(57)【要約】      （修正有）【課題】  比較的短い時間に制御ループのプリチャージを終了させて所定のタイムマスク内で出力電力を立ち上げることができるとともに、出力波形のうねりを減らし送信スペクトラムを向上させることができる無線通信システムを提供する。【解決手段】  入力信号を電力増幅して出力する電力増幅回路２１０と、２１０の出力レベルを指定する信号を生成し出力する制御回路３００と、２１０の出力レベルを検出する出力レベル検出手段と、該出力レベル検出手段の出力信号Ｖsenseと３００からの出力レベル指定信号Ｖrampとを比較し電位差に応じた信号Ｖapcを生成する誤差アンプを含み前記電力増幅回路にフィードバックをかけて通話に必要な出力電力となるように制御する制御ループを備えた無線通信システムにおいて、出力電力立ち上げ時のプリチャージ期間の初期に、前記誤差アンプへ供給する信号Ｖrampをスパイク状に往復変化させるようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を電力増幅して出力する電力増幅回路と、該電力増幅回路の出力レベルを指定する信号を生成し出力する制御回路と、前記電力増幅回路の出力レベルを検出する出力レベル検出手段と、該出力レベル検出手段の出力信号と前記制御回路からの出力レベル指定信号とを比較し電位差に応じた信号を生成する誤差アンプを含み前記電力増幅回路にフィードバックをかけて通話に必要な出力電力となるように制御する制御ループとを備えた無線通信システムにおいて、出力電力の立ち上げ時に前記出力レベル指示信号で前記制御ループのプリチャージを行なわせるとともに、該プリチャージ期間の初期に前記出力レベル指示信号をスパイク状に往復変化させるようにしたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記出力レベル指示信号は、その復路のスパイク状パルスの平均レベルからの高さが、往路のスパイク状パルスの平均レベルからの高さよりも低くなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記出力レベル指示信号は、その復路のスパイク状パルスの平均レベルからの高さが、往路のスパイク状パルスの平均レベルからの高さの１／２よりも大きくなるように形成されることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
電力増幅回路の出力レベルを検出し出力レベル指定信号と比較して前記電力増幅回路にフィードバックをかけて通話に必要な出力電力となるように制御する制御ループを備えた無線通信システムを構成するための制御用半導体集積回路であって、出力レベル指示信号の波形を与えるテーブルデータを記憶するメモリを内蔵し、該メモリには出力電力を立ち上げ時のプリチャージ期間の初期に、前記誤差アンプへ供給する出力レベル指示信号をスパイク状に往復変化させるテーブルデータが格納されている制御用半導体集積回路。
【請求項５】
前記メモリは書き換え可能な不揮発性メモリであることを特徴とする請求項４に記載の制御用半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話機等の無線通信システムに適用して有効な技術に関し、特に高周波電力増幅回路の出力電力立ち上げ時におけるパワー制御の特性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）方式の携帯電話機には、送信側出力段のＲＦパワーアンプの出力電力レベルをカップラ等で検出し、誤差アンプによりベースバンド回路もしくはマイクロプロセッサ等の制御回路からの出力レベル指定信号（Ｖramp）と比較して、電位差がゼロになるようにＲＦパワーアンプにフィードバックをかけて通話に必要な出力電力となるよう制御するＡＰＣ（Automatic Power Control）制御ループが設けられているものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、ＧＳＭ方式の携帯電話機においては、送信時にベースバンド回路等からＲＦパワーアンプに供給される出力レベル指定信号（Ｖramp）によってパワーの立ち上げ、立ち下げが行なわれる。ＧＳＭの規格に従うと、送信開始時に出力電力を−２５ｄＢｍ以下のレベルから＋３３ｄＢｍまで立ち上げる必要がある。しかもこの出力電力の立ち上げを２８μｓ（マイクロ秒）のような短い時間内に完了することが規定されている。
