(57)【要約】【課題】入力信号の周波数帯域が高速に切り替わり、かつ、大電力が必要なシステムであっても、高効率に増幅する変調電源回路を提供する。【解決手段】比較器１０４は、入力された連続的なエンベロープ信号と所定の閾値との大小を比較判定する。パルス挿入部１０５は、比較器１０４から出力された判定結果が直前の判定結果から変化した場合、変化したタイミングの判定結果に狭帯域のパルスを挿入する。スイッチ部１０２は、多出力ＤＣ電源部１０１の出力電圧毎にオン・オフを制御する切り替えスイッチが接続され、パルス挿入部１０５から出力される信号に応じて、切り替えスイッチのオン・オフを制御する。ＬＰＦ１０３は、多出力ＤＣ電源部１０１から出力された電圧Ｖｍｉｎ及びスイッチ部１０２から出力された電圧が入力部で合成され、合成された電圧の不要成分を排除する。【選択図】図３
2011166590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンベロープ入力信号と所定の閾値とを比較する比較手段と、
前記比較の結果が直前の比較結果と異なる場合、異なるタイミングにおける前記比較の結果にパルスを挿入するパルス挿入手段と、
複数の異なる電圧を出力する電源手段と、
前記複数の異なる電圧の不要成分を低減するフィルタ手段と、
前記パルスが挿入された前記比較の結果に基づいて、前記電源手段と前記フィルタ手段との電圧毎の接続のオン・オフを制御するスイッチ手段と、
を具備する変調電源回路。
【請求項２】
前記パルスのパルス幅、周波数、デューティー比の少なくとも１つを制御するパルス制御手段を具備する請求項１に記載の変調電源回路。
【請求項３】
前記パルス制御手段は、前記異なるタイミングにおいて挿入される前記パルスについて少なくとも１回制御する請求項２に記載の変調電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源変調方式を用いた電力増幅器の変調電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信分野において、ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)やＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)等の伝送方式が実用化されている。ＣＤＭＡやＯＦＤＭ方式の無線通信装置に用いられる送信増幅器（パワーアンプ）は、広帯域及び高ダイナミックレンジの信号を高効率で増幅し、かつ低歪みで線形性を維持して増幅し、不要電波の放射（送信帯域外への電波放出）を抑制しつつ増幅することが求められる。
【０００３】
高効率な変調電源回路としては、例えば、特許文献１に開示の技術が知られている。特許文献１に開示の技術は、図１に示すように、変調信号送信回路において、Ｓ級増幅器又はＤ級増幅器などをパルス幅変調（PWM: Pulse Width Modulation）信号で制御し、高速にスイッチングすることにより、高効率化を図っている。
【０００４】
ところが、特許文献１に開示の増幅器は、その性能改善が進まず、デバイス自体に起因してスイッチング速度が不足し、入力信号の周波数帯域が高速に切り替わり、かつ、大電力が必要なシステムに適用することが困難である。
【０００５】
また、一方で、特許文献２に開示の技術が知られている。特許文献２に開示の技術は、図２に示すように、複数の電源をスイッチにより切り替え、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）で出力の不要成分を削減するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２１４０８号公報
【特許文献２】特公平７−５８８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示の技術では、大電力に対応したローパスフィルタのカットオフを高速に切り替えられないため、入力信号の周波数帯域が高速に切り替わるシステムには適用できない。
【０００８】
本発明の目的は、入力信号の周波数帯域が高速に切り替わり、かつ、大電力が必要なシステムであっても、高効率に増幅する変調電源回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の変調電源回路は、エンベロープ入力信号と所定の閾値とを比較する比較手段と、前記比較の結果が直前の比較結果と異なる場合、異なるタイミングにおける前記比較の結果にパルスを挿入するパルス挿入手段と、複数の異なる電圧を出力する電源手段と、前記複数の異なる電圧の不要成分を低減するフィルタ手段と、前記パルスが挿入された前記比較の結果に基づいて、前記電源手段と前記フィルタ手段との電圧毎の接続のオン・オフを制御するスイッチ手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、入力信号の周波数帯域が高速に切り替わり、かつ、大電力が必要なシステムであっても、高効率に増幅することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】特許文献１に開示の変調信号送信回路の構成を示すブロック図
【図２】特許文献２に開示の変調電源回路の構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態１に係る変調電源回路の構成を示す図
【図４】図３に示したパルス挿入部の内部構成を示す図
【図５】図３に示したＬＰＦの入力（ａ点）での時間波形を示す図
