(57)【要約】【課題】広帯域な包絡線信号を高効率に増幅することができ、入力電圧に対する歪みを抑制した電圧を出力する電源回路を提供する。【解決手段】正入力端子と前記負入力端子に入力される電圧信号の差電圧を増幅する増幅器９と、増幅器９の出力端子に一端が接続され、他端が増幅器９の負入力端子及び電源回路１の出力端子に接続された抵抗１０と、抵抗１０によって生じる電圧を入力するヒステリシスコンパレータ６と、ヒステリシスコンパレータ６が生成した信号をインバータ７のトランジスタ３が入力し、また反転させた信号をインバータ７のトランジスタ４が入力し、インバータ７と電源回路１の出力端子を接続するインダクタ５によって構成された電源回路１において、増幅器９をボルテージフォロワとして機能させることで、抵抗１０による電圧降下の影響で生ずる歪みを抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正入力端子と負入力端子を備えた電源回路であって、
前記正入力端子と前記負入力端子に入力される電圧信号の差電圧を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力端子に一端が接続され、他端が前記増幅器の負入力端子及び該電源回路の出力端子に接続された抵抗と、
前記抵抗によって生じる電圧を入力するヒステリシスコンパレータと、
前記ヒステリシスコンパレータが生成した信号を入力するインバータと、
前記インバータと該電源回路の出力端子を接続するインダクタとを備えたことを特徴とする電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域の高周波信号で無線通信を行う基地局で使用する電力増幅器の電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
広帯域の高周波信号で無線通信を行う基地局に使用する電力増幅器やその電源回路は、信号を増幅する効率が低下すると熱放散によりエネルギーを浪費する。このため、広帯域幅信号を高い効率(以下高効率という)で増幅することが必要である。しかし、広帯域幅信号を高効率で増幅すると出力電圧に歪みが生じてしまう。このため、従来の電源回路では電源回路の増幅器をボルテージフォロワとして機能させることで、広帯域な包絡線信号を高効率で歪みが低減された信号に増幅していた。
【０００３】
図４に従来の実施例に係る電源回路のブロック図を示す。従来の実施の形態である電源回路１０１は、図４に示すように増幅器９と、抵抗１０と、ヒステリシスコンパレータ６と、トランジスタ３とトランジスタ４から構成されるインバータ７と、インバータ７とインダクタ５から構成されるスイッチングレギュレータ２と、から構成されている。また、図４において電源回路１０１に入力する包絡線信号を入力電圧(Vin)１１、電源回路１０１から出力する電圧を出力電圧(Vout)１２、増幅器９のボルテージフォロワとして機能する部分をボルテージフォロワ１３として示す。
【０００４】
増幅器９は正入力端子と負入力端子を備え、正入力端子と負入力端子から入力される電圧の差電圧を増幅する増幅器である。増幅器９の正入力端子には、電圧のＤＣ成分から高い周波数成分までを含む入力電圧(Vin)１１が入力される。増幅器９の負入力端子には、増幅器９の出力電圧が入力される。このように増幅器９は正入力端子から入力された電圧と負入力端子から入力された電圧の差電圧を十分な利得をもって増幅し、増幅器９から出力された電圧を負入力端子に戻す(以下、フィードバックという)効果により、ボルテージフォロワ１３として機能する。抵抗１０は、流れる電流を検知する。ヒステリシスコンパレータ６は、抵抗１０の両端の電圧を比較し、その比較結果に基づいて信号をインバータ７のトランジスタ３に出力し、また反転させた信号をインバータ７のトランジスタ４に出力する。インダクタ５は、ノイズ抑制、整流、平滑のために使用する。このようなインバータ７とインダクタ５から構成させるスイッチングレギュレータ２は、ヒステリシスコンパレータ６から信号を入力し、その信号を高効率に増幅し、出力電圧(Vout)１２として出力する。
【０００５】
このような構成の増幅器９において、スイッチングレギュレータ２の動作周波数(出力信号の周波数)は、増幅器９に入力される包絡線信号１１の周波数が高くなると、インダクタ５とその負荷によるフィルタ効果により包絡線信号１１の周波数と等しくなる。この動作周波数がある周波数を超えると電力変換効率が低下する。スイッチングレギュレータ２の動作周波数と電力変換効率との関係を図５に示す。図５に示すように、スイッチングレギュレータ２は、動作周波数がある周波数を越えると電力変換効率が劣化し始める特性を有している。このため従来の電源回路１０１に、スイッチングレギュレータ２の電力変換効率が劣化し始める周波数を越える周波数を持つ包絡線信号が入力されると、ボルテージフォロワ１３として機能する増幅器９がスイッチングレギュレータ２の電力変換効率の劣化分を補う形で動作することで、電源回路１０１は広帯域な包絡線信号を高効率に増幅していた。
【０００６】
尚、ＥＥＲ（Ｅｎｖｅｌｏｐｅ  Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ）方式の電力増幅器に関する技術としては、下記がある。
【特許文献１】特開２００４−２６０５０９
