(57)【要約】【課題】ＥＴ方式の電力増幅システムにおいて、ＲＦ信号の包絡線成分の急峻な変化に対しても振幅増幅部のＤＣ−ＤＣコンバータの出力を追随させることができ、簡易な構成で、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力が安定し、システム全体の効率が向上するようにする。【解決手段】カプラ１に入力されたＲＦ信号を遅延回路部２を通して線形電力増幅器３に入力し、増幅したＲＦ信号として出力する。また、包絡線検波部４によりＲＦ信号の振幅成分を取り出し、ＤＣ−ＤＣコンバータ５で増幅して線形電力増幅器３に電源電圧を供給する。その際、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御部６により、ＲＦ信号の包絡線成分の変化の度合いを閾値と比較してＤＣ−ＤＣコンバータ５のスイッチング周波数を切り替え、そのスイッチング周波数に合わせて、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の誤差増幅器の帰還部に接続された位相補償回路を切り替える。【選択図】図１
2008193298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたＲＦ信号を増幅して出力する増幅器と、
前記ＲＦ信号の振幅成分を増幅して前記増幅器に電源電圧を供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記ＲＦ信号の包絡線成分の変化の度合いを検出する検出手段と、
前記検出した変化の度合いを閾値と比較して前記ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数を切り替えるＤＣ−ＤＣコンバータ制御手段と、
を備え、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数に合わせて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの誤差増幅器の帰還部に接続された位相補償回路を切り替えることを特徴とする電力増幅システム。
【請求項２】
前記位相補償回路は、抵抗とコンデンサとスイッチを直列に接続した直列回路が複数個並列に接続されてなり、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数に合わせて、前記スイッチを切り替えることを特徴とする請求項１記載の電力増幅システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信機器などに使用される電力増幅システムに関し、特にＥＴ（エンベロープトラッキング）方式を用いた電力増幅システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信機器などにおいては、高周波であるＲＦ信号を増幅して所定のレベルに昇圧する電力増幅システムが取り入れられている。この電力増幅システムの効率を高める方法の１つにＥＴ方式がある。図５はこのＥＴ方式による従来の電力増幅システムの構成を示すブロック図である。
【０００３】
図５に示す従来の電力増幅システムにおいて、カプラ１０１を通過したＲＦ信号は、遅延回路部１０２を経て線形電力増幅器１０３に入力される。また、カプラ１０１に入力されたＲＦ信号の一部は包絡線検波部１０４に入力され、ここでＲＦ信号の振幅成分が取り出される。そして、この振幅成分が振幅増幅部であるＤＣ−ＤＣコンバータ１０５により増幅された後、線形電力増幅器１０３に電源電圧として供給される。その際、ＲＦ信号のエンベロープ（包絡線）の振幅に応じて線形電力増幅器１０３への供給電圧を変化させることで、線形電力増幅器１０３を入力信号に対し常に飽和に近い状態で動作させることができる。このため、線形電力増幅器１０３は一定電圧供給の場合よりも効率的な増幅器となる。
【０００４】
図６は上記の一般的なＤＣ−ＤＣコンバータ１０５の構成を示すブロック図である。直流電源１１１からの入力電圧Ｖｉｎはコンバータ部１１２にて所望の出力電圧Ｖｏｕｔに変換され、負荷である線形電力増幅器１０３に供給される。コンバータ部１１２は出力段及びＬＣフィルタを含み、コイル、スイッチ、整流素子、コンデンサなどから構成されている。また、コンバータ部１１２を制御する制御回路１２０は、コンバータ部１１２の出力電圧Ｖｏｕｔを検出する検出回路１２１、その検出値Ｖｏを基準電圧源１２２からの基準値Ｖｒｅｆと比較する誤差増幅器１２３、誤差増幅器１２３の出力Ｖｅを発振器１２４の出力Ｖｏｓｃと比較する比較器１２５から構成されている。
【０００５】
図７は上記の従来の制御回路１２０の構成を示す図である。検出回路１２１は分圧用の抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２からなり、比較器１２５の出力は論理回路１２６を経てコンバータ部１１２に入力される。誤差増幅器１２３の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ１０３とコンデンサＣ１０１の直列回路が接続されている。図８に上記構成のＤＣ−ＤＣコンバータ１０５への入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの関係を示す。ここでは、正常時と異常時（入力が大きく変動したとき）の様子を示している。ここで、破線は期待される出力、実線は実際の出力を示している。
【０００６】
ここで、上記のＥＴ方式において、電力増幅システムが高効率で動作するためにはＲＦ信号の包絡線成分を増幅する振幅増幅部の効率が大きく寄与する。このため、振幅増幅部の電源に包絡線トラッキング電源を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、この他にも電力増幅システムの高効率を実現するために、複数のＤＣ−ＤＣコンバータを用いて振幅増幅部の改善を図ることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−１７４４１８号公報（段落番号〔００３４〕）