【図６】高速信号時のＬＰＦ出力時間軸波形を示す図
【図７】低速信号時のＬＰＦ出力時間軸波形を示す図
【図８】低速信号時のＬＰＦ出力周波数軸波形を示す図
【図９】本発明の実施の形態２に係るパルス挿入部の構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態２に係るＬＰＦの入力（ａ点）での時間波形を示す図
【図１１】本発明の実施の形態２に係る変調電源回路での低速信号時のＬＰＦ出力時間軸波形を示す図
【図１２】本発明の実施の形態２に係る変調電源回路での低速信号時のＬＰＦ出力周波数軸波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には、同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１に係る変調電源回路１００の構成を示す図である。以下、図３を用いて変調電源回路１００の構成について説明する。多出力ＤＣ電源部１０１は、多出力トランスを用いて複数の電圧Ｖｍｉｎ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍａｘを生成し、生成した電圧ＶｍｉｎをＬＰＦ（ローパスフィルタ）に出力し、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍａｘをスイッチ部１０２に出力する。
【００１４】
スイッチ部１０２は、多出力ＤＣ電源部１０１の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍａｘ毎にオン・オフを制御する切り替えスイッチが接続され、後述するパルス挿入部１０５から出力される信号に応じて、切り替えスイッチのオン・オフを制御する。スイッチ部１０２は、オンに制御された切り替えスイッチが入力された電圧をＬＰＦ１０３に出力する。
【００１５】
ＬＰＦ１０３は、多出力ＤＣ電源部１０１から出力された電圧Ｖｍｉｎ及びスイッチ部１０２から出力された電圧が入力部（ａ点）で合成され、合成された電圧の不要成分を排除することにより、不要成分の少ない出力電圧を取得する。
【００１６】
比較器１０４は、入力された連続的なエンベロープ入力信号が所定の閾値よりも大きいか小さいかを比較判定し、判定結果を０又は１としてパルス挿入部１０５に出力する。例えば、エンベロープ入力信号が閾値よりも大きい場合、判定結果を１とし、エンベロープ入力信号が閾値よりも小さい場合、判定結果を０とする。
【００１７】
パルス挿入部１０５は、比較器１０４から出力された判定結果が直前の判定結果から変化した場合、すなわち、判定結果が直前の判定結果０から１、または、判定結果が直前の判定結果１から０に変化したタイミングの判定結果に狭帯域のパルスを挿入し、パルスを挿入した判定結果をスイッチ部１０２に出力する。また、判定結果に変化がなければ、比較器１０４から出力された判定結果をスイッチ部１０２に出力する。
【００１８】
図４は、図３に示したパルス挿入部１０５の内部構成を示す図である。図４において、変化検出部２０１は、比較器１０４から出力された比較結果が０から１、または、１から０の変化を検出する。例えば、変化があれば「１」を、変化が無ければ「０」を狭パルス発生部２０２に出力する。
【００１９】
狭パルス発生部２０２は、変化検出部２０１から出力された検出結果に応じて、狭パルス信号を生成し、生成した狭パルス信号を合成回路２０４に出力する。
【００２０】
遅延部２０３は、変化検出部２０１及び狭パルス発生部２０２における処理時間分、比較器１０４からの出力信号を遅延させ、合成回路２０４に出力する。遅延部２０３は、合成するための時間調整の役割を担っている。
【００２１】
合成回路２０４は、遅延部２０３から出力された信号と、狭パルス発生部２０２から出力された狭パルス信号とを合成し、合成信号をスイッチ部１０２に出力する。すなわち、合成信号がスイッチ部１０２の制御信号となる。
【００２２】
この制御信号により、ＬＰＦ１０３の入力（ａ点）での時間波形は図５に示すようになる。この信号がＬＰＦ１０３を通過することで、信号の立ち上がり、立ち下がりの部分が滑らかな波形となり、ＬＰＦ１０３の出力に現れる雑音などの不要成分が低減される。狭パルスの周波数ｆｐと各周波数の設定は、「出力として期待されるエンベロープ信号の最大周波数ｆｅｎｖ」<<「ＬＰＦのカットオフ周波数ｆｃ」<<「スイッチ部の切替周波数ｆｓｗ」≒「狭パルスの周波数ｆｐ」という関係である。
【００２３】
ここで、スイッチの切り替え頻度が多いほどスイッチングロスが発生するので、スイッチの切り替えは極力少ないことが望ましい。そのため、例えば、図３でＶｍａｘの電圧を出力する際にも、Ｖｍａｘと接続された最上段のスイッチ以外のスイッチをオフにしないようにしている。すなわち、Ｖｍａｘを出力するときは全てのスイッチがオンになっている。また、Ｖｍａｘを出力する以外の経路には直列にダイオードを挿入して、Ｖｍａｘを出力する以外の電源に逆電圧がかからないようにしている。
【００２４】
