用電源電圧をHPA1に供給することができる。
図4は高電力出力時における電池4の電源電圧Vdd4におけるDC/DCコンバータ2及びスイッチ3の使い分け状況を示す説明図である。同図において、電池4が例えばリチウムイオン電池等の充電電池の場合に、電源電圧Vdd4は当初は4.3Vであり使用による経時変化により3.1V程度にまで低下するケースを想定しいる。また、DC/DCコンバータ2は、少なくとも3.5Vの動作用電源電圧の供給があれば動作に支障が生じない場合を想定している。
図4に示すように、電源電圧Vdd4が3.7V以上ではDC/DCコンバータ2から電源電圧Vdd2をHPA1の動作用電源電圧として供給した方が、HPA1を効率的に正常動作させることができ、上述した発熱による問題も回避できる。
一方、電源電圧Vdd4が3.7V未満ではスイッチ3からの電源電圧Vdd3をHPA1の動作用電源電圧として供給することにより、HPA1を確実に正常動作作させることができる。
このように、高電力出力時において、検知電源電圧値VMに基づきDC/DCコンバータ2及びスイッチ3のうち一方を選択することにより、電池4の電源電圧Vdd4の経時変化に応じて適切な動作用電源電圧をHPA1に供給することができる。
図5は温度,周波数変化時における制御用電源電圧・電力テーブルT12の認識変化を示す説明図である。
制御用電源電圧・電力テーブルT12で示す関係は、基準装置温度及び基準送信周波数の時における、調整時想定送信電力に対応して利得制御用電圧値Vrfを関連づけた関係である。つまり、制御用電源電圧・電力テーブルT12は可変利得増幅器6bの利得制御用テーブルの機能も備えている。
したがって、装置温度(通信端末温度)及び送信周波数のうち少なくとも一方が基準(基準装置温度あるいは基準送信周波数)から変化すると上記関係も変化する。具体的には、装置温度と送信電力との関係及び送信周波数と送信電力の関係は共に負の相関がある。
一方、HPA1は固定された所定の増幅率で電力増幅動作を行い、送信電力はHPA1の所定の増幅率と可変利得増幅器6bの利得とに基づき決定する。したがって、送信電力と装置温度あるいは送信周波数との関係が変化した場合、想定時送信電力に対応する可変利得増幅器6bの制御用利得電圧値を変化させる必要がある。
図5の例では、装置温度あるいは送信周波数の減少に伴い、図2で示す制御用電源電圧・電力テーブルT12をそのまま参照して取得した制御用電力値Vrfにより可変利得増幅器6bの利得を制御すると、送信電力が3dB上昇してしまうという、3dBの変化が生じた場合を示している。
この場合、制御部11は、制御用電源電圧・電力テーブルT12から、利得制御用電圧値Vrfを3dB分下方修正した仮想制御用電源電圧・電力テーブルT12vに置き換えて認識する。
図5の例では、制御用電源電圧・電力テーブルT12の調整時想定送信電力20dBmに対応する利得制御用電圧値Vrf(5)が3dB下方修正され、仮想制御用電源電圧・電力テーブルT12vに示すように、利得制御用電圧値Vrf(8)(調整時では送信電力17dBmに対応する利得制御用電圧値)に変更される。なお、制御用電源電圧値TVc自体は変化せず、制御用電源電圧値TVc(2)を維持する。制御部11は上述した制御用電源電圧・電力テーブルT12から仮想制御用電源電圧・電力テーブルT12vへの認識変更を装置温度及び送信周波数に基づき自動的に行う。
このように、制御部11は、制御用電源電圧・電力テーブルT12を参照する際、装置温度と基準装置温度との温度差に基づく認識内容(仮想制御用電源電圧・電力テーブルT12vで示す対応で認識する)で利得制御用電圧値Vrfを認識したり、送信周波数と基準送信周波数との周波数差に基づく認識内容で利得制御用電圧値Vrfを認識する。
したがって、送信時に、携帯端末装置の装置温度、送信周波数が調整時の基準装置温度及び送信周波数から変化しても、常に安定した送信電力で送信することできる。
なお、制御部11は温度センサー14により得られる測定温度から上記装置温度を認識することができる。一方、送信周波数は以下のように認識される。制御部11は、基地局から発された命令をアンテナ10、高周波スイッチ8、及び受信部9の経路で受信信号として受け、命令で規定された送信周波数及び送信電力で送信するように送信部6を制御する。したがって、制御部11自体が常に送信周波数を常に認識することができる。
このように、制御部11は装置温度と基準装置温度との差あるいは送信周波数と基準送信周波数との差に基づき制御用電源電圧・電力テーブルT12の認識内容を変更することにより、常に適切な利得制御用電圧値Vrfに基づき送信部6の可変利得増幅器6bの利得を制御することができるため、常に安定した送信電力で送信することできる。
加えて、装置温度あるいは送信周波数の変化に対応して可変利得増幅器6bの利得制御用電圧値Vrfを変化させることにより、制御用電源電圧値TVcに影響が生じないようにしているため、装置温度あるいは送信周波数の変化が生じても、電力増幅装置21によるHPA1の電源電圧制御(制御用電源電圧値TVcを利用している)を精度良く行うことができる。
なお、実施の形態1では動作用電源電圧検知回路13によってHPA1の電源電圧入力端子であるノードN1における電圧を動作用電源電圧として測定しているため、送信時以外はDC/DCコンバータ2を非活性、スイッチ3をオフ状態にしておくことにより、動作用電源電圧検知回路13に余分な電流が消費されることはない。
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2である電力増幅装置を有する通信端末装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、実施の形態1の動作用電源電圧検知回路13の代わりに動作用電源電圧検知回路15を新たに設け、ノードN2より得られる電池4からの電源電圧Vdd1を検知して得られる検知電源電圧値VMを制御部11に与えている。
したがって、HPA1、DC/DCコンバータ2、スイッチ3、電池4、送信部6、制御部11、RAM12、及び動作用電源電圧検知回路15によって電力増幅装置22を構成する。また、電力増幅装置22からHPA1、送信部6、動作用電源電圧検知回路15を除いた構成が電源電圧供給部として機能する。なお、他の構成は図1で示した実施の形態1と同様であるため説明は省略する。