【特許文献１】特開２００１−７６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の携帯電話機のＡＰＣ制御ループにおけるパワーの立ち上げの際には、制御ループの寄生容量等の影響によって出力レベル指定信号Ｖrampを入れてから出力電力の検出信号が誤差アンプにフィードバックされるまでに若干の遅れが生じるため、その間制御系はオープンループで動作することになる。そのため、ＲＦパワーアンプの出力制御電圧（Ｖapc）と出力電力が急峻に立ち上がって、出力電力波形がＧＳＭ規格で規定されているタイムマスクから外れてしまったり、フィードバック信号が誤差アンプに戻ってクローズドループに移行した時点で出力制御電圧（Ｖapc）が図８に示すように一旦下がるため、出力波形にうねりが生じ、スプリアスが大きくなって送信スペクトラム（スイッチングスペクトラム）が劣化したりするという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明者らは、出力レベル指定信号（Ｖramp）を徐々に立ち上げる代わりに、図３（Ａ）に示すように、出力レベル指定信号（Ｖramp）を先ず低パワー領域に相当する所定のレベルまで瞬時に立ち上げて、出力電力の検出信号が誤差アンプにフィードバックされるクローズポイントまで保持することで寄生容量のプリチャージを行なって、低いパワー領域で制御ループをクローズド状態にさせた後に出力電力が所定のレベル（＋３３ｄＢｍ）になるように出力レベル指定信号（Ｖramp）を立ち上げることを検討した。かかるプリチャージ方式によって、出力電力波形を規定のタイムマスクに収めるとともに、送信スペクトラムの劣化を防止することができる。図３において、ＣＰは制御ループがクローズするポイントであり、このポイントが時間的に早いほど出力電力に生じるうねりを出力電力の小さいところでできるためスイッチングスペクトラムへ与える影響を小さくすることができる。
【０００６】
しかしながら、ＧＳＭ規格ではもともと出力電力の立ち上げに許容されている時間が短い上、ユーザーシステムによってはシステムのイニシャライズに要する時間等の関係で上記プリチャージ時間を充分にとれない場合があり、それによってプリチャージ期間中に制御ループをクローズド状態に移行させることができず、出力波形にうねりが生じてしまい送信スペクトラムを充分に改善できないことがある。また、パワーアンプはその製造ばらつきによって同一の出力制御電圧（Ｖapc）に対して出力電力が異なることがあり、それによってクローズポイントＣＰがずれて比較的高いパワーレベルで制御ループがクローズド状態になることがあるため、上記プリチャージ方式ではそのようなパワーばらつきに対するマージンが小さくなってしまうという課題があることが明らかになり、図３（Ｂ）のようにプリチャージの初期にスパイク状の電圧を印加することでクローズポイントＣＰに至る時間を短縮した。
【０００７】
この発明の目的は、比較的短い時間にパワー制御ループのプリチャージを終了させて所定のタイムマスク内で出力電力を立ち上げることができるとともに、出力波形のうねりを減らし送信スペクトラムを向上させることができる無線通信システムおよびそれに使用して好適な制御用半導体集積回路を提供することにある。
【０００８】
この発明の他の目的は、パワーアンプにばらつきがあっても制御ループのクローズポイントが大きくずれることがなく、それによってパワーばらつきに対するマージンを充分に確保することができる無線通信システムおよび制御用半導体集積回路を提供することにある。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、入力信号を電力増幅して出力する電力増幅回路（パワーアンプ）と、該電力増幅回路の出力レベルを指定する信号を生成し出力する制御回路と、前記電力増幅回路の出力レベルを検出する出力レベル検出手段と該出力レベル検出手段の出力信号と前記制御回路からの出力レベル指定信号（Ｖramp）とを比較し電位差に応じた信号を生成する誤差アンプを含み前記電力増幅回路にフィードバックをかけて通話に必要な出力電力となるように制御する制御ループとを備えた無線通信システムにおいて、出力電力の立ち上げ時のプリチャージ期間の初期に、前記誤差アンプへ供給する出力レベル指示信号（Ｖramp）をスパイク状に往復変化させるようにしたものである。
【００１０】
上記した手段によれば、出力レベル指示信号（Ｖramp）をチャージアップ方向にスパイク状に変化させることでプリチャージを早めることができるとともに、その後に逆の方向（チャージダウン方向）にスパイク状に変化させることで出力制御電圧（Ｖapc）が速く立ち上がって制御ループが高いレベルでクローズしてしまうのを回避できるため、所定のタイムマスク内で出力電力を立ち上げることができるとともに、出力波形のうねりを減らし送信スペクトラムを向上させることができるようになる。
【００１１】
ここで、望ましくは、出力レベル指示信号（Ｖramp）の復路のスパイク状パルスの平均レベルからの高さは、往路のスパイク状パルスの平均レベルからの高さよりも小さくなるようにする。さらに、望ましくは、出力レベル指示信号（Ｖramp）の復路のスパイク状パルスの平均レベルからの高さは、往路のスパイク状パルスの平均レベルからの高さの１／２よりも大きくなるようにする。これにより、往路のスパイク状パルスによるプリチャージを早める効果を減殺させずかつ出力制御電圧（Ｖapc）が速く立ち上がりすぎるのを回避させるようにすることができる。
【００１２】