【非特許文献１】IEEE MTT-S International Microwave Symposium                  Digest,pp.645-648,Jun 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図４に示す従来の電源回路１０１において、抵抗１０は流れる電流を検知するために用いられており、理想的には抵抗値が０である。抵抗値が０であれば、電源回路１０１の出力電圧(Vout)１２は、入力電圧(Vin)１１と一致する。つまり、電源回路１０１は入力電圧(Vin)１１を低歪みで出力電圧(Vout)１２として出力することができる。しかし、実際には抵抗１０の抵抗値は０ではないため、抵抗１０における電圧降下の影響により出力電圧(Vout)１２は入力電圧(Vin)１１を線形増幅した結果と異なってしまい、歪みが生じていた。このように、電源回路を構成する抵抗による電圧降下の影響で生ずる歪みを抑制できないという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決できる電源回路、電力増幅器、及び基地局装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電源回路は、正入力端子と負入力端子を備えた電源回路であって、前記正入力端子と前記負入力端子に入力される電圧信号の差電圧を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力端子に一端が接続され、他端が前記増幅器の負入力端子及び該電源回路の出力端子に接続された抵抗と、前記抵抗によって生じる電圧を入力するヒステリシスコンパレータと、前記ヒステリシスコンパレータが生成した信号を入力するインバータと、前記インバータと該電源回路の出力端子を接続するインダクタとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電源回路は、広帯域な包絡線信号を高効率に増幅することができ、また入力電圧に対する歪みを抑制した電圧を出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
本発明の実施の形態である電源回路について説明する。図１に本発明の実施の形態に係る電源回路のブロック図を示す。本発明の実施の形態である電源回路１は、図１に示すように増幅器９と、抵抗１０と、ヒステリシスコンパレータ６と、トランジスタ３とトランジスタ４から構成されるインバータ７と、インバータ７とインダクタ５から構成されるスイッチングレギュレータ２と、から構成されている。また、増幅器９から出力される信号が抵抗１０を介して増幅器９の負入力端子に入力するフィードバックループを作成している。図１において電源回路１に入力する包絡線信号を入力電圧(Vin)１１、電源回路１から出力される出力電圧(Vout)１２、増幅器９のボルテージフォロワとして機能する部分をボルテージフォロワ１４として示す。
【００１３】
以上のような構成の本実施の形態の電源回路１と従来の電源回路１０１とを比較すると、増幅器９から出力される信号が抵抗１０を介して増幅器９の負入力端子に入力するフィードバックループを作成する構成のみが異なる。このような構成により、抵抗１０に電圧降下が発生したときでも、増幅器９の作用により、入力電圧(Vin)１１と出力電圧(Vout)１２が等しくなるように動作するボルテージフォロアを形成することが可能となり、従来に比べ歪みを低減することができる。また、増幅器９から出力される信号が抵抗１０を介して増幅器９の負入力端子に入力されることによって、増幅器９の負入力端子に電流が流れ込むと歪みの原因になる。このため、増幅器９の入力回路はＭＯＳトランジスタを用いて構成し、正入力(入力電圧(Vin)１１)と負入力(出力電圧(Vout)１２)をＭＯＳトランジスタのゲートに接続することで、増幅器９の負入力端子に電流が流れ込まないようにする。このように、増幅器９の入力回路をＭＯＳトランジスタで構成する方法について説明したが、具体的な増幅器９の回路構成はこれに限られるものではなく、正入力電圧と負入力電圧の差電圧を増幅し、かつ、必要十分な出力電流が駆動可能で、入力端子に電流が流れないことを満足すれば他の構成とすることも可能である。
【００１４】
このような本発明の実施形態によれば、図１に示すボルテージフォロア１４のフィードバックの入力元を従来の実施の形態の抵抗１０の手前でなく、抵抗１０を介した後の位置とすることで、抵抗１０による電圧降下の影響で生じる歪みを抑制することができる。
【００１５】
次に、上記電源回路１をＥＥＲ型増幅器に適用した実施の形態について説明する。図２に上記電源回路１を組み込んだＥＥＲ型増幅器のブロック図を示す。ＥＥＲ型増幅器１８は、包絡線検波手段１５と、リミッタ１６と、図１に示す実施の形態の電源回路１と、パワーアンプである増幅器１７と、から構成されている。
【００１６】
包絡線検波手段１５は、高周波変調信号を入力し、振幅情報（ＡＭ）を抽出し、電源回路１に出力する。リミッタ１６は、高周波変調信号を入力し、位相情報（ＰＭ）を抽出し、増幅器１７に出力する。電源回路１は、振幅情報を入力し、増幅器１７の電源端子に歪みが十分低い状態の出力信号を出力する。増幅器１７は、増幅器１７の電源端子から振幅情報を入力するので、リミッタ１６により一旦失われた振幅情報が増幅器１７において回復される。増幅器１７には、例えば、Ｅ級増幅器といった高効率な増幅器を適用する。なお、増幅器１７で生じるＡＭ−ＰＭ歪やＡＭ−ＡＭ歪等を補正するために、増幅器１７の出力信号と入力信号を比較するフィードバックを行ってもよい。更に、増幅器１７の前に増幅器１７の歪みと逆特性を持ったプリディストータを挿入して歪みをキャンセルするプリディストーションを行ってもよい。