しかしながら、図３において、パルス挿入部１０５を設けないと、エンベロープの周波数帯域が変化した場合、エンベロープが最低周波数ｆｅｎｖ＿ｍｉｎのとき、少なくともエンベロープの最大周波数ｆｅｎｖ＿ｍａｘ以上の波形が再現され、不要成分が増加してしまう。そこで、不要成分を落とすため、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆｃを下げると、エンベロープの最大周波数ｆｅｎｖ＿ｍａｘのときに、エンベロープが壊れてしまう。例えば、ｆｅｎｖ＿ｍａｘ＝３０ＭＨｚ、ｆｃ＝４０ＭＨｚ、ｆｓｗ＝１００ＭＨｚであれば、出力に現れる不要成分は、３０ＭＨｚ〜４０ＭＨｚの区間分だけであるが、この設定のときに、ｆｅｎｖ＿ｍｉｎ＝１ＭＨｚを通そうとすると、出力には１ＭＨｚ〜４０ＭＨｚまでの区間の不要成分が残ってしまうことになる。パルス挿入部１０５を設けない変調電源回路で、ｆｅｎｖ＿ｍａｘのときに、出力信号が滑らかになるようにｆｃを設計した場合の、高速信号時のＬＰＦ出力時間軸波形（下段は拡大波形）を図６に、低速信号時のＬＰＦ出力時間軸波形を図７に、低速信号時のＬＰＦ出力周波数軸波形を図８に示す。図７は、図６と比較して、出力信号が階段状になっていることが分かる。これにより、図８のようにノイズフロアが上昇してしまうことになる。
【００２５】
このように実施の形態１によれば、入力されたエンベロープと閾値との比較結果が直前の比較結果から変化した場合、比較結果に狭パルスを挿入して、電源とＬＰＦとの間に装荷されたスイッチ部を制御する。これにより、入力されるエンベロープをモニターし、そのスピードが遅い場合には、スイッチ切替信号の立ち上がり、立ち下りに高速なパルス信号を付加することで、エンベロープの周波数帯域が変化するシステムにおいても、常に滑らかで不要成分の少ないエンベロープを再現することができる。したがって、入力信号の周波数帯域が高速に切り替わり、かつ、大電力が必要なシステムであっても、高効率に増幅することができる。
【００２６】
なお、狭パルス発生部２０２の出力電圧レベルを変えて、スイッチ部１０２への制御電圧を操作してもよい。エンベロープ信号の帯域が広いか狭いかの情報は、別システムから情報を受け取ったり、自システムで信号マッピングの際に検出して取得したりしてもよい。この情報を用いて、パルス挿入部１０５にパルスを挿入させるか否かを切り替えればよい。
【００２７】
また、変化検出部２０１は、立ち上がりのみを検出、または立ち下りのみを検出し、立ち上がり時のみ、または立ち下り時のみに狭パルスを挿入してもよい。
【００２８】
（実施の形態２）
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るパルス挿入部３０１の構成を示す図である。図９が図４と異なる点は、パルス制御部３０２を追加したことと、狭パルス発生部２０２を狭パルス発生部３０３に変更したことである。
【００２９】
パルス制御部３０２は、パルス幅、パルスの周波数、デューティー比等を少なくとも１つ制御する制御信号を狭パルス発生部３０３に出力する。これらの情報は、ルックアップテーブル、または多項式から導出される。例えば、ルックアップテーブルは、以下に示す表１のように信号帯域幅に応じて切り替えるものが考えられる。
【００３０】
【表１】
2011166590.tif 000003
【００３１】
また、これらパルスの制御は、１回の立ち上がり又は立ち下りの間に１回だけ変更されてもよいし、複数回変更されてもよい。
【００３２】
狭パルス発生部３０３は、パルス制御部３０２から出力された制御信号に基づいて、狭パルス信号を生成し、生成した狭パルス信号を合成回路２０４に出力する。
【００３３】
このようにパルスが制御された場合、例えば、ＬＰＦ１０３の入力（ａ点）での時間波形は図１０に示すようになる。これによれば、図５と比べて、立ち上がり、立ち下り部分の信号密度を変えることができるため、ＬＰＦ１０３の出力では変化点での時間波形の滑らかさ（＝周波数成分）を自由に制御することができる。
【００３４】
従って、ＬＰＦ１０３のｆｃを変えるのと同様な効果を得ることができる。図１１に本発明の実施の形態２に係る変調電源回路での低速信号時のＬＰＦ出力時間軸波形を示し、図１２にＬＰＦ出力周波数軸波形を示す。図１１は、図７と比較すると、階段状の波形が滑らかに整形され、図１２は、図８と比較するとノイズフロアが下がっている（改善している）ことが分かる。
【００３５】
このように実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、狭パルス発生部に、狭パルス信号のパルス幅、パルスの周波数、デューティー比を制御することにより、ＬＰＦの周波数特性を変えることなく、ＬＰＦ通過後の周波数特性を変えることが可能となり、通過させたい帯域と不要成分のバランスの最適化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明にかかる変調電源回路は、例えば、無線送信装置に適用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１０１  多出力ＤＣ電源部
１０２  スイッチ部
１０３  ＬＰＦ
１０４  比較器
１０５、３０１  パルス挿入部
２０１  変化検出部
２０２、３０３  狭パルス発生部
２０３  遅延部
２０４  合成回路
３０２  パルス制御部
【図１】
2011166590.tif 000004
【図２】
2011166590.tif 000005
【図３】
2011166590.tif 000006
【図４】
2011166590.tif 000007
【図５】
2011166590.tif 000008
【図６】
2011166590.tif 000009
【図７】
2011166590.tif 000010
【図８】
2011166590.tif 000011
【図９】
2011166590.tif 000012
【図１０】
2011166590.tif 000013
【図１１】
2011166590.tif 000014
【図１２】
2011166590.tif 000015