図7は実施の形態2の通信端末装置の電力増幅装置22において制御部11の制御下で行う、HPA1に供給する電源電圧制御動作を示すフローチャートである。以下、同図を参照してその処理手順を説明する。
まず、ステップS11において、実施の形態1と同様、DC/DCコンバータ2に与えるべき制御用電源電圧値TVcと所定の基準電圧THVCとを比較し、TVc>THVCであればHPA1は高電力出力を行っていると判断しステップS12に移行し、そうでなければ低電力出力を行っていると判断しステップS13に移行する。
ステップS13において、DC/DCコンバータ2を活性状態にし、スイッチ3をオフ状態にすることにより、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給を実行する。この際、電源電圧Vdd2が制御用電源電圧値TVcとなるようにDC/DCコンバータ2を制御する。ステップS13実行後は再びステップS11に戻る。以降、TVc>THVCになるまでステップS11,S13の処理が繰り返されることになる。
ステップS12において、動作用電源電圧検知回路15による電源電圧Vdd1の検知を開始し、検知電源電圧値VMを得る。
ステップ314において、検知電源電圧値VM(=Vdd1)と基準電圧TCM(TCL<TCM<TCH)とを比較し、VM<TCMであればHPA1への供給する電源電圧が低すぎると判断しステップ815に移行し、そうでなければHPA1への電源電圧供給は十分に行われていると判断しステップS16に移行する。
ステップS15においてDC/DCコンバータ2を非活性状態にし、スイッチ3をオン状態にすることにより、スイッチ3を介した電源電圧Vdd3の供給を行う。ステップS15の実行後はステップ311に戻る。
一方、ステップ316において、ステップ813と同様の処理を実行し、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給を実行する。ステップS16の実行後はステップS11に戻る。
このように、実施の形態2の電力増幅装置は、VM(=Vdd1)<TCMであれば、電源電圧Vdd3がHPA1の動作用電源電圧として適切であると判断しスイッチ3による電源電圧Vdd3の供給を実行し、VM(=Vdd1)≧TCMであれば、電源電圧Vdd2がHPA1の動作用電源電圧として適切であると判断しDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給を実行する。
したがって、HPA1の高電力出力期間(第2の期間)中においても、HPA1の動作に支障ない期間(VM≧VCMの期間)では常にDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給が維持されるため、HPA1を効率的に動作させることができる。
このように、実施の形態2の通信端末装置は電池4の電源電圧Vdd1を直接モニタすることにより常に一つの基準電圧TCMによってDC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給及びスイッチ3を介した電源電圧Vdd3の供給を選択的に制御することができる。
加えて、実施の形態2では、電池4の電源電圧Vdd1を直接検知しているため、図4で示した電池4の電源電圧Vdd1に基づくDC/DCコンバータ2及びスイッチ3の選択を精度良く行うことができる。
ただし、送信時以外は動作用電源電圧検知回路15に電流が流れるのを阻止すべく、動作用電源電圧検知回路15と電池4との間に送信時以外はオフ状態となるスイッチを設けることが望ましい。
なお、上述した実施の形態では、携帯通信端末装置を例に挙げたが、電力増幅装置21,22を必要とする無線LANシステム等に適用可能である。
また、上述した電力増幅装置21,22内の構成をIC化する場合、例えば、HPA1、DC/DCコンバータ2、スイッチ3及び動作用電源電圧検知回路13(動作用電源電圧検知回路15)を1チップでIC化することが考えられる。
本発明は電力用増幅器を有し、電力用増幅器に供給する動作用電源電圧を制御する電力増幅装置及びその制御方法並びに電力増幅装置を用いた通信端末装置に関する。
携帯用の通信端末装置の一つである携帯電話(携帯通信端末)において、マイクロフォンから入力された音声信号は、電力(音声)増幅器によって増幅され、搬送波に重畳されて基地局側へと送信される。従来、上述した電力増幅器の電源電圧端子には、携帯通信端末の電源であるリチウムイオン電池等の充電式電池から直接電力が供給されていた。
この際、電力増幅器の動作用電源電圧を送出電力に応じて制御することにより、電力増幅器の効率を高め、かつ、充電池の消耗を抑制することにより、効率よく充電池を使用することを可能とした電源電圧制御装置及び電源電圧制御装置を備えた携帯通信端末として特開2002−290247号公報(以下、「特許文献1」と略する)で開示された装置がある。
特許文献1に開示された電源電圧制御装置は、電力増幅器の出力電力と上記電力増幅器の動作用電源電圧値とが関連づけられている電源電圧テーブルと、上記電源電圧テーブルに基づいて、電力増幅器へ供給する電源電圧を制御する電圧制御手段とを具備することを特徴とし、電圧制御手段としてDC/DCコンバータを用いている。
しかしながら、特許文献1に開示された電源電圧制御装置において、DC/DCコンバータの抵抗値は比較的大きいことから、電力増幅器が所定レベルより高い電力を出力する高出力動作時において、DC/DCコンバータによる電圧降下量が大きくなり、電力増幅器の動作に十分な電源電圧を供給できないという問題点があった。
本発明は、上記のような問題点を解決し、電力増幅器の動作に支障を来すことなく、電力増幅器を効率的に使用可能な電源電圧制御装置を得ることを目的とする。