【特許文献２】特表２００５−５１３９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、振幅増幅部に使用されるＤＣ−ＤＣコンバータは、ＲＦ信号の包絡線成分を増幅し、これを増幅器のドレイン電圧として供給するが、ＲＦ信号の振幅変動が大きいとＤＣ−ＤＣコンバータに入力される信号成分も大きく変動し、この変動に十分な速度で追随できないと、図８に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力は破線で示す所定のレベルに達することができない場合がある。このような場合、増幅器に対し所望のドレイン電圧を供給できないため、最終的な電力増幅システムの出力に歪みが生じることになる。
【０００８】
一方で、入力される包絡線成分の急峻な変動に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を高速に対応できるようにスイッチング周波数を高く設定し、ループ帯域を広げることも可能であるが、このような状態での動作はＤＣ−ＤＣコンバータの消費電力が大きく、電力増幅システム全体の効率が低下する。
【０００９】
また、複数のＤＣ−ＤＣコンバータを用いる場合は、回路規模が大きくなるとともに、これらの駆動のための電力消費も大きくなる。
なお、特許文献１には、包絡線トラッキング電源を介して増幅器に供給される電力は、増幅出力において、与えられた瞬間に必要とされる電力のレベルを再生するのに充分であるよう変化されるとの記載があるが、具体的な実現方法は開示されていない。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ＥＴ方式において、ＲＦ信号の包絡線成分の急峻な変化に対しても振幅増幅部のＤＣ−ＤＣコンバータの出力を追随させることができ、簡易な構成で、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力が安定し、システム全体の効率が向上する電力増幅システム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】
【００１１】
本発明では上記課題を解決するために、入力されたＲＦ信号を増幅して出力する増幅器と、前記ＲＦ信号の振幅成分を増幅して前記増幅器に電源電圧を供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＲＦ信号の包絡線成分の変化の度合いを検出する検出手段と、前記検出した変化の度合いを閾値と比較して前記ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数を切り替えるＤＣ−ＤＣコンバータ制御手段と、を備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数に合わせて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの誤差増幅器の帰還部に接続された位相補償回路を切り替えることを特徴とする電力増幅システムが提供される。
【００１２】
このような電力増幅システムによれば、ＲＦ信号の包絡線成分の変化の度合いを閾値と比較してＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数を切り替え、そのスイッチング周波数に合わせて、ＤＣ−ＤＣコンバータの誤差増幅器の帰還部に接続された位相補償回路を切り替えるので、所望のドレイン電圧を増幅器に供給することができるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数に応じた位相補償が可能となり、ＲＦ信号の包絡線成分の急峻な変化に対しても振幅増幅部のＤＣ−ＤＣコンバータの出力を追随させることができ、簡易な構成で、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力が安定し、システム全体の効率が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電力増幅システムは、ＲＦ信号の包絡線成分の変化の度合いを閾値と比較してＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数を切り替え、そのスイッチング周波数に合わせて、ＤＣ−ＤＣコンバータの誤差増幅器の帰還部に接続された位相補償回路を切り替えるので、所望のドレイン電圧を増幅器に供給することができるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数に応じた位相補償が可能となり、ＲＦ信号の包絡線成分の急峻な変化に対しても振幅増幅部のＤＣ−ＤＣコンバータの出力を追随させることができ、簡易な構成で、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力が安定し、システム全体の効率が向上するという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態の電力増幅システムの構成を示すブロック図である。この電力増幅システムはＥＴ方式を用いた電力増幅システムであり、カプラ１に入力されたＲＦ信号を遅延回路部２で遅延して線形電力増幅器３に入力し、ここで増幅されたＲＦ信号を出力する。また、カプラ１に入力されたＲＦ信号は包絡線検波部４にも入力され、ここで振幅成分が取り出される。この振幅成分はＤＣ−ＤＣコンバータ５により増幅され、線形電力増幅器３に電源電圧として供給される。
【００１５】
また、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ５を制御するＤＣ−ＤＣコンバータ制御部６を備えている。このＤＣ−ＤＣコンバータ制御部６は、ＲＦ信号の包絡線成分の変化の度合いを検出する検出手段を有し、検出した変化の度合いを予め設定された閾値と比較してＤＣ−ＤＣコンバータ５のスイッチング周波数を切り替えるとともに、そのスイッチング周波数に合わせて、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の誤差増幅器の帰還部に接続された位相補償回路を切り替える。
【００１６】