【００１７】
このような実施の形態によれば、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）のような通信システムで使用される数１０MHzに及ぶ広帯域の信号が入力されても、高い変換効率、かつ、低歪みであるＥＥＲ増幅器を提供することができる。
【００１８】
次に、本発明の実施の形態である基地局装置に図２に示したＥＲＲ増幅器１８を適用した実施の形態について説明する。図３に上記ＥＲＲ増幅器１８を組み込んだ基地局装置のブロック図を示す。基地局装置２１は、ベースバンド部１９と、変復調装置２０と、図２に示す実施の形態のＥＥＲ型増幅器１８と、から構成されている。
【００１９】
ベースバンド部１９は、基地局装置２１に送信された送信情報を処理し、変復調装置２０に出力する。変復調装置２０は、ベースバンド部１９から送信情報を入力し、変調した送信情報をＥＥＲ型増幅器１８に出力する。ＥＥＲ型増幅器１８は、変復調装置２０から入力した送信情報を増幅し、アンテナ２３に送信する。
【００２０】
このような実施形態によれば、基地局装置２１を本発明のＥＥＲ増幅器１８で構成することで、ＷｉＭＡＸのような広帯域な無線方式でも高効率で低歪みとなる基地局装置を提供することができる。
【００２１】
以上の実施の形態によれば、本発明の電源回路１、ＥＥＲ型増幅器１８、及び基地局装置２１は、電源回路のボルテージフォロアのフィードバックを、抵抗を介した位置からフィードバックすることで、抵抗による電圧降下の影響で生ずる歪みを抑制することができる。この歪みを抑制することで、広帯域の高周波信号を効率よく増幅する電源回路、電力増幅器、及び基地局装置を提供できる。
【００２２】
以上をまとめると、本実施の形態は次のような特徴を有する。
（１） 本発明の電源回路は、正入力端子と負入力端子を備え、前記正入力端子と前記負入力端子に入力される電圧信号の差電圧を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力端子に一端が接続され、他端が前記増幅器の負入力端子及び該電源回路の出力端子に接続された抵抗と、前記抵抗によって生じる電圧を入力するヒステリシスコンパレータと、前記ヒステリシスコンパレータが生成した信号を入力するインバータと、前記インバータと該電源回路の出力端子を接続するインダクタとを備えたことを特徴としている。
（２）（１）の電源回路は、前記増幅器を構成する入力回路がＭＯＳトランジスタを用いて構成され、前記増幅器の前記正入力と前記負入力は前記ＭＯＳトランジスタのゲートに接続されることを特徴としている。
（３）本発明の電力増幅器は、入力信号の振幅情報を抽出する包絡線検出手段と、前記入力信号の位相情報を抽出するリミッタと、前記包絡線検出手段の出力信号を処理する（１）または（２）の電源回路と、前記リミッタのリミッタ出力信号を入力し、前記電源回路の変換出力信号を電源として前記入力信号の電力を増幅することを特徴としている。
（４）本発明の基地局装置は、送信情報を処理するベースバンド部と、前記ベースバンド部で処理した信号を変復調する変復調装置と、前記変復調装置で処理された信号の電力を増幅してアンテナに出力する（３）の電力増幅器で構成されることを特徴としている。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、電源回路、電力増幅器及び基地局装置に好適であるが、携帯端末や自動車に搭載される端末、デジタル家電機器内の端末、その他の広帯域でかつ高速の信号を取り扱う無線通信システムに広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係わる電源回路のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係わるＥＥＲ型増幅器のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係わる基地局装置のブロック図である。
【図４】従来の実施の形態に係わる電源回路のブロック図である。
【図５】従来の実施の形態に係わるスイッチングレギュレータの動作周波数と電力変換効率の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１・・・・・電源回路
２・・・・・スイッチングレギュレータ
３・・・・・トランジスタ
４・・・・・トランジスタ
５・・・・・インダクタ
６・・・・・ヒステリシスコンパレータ
７・・・・・インバータ
９・・・・・増幅器
１０・・・・・抵抗
１１・・・・・入力電圧(Vin)
１２・・・・・出力電圧(Vout)
１３・・・・・ボルテージフォロワ
１４・・・・・ボルテージフォロワ
１５・・・・・包絡線検波手段
１６・・・・・リミッタ
１７・・・・・増幅器
１８・・・・・ＥＥＲ型増幅器
１９・・・・・ベースバンド部
２０・・・・・変復調装置
２１・・・・・基地局装置
２３・・・・・アンテナ
１０１・・・・・電源回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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