本発明に係る電力増幅装置は、第1の電源電圧を供給源とした動作用電源電圧を受けて動作する電力増幅器(1)と、前記動作用電源電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方の電源電圧を検知して検知電源電圧値を得る動作用電源電圧検知回路(13)と、前記電力増幅器が出力すべき出力電力値を想定出力電力値として想定する電力想定機能を有し、前記想定出力電力値及び前記検知電源電圧値に基づいて決定される前記動作用電源電圧を前記電力増幅器に供給する動作用電源電圧供給部(2,3,4,11,12)とを備えている。
本発明に係る通信端末装置は、送信信号を発生する送信部(6)と、電池から出力される第1の電源電圧を供給源とした動作用電源電圧を受けて動作し、前記送信信号の送信電力を増幅する電力増幅器(1)と、前記動作用電源電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方の電源電圧を検知して検知電源電圧値を得る動作用電源電圧検知回路(13)と、前記送信部を制御するとともに、前記電力増幅器が出力すべき出力電力値を想定出力電力値として想定する電力想定機能を有し、前記想定出力電力値及び前記検知電源電圧値に基づいた前記動作用電源電圧を前記電力増幅器に供給する動作用電源電圧供給部(2,3,4,11,12)とを備えている。
本発明に係る電力増幅装置の制御方法は、電池より出力される第1の電源電圧を供給源とした動作用電源電圧を受けて動作する電力増幅器(1)を有する電力増幅装置の制御方法であって、(a) 前記動作用電源電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方の電源電圧を検知して検知電源電圧値を得るステップと、(b) 電力増幅器の出力すべき出力電力値を想定出力電力値として想定し、前記想定出力電力値に基づき前記電力増幅器が高電力出力動作を行うか低電力出力動作を行うかを判断するステップと、(c) 前記ステップ(b) で前記電力増幅器が前記低電力出力動作を行うと判断した場合、前記第1の電源電圧を降圧した電圧を前記動作用電源電圧として供給するステップと、(d) 前記ステップ(b) で前記電力増幅器が前記高電力出力動作を行うと判断した場合、前記検知電源電圧値に基づき、前記第1の電源電圧を降圧した電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方を前記動作用電源電圧として供給するステップとを備えている。
本発明に係る電力増幅装置は、想定出力電力値に加え、電力増幅器の動作用電源電圧あるいは第1の電源電圧を検知して得られる検知電源電圧値に基づいて、電力増幅器に供給する動作用電源電圧を制御するため、電力増幅器の動作に支障を来すことなく、電力増幅器を効率的に使用することができる。
本発明に係る通信端末装置における動作用電源電圧供給部は、想定出力電力値に加え、電力増幅器の動作用電源電圧あるいは電池から出力される第1の電源電圧を検知して得られる検知電源電圧値に基づいて決定される動作用電源電圧を電力増幅器に供給するため、電力増幅器の動作に支障を来すことなく、電力増幅器を効率的に使用することができる。
本発明に係る電力増幅装置の制御方法は、ステップ(b) ,(c) による想定出力電力値に基づく制御に加え、ステップ(b) ,(d) によって電力増幅器の動作用電源電圧あるいは電池から出力される第1の電源電圧を検知して得られる検知電源電圧値に基づいて決定される動作用電源電圧を電力増幅器に供給するため、電力増幅器の動作に支障を来すことなく、電力増幅器を効率的に使用することができる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1である電力増幅装置を有する携帯電話等の通信端末装置の構成を示すブロック図である。
図1はこの発明の実施の形態1である電力増幅装置を有する携帯電話等の通信端末装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、電力増幅器であるHPA(High Power Amplifier)1は送信部6より受ける高周波信号(送信信号)を増幅して得られる増幅高周波信号をアイソレータ7、高周波スイッチ8及びアンテナ10を介して送信する。なお、アイソレータ7はアンテナ10から反射される電力を減らし、HPA1を安定して動作させるために設けられ、高周波スイッチ8は送信時に送信部6〜アンテナ10に至る信号経路を決定し、受信時にアンテナ10〜受信部9に至る信号経路を決定するために設けられている。また、高周波スイッチ8は、送信部6から受信部9の経路で回り込む信号を遮断するデュプレクサの機能も備えている。
送信部6は乗算器6a及び可変利得増幅器6bより構成され、乗算器6aによりベースバンド信号に対し周波数変換処理を実行することにより高周波信号に周波数変換する。そして、可変利得増幅器6bにより高周波信号を増幅して送信信号を発生する。なお、可変利得増幅器6bは例えばマイクロコンピュータを用いて構成される制御部11の指示する利得制御用電圧値に基づきその利得が変化する。
一方、受信部9は受信時にアンテナ10及び高周波スイッチ8を介して高周波信号を受信し、周波数変換処理を実行することにより高周波信号をベースバンド信号に周波数変換する。そして、周波数変換されたベースバンド信号が受信信号として制御部11に取り込まれる。受信信号には送信電力及び送信周波数を規定する命令も含まれる。
HPA1には動作用電源電圧として、電源電圧変換部であるDC/DCコンバータ2を介して得られる電源電圧Vdd2(第2の電源電圧)あるいはスイッチ3(スイッチ部)を介して得られる電源電圧Vdd3(第3の電源電圧)が供給される。DC/DCコンバータ2は制御部11により活性/非活性が制御され、活性状態時に電源電圧供給源である電池4より出力される電源電圧Vdd1(第1の電源電圧)を電源電圧Vdd2に電圧降下させてHPA1の動作用電源電圧として供給する。なお、DC/DCコンバータ2は、制御部11の指示する制御用電源電圧値TVcに電源電圧Vdd2が一致するように動作する。
一方、スイッチ3はFET等で構成され、制御部11の制御下でオン状態時に電池4の電源電圧Vdd1を電源電圧Vdd3としてHPA1に供給する。電源電圧Vdd3はほぼ電源電圧Vdd1に等しいが、例えば、スイッチ3がFETで構成される場合、電源電圧Vdd3は電源電圧Vdd1に比べFETの閾値電圧分は低下する。