図２は上記の実施の形態の電力増幅システムにおけるＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。直流電源１１からの入力電圧Ｖｉｎはコンバータ部１２にて所望の出力電圧Ｖｏｕｔに変換され、負荷である線形電力増幅器３に供給される。コンバータ部１２は出力段及びＬＣフィルタを含み、コイル、スイッチ、整流素子、コンデンサなどから構成されている。また、コンバータ部１２を制御する制御回路２０は、コンバータ部１２の出力電圧Ｖｏｕｔを検出する検出回路２１、その検出値Ｖｏを基準値Ｖｉｎｐｕｔと比較する誤差増幅器２２、誤差増幅器２２の出力Ｖｅを発振器２３の出力Ｖｏｓｃと比較する比較器２４から構成され、発振器２３には制御信号Ｓｃｏｎｔ１が入力され、誤差増幅器２２には制御信号Ｓｃｏｎｔ２が入力される。
【００１７】
図３は上記の実施の形態の電力増幅システムにおける制御回路２０の構成を示す図である。検出回路２１は分圧用の抵抗Ｒ１，Ｒ２からなり、比較器２４の出力は論理回路２５を経て制御電圧Ｖｃｏｎｔとしてコンバータ部１２に入力される。誤差増幅器２２の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗（Ｒ３，Ｒ４）とコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）とスイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）の直列回路が位相補償回路として複数個並列に接続されている。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ５のスイッチング周波数に合わせて、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が選択的に切り替えられる。スイッチＳＷ１が選択（オン）されたときはスイッチＳＷ２が非選択（オフ）となって低スイッチング周波数に対応する位相補償回路となり、スイッチＳＷ２が選択されたときはスイッチＳＷ１が非選択となって高スイッチング周波数に対応する位相補償回路となる。
【００１８】
図４は実施の形態の電力増幅システムの動作を示すフローチャートであり、ここではＤＣ−ＤＣコンバータ制御部６の動作について示している。ＲＦ信号の包絡線成分が入力されると（Ｓ１）、その振幅の変化の度合いｄＶ／ｄｔを算出し（Ｓ２）、変化の度合いｄＶ／ｄｔを閾値と比較する（Ｓ３）。この閾値はユーザにより予め入力設定されたものであるが、設計時のパラメータであってもよい。
【００１９】
そして、ＲＦ信号の振幅の変化の度合いｄＶ／ｄｔが閾値より大きく（ｄＶ／ｄｔ＞閾値）、ＲＦ信号の包絡線成分に急峻な変化が生じた場合は、発振器２３のスイッチング周波数を高くし（Ｓ４）、ＤＣ−ＤＣコンバータ５を高スイッチング周波数で動作させるとともに、誤差増幅器２２の帰還部のスイッチＳＷ２をオン（ＯＮ）にする（Ｓ５）。また、ＲＦ信号の振幅の変化の度合いｄＶ／ｄｔが閾値より小さい場合には、発振器２３のスイッチング周波数を低くし（Ｓ６）、ＤＣ−ＤＣコンバータ５を低スイッチング周波数で動作させるとともに、誤差増幅器２２の帰還部のスイッチＳＷ１をオンにする（Ｓ７）。
【００２０】
このように、実施の形態の電力増幅システムにおいては、ＲＦ信号の包絡線成分の変化の度合いを閾値と比較してＤＣ−ＤＣコンバータ５のスイッチング周波数を切り替え、そのスイッチング周波数に合わせて、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の誤差増幅器２２の帰還部に接続された位相補償回路を切り替えるので、所望のドレイン電圧を線形電力増幅器３に供給することができるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ５のスイッチング周波数に応じた位相補償が可能となり、ＲＦ信号の包絡線成分の急峻な変化に対しても振幅増幅部のＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力を追随させることができ、簡易な構成で、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力が安定し、システム全体の効率が向上する。
【００２１】
なお、ＲＦ信号の振幅の変化の度合いｄＶ／ｄｔは、例えば包絡線検波部４の出力を微分回路やＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などに入力することによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態の電力増幅システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態の電力増幅システムにおけるＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態の電力増幅システムにおける制御回路の構成を示す図である。
【図４】実施の形態の電力増幅システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】ＥＴ方式による従来の電力増幅システムの構成を示すブロック図である。
【図６】一般的なＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【図７】従来のＤＣ−ＤＣコンバータの制御回路の構成を示す図である。
【図８】従来のＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧と出力電圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  カプラ
２  遅延回路部
３  線形電力増幅器
４  包絡線検波部
５  ＤＣ−ＤＣコンバータ
６  ＤＣ−ＤＣコンバータ制御部
１１  直流電源
１２  コンバータ部
２０  制御回路
２１  検出回路
２２  誤差増幅器
２３  発振器
２４  比較器
２５  論理回路
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ４  抵抗
ＳＷ１，ＳＷ２  スイッチ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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