モニタ回路5はHPA1の出力電力を測定して得られるモニタ電力値を制御部11に出力する。モニタ電力値は確認用であり、制御部11の制御下で行うHPA1の動作用電源電圧の制御動作には何ら関与しない。モニタ回路5は、例えば、HPA1の出力の電流経路の一部から出力電力の一部分を取り出して、その電力を電圧に変換する等の回路により実現する。
温度センサー14は携帯端末装置の所定箇所に設置され、携帯端末装置の装置温度を測定して測定温度を制御部11に出力する。
動作用電源電圧検知回路13は、HPA1の動作用電源電圧の入力ノード(DC/DCコンバータ2及びスイッチ3の出力ノード)となるノードN1より得られる電圧を動作用電源電圧として検知し、検知結果である検知電源電圧値VMを制御部11に出力する。
RAM12は、調整時想定送信電力に可変利得増幅器6bの制御利得用電圧値とHPA1の制御用電源電圧値とをテーブル形式で関連づけた制御用電源電圧・電力テーブルT12を格納している。なお、調整時想定送信電力とは通信端末装置の製造ライン上での製造時に調整された送信電力を意味する。
制御部11はHPA1、DC/DCコンバータ2、スイッチ3、電池4、送信部6、RAM12、動作用電源電圧検知回路13と共に電力増幅装置21を構成し、後述するHPA1の動作用電源電圧の制御、送信部6の制御等、様々な制御を行う。また、電力増幅装置21からHPA1、送信部6及び動作用電源電圧検知回路13を除いた構成が電源電圧供給部として機能する。
制御部11は後に詳述する想定送信電力を想定する電力想定機能を有し、この想定送信電力に基づき電力増幅器が低電力出力動作を行う第1の期間であるか高電力出力動作を行う第2の期間であるかを判断する。
そして、制御部11は、上記第1の期間は、DC/DCコンバータ2を活性状態にして電源電圧Vdd2を動作用電源電圧を供給し、上記第2の期間は、検知電源電圧値VMに基づき、DC/DCコンバータ2の活性/非活性及びスイッチ3のオン/オフを制御し、電源電圧Vdd2及び電源電圧Vdd3のうち一方を動作用電源電圧として供給する。
なお、動作用電源電圧検知回路13としては例えば抵抗分圧(抵抗分割)による回路を用いている。仮に電源電圧Vdd2(Vdd3)=4V、抵抗分圧を行っている抵抗値=20kΩと想定すると、動作用電源電圧検知回路13で消費する電流=4/(20,000*2)=0.1mAとなる。一方、電力増幅装置21により削減できる電流は数十mAオーダーの為,動作用電源電圧検知回路13で消費する電流が電力増幅装置21に悪影響を与えることはない。
図2は制御用電源電圧・電力テーブルの例を示す説明図である。同図に示すように、調整時想定送信電力に対応して、可変利得増幅器6bの利得制御用の利得制御用電圧値Vrf(i)(i=0,…,8,…)及び制御用電源電圧値TVc(i)が設定される。なお、利得制御用電圧値VrfはVrf(i)>Vrf(i+j)(j≧1)の大小関係を有しており、制御用電源電圧値TVcはTVc(i)>TVc(i+j)の大小関係を有しており、調整時想定送信電力が例えば22dBm以上の時に制御用電源電圧値TVcは最大の制御用電源電圧値TVc(0)に設定される。制御用電源電圧・電力テーブルT12を参照して、例えば、想定送信電力を20dBmとする場合、調整時においては可変利得増幅器6bの利得制御用電圧値Vrf(5)にし、制御用電源電圧値TVc(2)に設定すれば実現できることになる。
図3は、実施の形態1の通信端末装置の電力増幅装置21において制御部11の制御下で行う、HPA1に供給する動作用電源電圧の供給動作を示すフローチャートである。以下、同図を参照してその処理手順を説明する。なお、図3では示さないが送信動作開始直後の初期設定としてDC/DCコンバータ2よる電源電圧Vdd2の供給が設定される。また、初期設定としてスイッチ3による電源電圧Vdd3の供給を設定してもよい。
まず、ステップS1において、時々刻々変化し得るDC/DCコンバータ2に与えるべき制御用電源電圧値TVcと、所定の基準電圧THVCとを比較し、TVc>THVCであればHPA1は高(電力)出力を行っている期間(第2の期間)と判断しステップS2に移行し、そうでなければHPA1は低(電力)出力を行っている期間(第1の期間)と判断し、ステップS3に移行する。
なお、制御部11は制御用電源電圧値TVcを以下のように決定する。制御部11は、受信信号に含まれる命令に規定された送信電力に基づき、HPA1から出力すべき想定出力電力値に相当する想定送信電力を想定する電力想定機能を有している。したがって、想定送信電力値は送信電力を規定する命令が変更される毎に時々刻々変化する。
制御部11は、RAM12に格納された制御用電源電圧・電力テーブルT12を参照することにより、上述した想定送信電力に一致する調整時想定送信電力に対応する制御用電源電圧値TVc(i)をステップS1の制御用電源電圧値TVcとして決定する。例えば、想定出力電力値が20dBmであれば、ステップS1で用いる制御用電源電圧値TVcとしてTVc(2)を決定する。
このように、制御用電源電圧・電力テーブルT12を参照して、想定送信電力に対応する制御用電源電圧値TVcに基づくことにより、HPA1の出力状態が高電圧出力状態であるか低電圧出力状態であるかを正確に認識することができる。
上述のように、制御部11はHPA1の出力電力値(送信電力)を想定するに際して、HPA1の出力電力のモニタ回路5によるモニタ結果を利用していないため、確認用にすぎないモニタ回路5に高精度化(高ダイナミックレンジ化)の必要性はない。
ステップS1でTVc<THVC時(第1の期間)に実行されるステップS3において、HPA1は低電力出力を行っていると判断し、DC/DCコンバータ2を活性状態にし、スイッチ3をオフ状態にすることにより、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2を動作用電源電圧として供給する。この際、電源電圧Vdd2が制御用電源電圧値TVcとなるようにDC/DCコンバータ2を制御する。ステップS3の実行後は再びステップS1に戻る。以降、TVc>THVCになるまでステップS1,S3の処理が繰り返されることになる。
ステップS1でTVc>THVC時(第2の期間)に実行されるステップS2において、動作用電源電圧検知回路13によるノードN1の動作用電源電圧の検知動作を開始し、検知電源電圧値VMを得る。したがって、検知電源電圧値VMとして、DC/DCコンバータ2の活性状態時には電源電圧Vdd2の測定結果が得られ、スイッチ3のオン状態時には電源電圧Vdd3の測定結果が得られる。
続いて、ステップS4において、現在の電源電圧の供給がDC/DCコンバータ2によるか否かがチェックされる。DC/DCコンバータ2による場合はステップS5に移行し、そうでない場合(すなわち、スイッチ3による場合)はステップS8に移行する。
ステップS4で現在の電源電圧の供給がDC/DCコンバータ2によると判定された場合に実行されるステップS5において、検知電源電圧値VMと基準電圧TCL(第1の閾値)とを比較し、VM<TCLであればHPA1の動作用電源電圧として電源電圧Vdd2では低すぎると判断しステップS6に移行し、そうでなければ動作用電源電圧は電源電圧Vdd2で不足なく行われていると判断しステップS7に移行する。このように、基準電圧TCLはDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2に対する基準電圧として機能する。基準電圧TCLとしては例えばHPA1が電源電圧として必要とする最低電圧が考えられる。
ステップS6において、DC/DCコンバータ2を非活性状態にし、スイッチ3をオン状態にすることにより、スイッチ3を介した電源電圧Vdd3の供給に切り換える。ステップS6の実行後はステップS1に戻る。
一方、ステップS7において、ステップS3と同様の処理を実行し、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給を維持する。ステップS7の実行後はステップS1に戻る。
このように、DC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2を供給中は、VM(=Vdd2)≧TCLであれば、電源電圧Vdd2がHPA1の動作用電源電圧として十分であると判断しDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給を維持し、VM(=Vdd2)<TCLであれば、電源電圧Vdd2がHPA1の動作用電源電圧として不十分であると判断しスイッチ3による電源電圧Vdd3の供給に切り換える。
したがって、HPA1の高電力出力期間(第2の期間)中においても、HPA1の動作に支障ない範囲では常にDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給が維持されるため、HPA1を効率的に動作させることができる。
一方、ステップS4で現在の電源電圧の供給がスイッチ3による電源電圧の供給であると判定された場合に実行されるステップS8において、検知電源電圧値VM(=Vdd3)と第2の閾値である基準電圧TCH(>TCL)とを比較し、VM>TCHであれば動作用電源電圧として電源電圧Vdd3は過剰であり無駄が多いと判断しステップS9に移行し、そうでなければ動作用電源電圧として電源電圧Vdd3が適度であると判断しステップS10に移行する。このように、基準電圧TCHはスイッチ3による電源電圧Vdd3に対する基準電圧として機能する。基準電圧TCHとしては例えば電池4の初期電圧(電池4が充電電池の場合充電時の電圧)−α(スイッチ3を介することによる電圧降下等の若干のマージン)等が考えられる。
なお、過剰な動作用電源電圧がHPA1に供給された場合、過剰分の電圧はHPA1の発熱要因となる。小型化、高密度化が進む携帯電話等の携帯通信端末装置においては発熱による温度上昇は無視できない問題であり、この観点からもHPA1を効率的に動作させることは重要である。特に、本携帯通信端末装置の電池4の充電中に通話(送信)を行う際には、HPA1の発熱を緩和することができ、例えば、100mW程度の発熱量を減らすことができる。
ステップS9において、ステップS3及びS7と同様の処理を実行し、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給に切り換える。ステップS9の実行後はステップS1に戻る。
ステップS10において、ステップS6と同様の処理を行い、スイッチ3を介した電源電圧Vdd3の供給を維持する。ステップS10の実行後はステップS1に戻る。
このように、スイッチ3による電源電圧Vdd3を供給中は、VM(=Vdd3)≦TCHであれば、電源電圧Vdd3がHPA1の動作用電源電圧として適度であると判断しスイッチ3による電源電圧Vdd3の供給を維持し、VM(=Vdd3)>TCHであれば、電源電圧Vdd3がHPA1の動作用電源電圧として過剰であると判断しDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給に切り換える。
したがって、HPA1の高電力出力期間(第2の期間)中において、スイッチ3による電源電圧Vdd3の供給中でも電源電圧Vdd3が十分高く、電源電圧Vdd2をHPA1の動作用電源電圧としても用いてもHPA1の動作に支障がないと判断すれば、速やかにDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給に切り換えられるため、HPA1を効率的に動作させることができる。
上述したように、制御部11は制御用電源電圧値TVc及び検知電源電圧値VMに基づき以下のようにHPA1の動作用電源電圧を制御することにより、HPA1の動作に支障無く、HPA1を効率的に動作させることができる。
(1) TVc≦THVCを満足する時
DC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給(HPA1は低電力出力期間中であるため電源電圧Vdd2で十分な動作用電源電圧となるとの判断)
(2) TVc>THVCを満足する時
(2-1) VM>TCH … DC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給
(電源電圧Vdd3から電源電圧Vdd2に切り替えても、十分な動作用電源電圧となるとの判断)
(2-2) VM<TCL … スイッチ3による電源電圧Vdd3の供給
(電源電圧Vdd2では動作用電源電圧として不十分であると判断)
(2-3) TCL≦VM≦TCH … 現状の電源電圧の供給を維持する。
DC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給(HPA1は低電力出力期間中であるため電源電圧Vdd2で十分な動作用電源電圧となるとの判断)
(2) TVc>THVCを満足する時
(2-1) VM>TCH … DC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給
(電源電圧Vdd3から電源電圧Vdd2に切り替えても、十分な動作用電源電圧となるとの判断)
(2-2) VM<TCL … スイッチ3による電源電圧Vdd3の供給
(電源電圧Vdd2では動作用電源電圧として不十分であると判断)
(2-3) TCL≦VM≦TCH … 現状の電源電圧の供給を維持する。
(現在の電源電圧の供給を維持させるのが最善と判断)
このように、動作用電源電圧自体を検知し、2つの状況(動作用電源電圧が電源電圧Vdd2あるいは電源電圧Vdd3の場合)それぞれにおいて異なる閾値(TCL、TCH)と検知電源電圧値とを比較することにより、上記2つの状況のうちいずれの状況下においても適切な動作用電源電圧をHPA1に供給することができる。
このように、動作用電源電圧自体を検知し、2つの状況(動作用電源電圧が電源電圧Vdd2あるいは電源電圧Vdd3の場合)それぞれにおいて異なる閾値(TCL、TCH)と検知電源電圧値とを比較することにより、上記2つの状況のうちいずれの状況下においても適切な動作用電源電圧をHPA1に供給することができる。
図4は高電力出力時における電池4の電源電圧Vdd1におけるDC/DCコンバータ2及びスイッチ3の使い分け状況を示す説明図である。同図において、電池4が例えばリチウムイオン電池等の充電電池の場合に、電源電圧Vdd1は当初は4.3Vであり使用による経時変化により3.1V程度にまで低下するケースを想定しいる。また、DC/DCコンバータ2は、少なくとも3.5Vの動作用電源電圧の供給があれば動作に支障が生じない場合を想定している。
図4に示すように、電源電圧Vdd1が3.7V以上ではDC/DCコンバータ2から電源電圧Vdd2をHPA1の動作用電源電圧として供給した方が、HPA1を効率的に正常動作させることができ、上述した発熱による問題も回避できる。
一方、電源電圧Vdd1が3.7V未満ではスイッチ3からの電源電圧Vdd3をHPA1の動作用電源電圧として供給することにより、HPA1を確実に正常動作作させることができる。
このように、高電力出力時において、検知電源電圧値VMに基づきDC/DCコンバータ2及びスイッチ3のうち一方を選択することにより、電池4の電源電圧Vdd1の経時変化に応じて適切な動作用電源電圧をHPA1に供給することができる。
図5は温度,周波数変化時における制御用電源電圧・電力テーブルT12の認識変化を示す説明図である。
制御用電源電圧・電力テーブルT12で示す関係は、基準装置温度及び基準送信周波数の時における、調整時想定送信電力に対応して利得制御用電圧値Vrfを関連づけた関係である。つまり、制御用電源電圧・電力テーブルT12は可変利得増幅器6bの利得制御用テーブルの機能も備えている。
したがって、装置温度(通信端末温度)及び送信周波数のうち少なくとも一方が基準(基準装置温度あるいは基準送信周波数)から変化すると上記関係も変化する。具体的には、装置温度と送信電力との関係及び送信周波数と送信電力の関係は共に負の相関がある。
一方、HPA1は固定された所定の増幅率で電力増幅動作を行い、送信電力はHPA1の所定の増幅率と可変利得増幅器6bの利得とに基づき決定する。したがって、送信電力と装置温度あるいは送信周波数との関係が変化した場合、想定時送信電力に対応する可変利得増幅器6bの制御用利得電圧値を変化させる必要がある。
図5の例では、装置温度あるいは送信周波数の減少に伴い、図2で示す制御用電源電圧・電力テーブルT12をそのまま参照して取得した制御用電力値Vrfにより可変利得増幅器6bの利得を制御すると、送信電力が3dB上昇してしまうという、3dBの変化が生じた場合を示している。
この場合、制御部11は、制御用電源電圧・電力テーブルT12から、利得制御用電圧値Vrfを3dB分下方修正した仮想制御用電源電圧・電力テーブルT12vに置き換えて認識する。
図5の例では、制御用電源電圧・電力テーブルT12の調整時想定送信電力20dBmに対応する利得制御用電圧値Vrf(5)が3dB下方修正され、仮想制御用電源電圧・電力テーブルT12vに示すように、利得制御用電圧値Vrf(8)(調整時では送信電力17dBmに対応する利得制御用電圧値)に変更される。なお、制御用電源電圧値TVc自体は変化せず、制御用電源電圧値TVc(2)を維持する。制御部11は上述した制御用電源電圧・電力テーブルT12から仮想制御用電源電圧・電力テーブルT12vへの認識変更を装置温度及び送信周波数に基づき自動的に行う。
このように、制御部11は、制御用電源電圧・電力テーブルT12を参照する際、装置温度と基準装置温度との温度差に基づく認識内容(仮想制御用電源電圧・電力テーブルT12vで示す対応で認識する)で利得制御用電圧値Vrfを認識したり、送信周波数と基準送信周波数との周波数差に基づく認識内容で利得制御用電圧値Vrfを認識する。
したがって、送信時に、携帯端末装置の装置温度、送信周波数が調整時の基準装置温度及び送信周波数から変化しても、常に安定した送信電力で送信することできる。
なお、制御部11は温度センサー14により得られる測定温度から上記装置温度を認識することができる。一方、送信周波数は以下のように認識される。制御部11は、基地局から発された命令をアンテナ10、高周波スイッチ8、及び受信部9の経路で受信信号として受け、命令で規定された送信周波数及び送信電力で送信するように送信部6を制御する。したがって、制御部11自体が常に送信周波数を常に認識することができる。
このように、制御部11は装置温度と基準装置温度との差あるいは送信周波数と基準送信周波数との差に基づき制御用電源電圧・電力テーブルT12の認識内容を変更することにより、常に適切な利得制御用電圧値Vrfに基づき送信部6の可変利得増幅器6bの利得を制御することができるため、常に安定した送信電力で送信することできる。
加えて、装置温度あるいは送信周波数の変化に対応して可変利得増幅器6bの利得制御用電圧値Vrfを変化させることにより、制御用電源電圧値TVcに影響が生じないようにしているため、装置温度あるいは送信周波数の変化が生じても、電力増幅装置21によるHPA1の電源電圧制御(制御用電源電圧値TVcを利用している)を精度良く行うことができる。
なお、実施の形態1では動作用電源電圧検知回路13によってHPA1の電源電圧入力端子であるノードN1における電圧を動作用電源電圧として測定しているため、送信時以外はDC/DCコンバータ2を非活性、スイッチ3をオフ状態にしておくことにより、動作用電源電圧検知回路13に余分な電流が消費されることはない。
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2である電力増幅装置を有する通信端末装置の構成を示すブロック図である。
図6はこの発明の実施の形態2である電力増幅装置を有する通信端末装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、実施の形態1の動作用電源電圧検知回路13の代わりに動作用電源電圧検知回路15を新たに設け、ノードN2より得られる電池4からの電源電圧Vdd1を検知して得られる検知電源電圧値VMを制御部11に与えている。
したがって、HPA1、DC/DCコンバータ2、スイッチ3、電池4、送信部6、制御部11、RAM12、及び動作用電源電圧検知回路15によって電力増幅装置22を構成する。また、電力増幅装置22からHPA1、送信部6、動作用電源電圧検知回路15を除いた構成が電源電圧供給部として機能する。なお、他の構成は図1で示した実施の形態1と同様であるため説明は省略する。
図7は実施の形態2の通信端末装置の電力増幅装置22において制御部11の制御下で行う、HPA1に供給する電源電圧制御動作を示すフローチャートである。以下、同図を参照してその処理手順を説明する。
まず、ステップS11において、実施の形態1と同様、DC/DCコンバータ2に与えるべき制御用電源電圧値TVcと所定の基準電圧THVCとを比較し、TVc>THVCであればHPA1は高電力出力を行っていると判断しステップS12に移行し、そうでなければ低電力出力を行っていると判断しステップS13に移行する。
ステップS13において、DC/DCコンバータ2を活性状態にし、スイッチ3をオフ状態にすることにより、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給を実行する。この際、電源電圧Vdd2が制御用電源電圧値TVcとなるようにDC/DCコンバータ2を制御する。ステップS13実行後は再びステップS11に戻る。以降、TVc>THVCになるまでステップS11,S13の処理が繰り返されることになる。
ステップS12において、動作用電源電圧検知回路15による電源電圧Vdd1の検知を開始し、検知電源電圧値VMを得る。
ステップS14において、検知電源電圧値VM(=Vdd1)と基準電圧TCM(TCL<TCM<TCH)とを比較し、VM<TCMであればHPA1への供給する電源電圧が低すぎると判断しステップS15に移行し、そうでなければHPA1への電源電圧供給は十分に行われていると判断しステップS16に移行する。
ステップS15においてDC/DCコンバータ2を非活性状態にし、スイッチ3をオン状態にすることにより、スイッチ3を介した電源電圧Vdd3の供給を行う。ステップS15の実行後はステップS11に戻る。
一方、ステップS16において、ステップS13と同様の処理を実行し、DC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給を実行する。ステップS16の実行後はステップS11に戻る。
このように、実施の形態2の電力増幅装置は、VM(=Vdd1)<TCMであれば、電源電圧Vdd3がHPA1の動作用電源電圧として適切であると判断しスイッチ3による電源電圧Vdd3の供給を実行し、VM(=Vdd1)≧TCMであれば、電源電圧Vdd2がHPA1の動作用電源電圧として適切であると判断しDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給を実行する。
したがって、HPA1の高電力出力期間(第2の期間)中においても、HPA1の動作に支障ない期間(VM≧VCMの期間)では常にDC/DCコンバータ2による電源電圧Vdd2の供給が維持されるため、HPA1を効率的に動作させることができる。
このように、実施の形態2の通信端末装置は電池4の電源電圧Vdd1を直接モニタすることにより常に一つの基準電圧TCMによってDC/DCコンバータ2を介した電源電圧Vdd2の供給及びスイッチ3を介した電源電圧Vdd3の供給を選択的に制御することができる。
加えて、実施の形態2では、電池4の電源電圧Vdd1を直接検知しているため、図4で示した電池4の電源電圧Vdd1に基づくDC/DCコンバータ2及びスイッチ3の選択を精度良く行うことができる。
ただし、送信時以外は動作用電源電圧検知回路15に電流が流れるのを阻止すべく、動作用電源電圧検知回路15と電池4との間に送信時以外はオフ状態となるスイッチを設けることが望ましい。
なお、上述した実施の形態では、携帯通信端末装置を例に挙げたが、電力増幅装置21,22を必要とする無線LANシステム等に適用可能である。
また、上述した電力増幅装置21,22内の構成をIC化する場合、例えば、HPA1、DC/DCコンバータ2、スイッチ3及び動作用電源電圧検知回路13(動作用電源電圧検知回路15)を1チップでIC化することが考えられる。
Claims (10)
- 第1の電源電圧を供給源とした動作用電源電圧を受けて動作する電力増幅器(1)と、
前記動作用電源電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方の電源電圧を検知して検知電源電圧値を得る動作用電源電圧検知回路(13)と、
前記電力増幅器が出力すべき出力電力値を想定出力電力値として想定する電力想定機能を有し、前記想定出力電力値及び前記検知電源電圧値に基づいて決定される前記動作用電源電圧を前記電力増幅器に供給する動作用電源電圧供給部(2,3,4,11,12)とを備える、
電力増幅装置。 - 前記動作用電源電圧供給部は、
前記第1の電源電圧(Vdd1)を出力する電池(4)と、
前記電池と前記電力増幅器との間に介挿され、前記第1の電源電圧を、前記第1の電源電圧より低い第2の電源電圧(Vdd2)に変換する電源電圧変換部(2)と、
前記電池と前記電力増幅器との間に前記電源電圧変換部と並列に介挿され、前記第1の電源電圧を第3の電源電圧(Vdd3)として供給するスイッチ部(3)とを備え、前記第3の電源電圧は前記第2の電源電圧より高く、
前記電源電圧変換部及び前記スイッチ部の動作制御機能を有し、前記想定出力電力値に基づき前記電力増幅器が低電力出力動作を行う第1の期間であるか高電力出力動作を行う第2の期間であるかを判断し、前記第1の期間は、前記電源電圧変換部より得られる前記第2の電源電圧を前記動作用電源電圧として供給し、前記第2の期間は、前記検知電源電圧値に基づき前記第2及び第3の電源電圧のうち一方を前記動作用電源電圧として供給する制御部(11)をさらに備える、請求の範囲1記載の電力増幅装置。 - 前記動作用電源電圧検知回路は前記動作用電源電圧を検知する回路を含み、
前記制御部は、前記2の期間において、
前記第2の電源電圧を前記動作用電源電圧として供給中に、前記検知電源電圧値が第1の閾値を下回るとき、前記第2の電源電圧に替えて前記第3の電源電圧を前記動作用電源電圧として供給し、
前記第3の電源電圧を前記動作用電源電圧として供給中に、前記検知電源電圧値が前記第1の閾値より高い第2の閾値を上回るとき、前記第3の電源電圧に替えて前記第2の電源電圧を前記動作用電源電圧として供給する、
請求の範囲2記載の電力増幅装置。 - 前記動作用電源電圧検知回路は前記第1の電源電圧を検知する回路を含み、
前記制御部は、前記2の期間において、
前記検知電源電圧値が所定の閾値より低いとき、前記第3の電源電圧を前記動作用電源電圧として供給し、それ以外のとき、前記第2の電源電圧を前記動作用電源電圧として供給する、
請求の範囲2記載の電力増幅装置。 - 前記動作用電源電圧供給部は、
前記電力増幅器の出力電力値と前記電力増幅器の制御用電源電圧値とを関連づけた制御用電源電圧・電力テーブル(T12)を格納した記憶部(12)をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部の制御用電源電圧・電力テーブルを参照して、前記想定出力電力値に対応する前記制御用電源電圧値を認識し、該制御用電源電圧値と所定の基準電圧との比較結果に基づき、前記第1及び第2の期間を判断する、請求の範囲2ないし請求の範囲4のうち、いずれかの請求の範囲に記載の電力増幅装置。 - 送信信号を発生する送信部(6)と、
電池から出力される第1の電源電圧を供給源とした動作用電源電圧を受けて動作し、前記送信信号の送信電力を増幅する電力増幅器(1)と、
前記動作用電源電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方の電源電圧を検知して検知電源電圧値を得る動作用電源電圧検知回路(13)と、
前記送信部を制御するとともに、前記電力増幅器が出力すべき出力電力値を想定出力電力値として想定する電力想定機能を有し、前記想定出力電力値及び前記検知電源電圧値に基づいた前記動作用電源電圧を前記電力増幅器に供給する動作用電源電圧供給部(2,3,4,11,12)とを備える、
通信端末装置。 - 前記送信部は可変利得増幅器(6b)を含み、前記電力増幅器の前記出力電力値は前記可変利得増幅器の利得と前記電力増幅器の有する電力増幅率とに基づき決定され、
前記動作用電源電圧供給部は、前記電力増幅器の出力電力値と前記可変利得増幅器の利得制御用電圧値とを関連づけた利得制御用テーブル(T12)を格納した記憶部(12)を備え、
前記動作用電源電圧供給部は、前記記憶部の利得制御用テーブルを参照して、前記想定出力電力値に対応する前記利得制御用電圧値を認識し、該利得制御用電圧値に基づき前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御処理を実行する、
請求の範囲6記載の通信端末装置。 - 前記通信端末装置の装置温度を検出する温度センサー(14)をさらに備え、
前記動作用電源電圧供給部は、前記記憶部の利得制御用テーブルを参照し、前記想定出力電力値に対応する前記利得制御用電圧値を、前記装置温度と所定の基準装置温度との差に基づき認識する、
請求の範囲7記載の通信端末装置。 - 外部より受信信号を受信する受信部(9)をさらに備え、
前記動作用電源電圧供給部は、前記受信信号中に含まれる送信周波数を規定した命令に基づき送信周波数を認識可能であり、前記記憶部の利得制御用テーブルを参照し、前記想定出力電力値に対応する前記利得制御用電圧値を、前記送信周波数と所定の基準送信周波数との差に基づき認識する、
請求の範囲7記載の通信端末装置。 - 電池より出力される第1の電源電圧を供給源とした動作用電源電圧を受けて動作する電力増幅器(1)を有する電力増幅装置の制御方法であって、
(a)前記動作用電源電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方の電源電圧を検知して検知電源電圧値を得るステップと、
(b)電力増幅器の出力すべき出力電力値を想定出力電力値として想定し、前記想定出力電力値に基づき前記電力増幅器が高電力出力動作を行うか低電力出力動作を行うかを判断するステップと、
(c)前記ステップ(b)で前記電力増幅器が前記低電力出力動作を行うと判断した場合、前記第1の電源電圧を降圧した電圧を前記動作用電源電圧として供給するステップと、
(d)前記ステップ(b)で前記電力増幅器が前記高電力出力動作を行うと判断した場合、前記検知電源電圧値に基づき、前記第1の電源電圧を降圧した電圧及び前記第1の電源電圧のうち一方を前記動作用電源電圧として供給するステップとを備える、
電力増幅装置の制御方法。
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