本願の他の発明は、電力増幅回路の出力レベルを検出し出力レベル指定信号（Ｖramp）と比較して前記電力増幅回路にフィードバックをかけて通話に必要な出力電力となるように制御する制御ループを備えた無線通信システムを構成するための制御用半導体集積回路（ベースバンドＩＣ）であって、出力レベル指示信号（Ｖramp）の波形を与えるテーブルデータを記憶するメモリを内蔵した制御用半導体集積回路に、出力電力の立ち上げ時のプリチャージ期間の初期に、前記誤差アンプへ供給する出力レベル指示信号（Ｖramp）をスパイク状に往復変化させるテーブルデータを記憶させておくようにしたものである。
【００１３】
ここで、前記メモリは書き換え可能な不揮発性メモリとするのが望ましい。出力電力の立ち上げ特性は使用するパワーアンプ等によって異なるが、制御用半導体集積回路内のメモリを書き換え可能な不揮発性メモリとすることにより、適用する無線通信システムに応じて出力電力を立ち上げるのに最適なスパイク状パルスを有する出力レベル指示信号を生成させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本発明に従うと、比較的短い時間にパワー制御ループのプリチャージを終了させて所定のタイムマスク内で出力電力を立ち上げることができるとともに、出力波形のうねりを減らし送信スペクトラムを向上させることができる無線通信システムおよび制御用半導体集積回路を実現することができる。
【００１５】
また、この発明に従うと、電力増幅回路にばらつきがあってもパワー制御ループのクローズポイントが大きくずれることがなく、それによってパワーばらつきに対するマージンを充分に確保することができる無線通信システムおよび制御用半導体集積回路を実現することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用して好適な携帯電話機の高周波電力増幅回路のフィードバック制御系の概略構成を示したものである。
図１において、２１０は高周波信号Ｐｉｎを増幅する電力増幅回路、２２０は電力増幅回路１０の出力レベルを検出しそれに応じた電流Ｉsenseを出力する出力電力検出回路、２３０は出力電力検出回路２２０からの出力電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路、２４０は電流−電圧変換回路２３０の出力電圧Ｖsenseとベースバンド回路もしくはマイクロプロセッサ等の制御回路から供給される出力レベル指示信号Ｖrampとを比較する誤差アンプ（ＡＰＣ回路）で、この誤差アンプ２４０により入力電位差に応じた制御信号Ｖapcが生成されて電力増幅回路２１０に供給され、入力電位差がゼロになるように電力増幅回路２１０のゲインを制御して出力電力を制御するように構成される。
【００１７】
特に制限されるものでないが、図１に示されている回路は、表面や内部にプリント配線が施されたセラミック基板のような絶縁基板に複数の半導体チップとディスクリート部品が実装されてなるモジュール（以下、ＲＦパワーモジュール）として構成することができる。
【００１８】
また、出力電力検出回路２２０は、カプラとダイオード検波回路からなる回路であっても良いし、高周波電力増幅回路２１０の最終増幅段の電力増幅用トランジスタ（図示略）の入力信号と同一の信号がゲート端子に印加された検出用トランジスタと、該トランジスタに流れる電流を転写するカレントミラー回路などからなる電流検出型の回路を使用しても良い。電流−電圧変換回路３０は抵抗素子で構成することができる。また、出力電力検出回路２２０と電流−電圧変換回路２３０との間には、検出電流の２乗根（平方根）をとった電流に変換する２乗根変換回路を設けても良い。
【００１９】
図２は、ＡＰＣ制御ループを有する図１のＲＦパワーモジュールを適用した携帯電話機システムの全体の構成例を示す。
図２において、ＡＮＴは信号電波の送受信用アンテナ、１００は送受信切替え手段（スイッチもしくはデュプレクサ）やバンドパスフィルタ、インピーダンス整合回路などからなるフロントエンド・モジュール、２００は図１に示されているような構成を有するＲＦパワーモジュール、３００は音声信号をベースバンド信号に変換したり受信信号を音声信号に変換したり変調方式切替え信号やバンド切替え信号を生成したりするベースバンド回路、４００は受信信号をダウンコンバートして復調しベースバンド信号を生成したり送信信号を変調しアップコンバートしたりする変復調回路、ＦＬＴは受信信号からノイズや妨害波を除去するフィルタである。
【００２０】
本実施例のベースバンド回路３００は、回路内部を制御するＣＰＵ３１０、プログラムやデータを格納する書き換え可能なフラッシュメモリなどからなる不揮発性メモリ３２０などを備える。不揮発性メモリ３２０には、パワーの立ち上げ時や立ち下げ時に出力電力が所定のタイムマスク内に入るように出力レベル指示信号Ｖrampを形成するためのテーブルデータが格納されている。また、ベースバンド回路３００には、メモリ３２０から読み出されたテーブルデータを順次アナログ信号に変換するＤＡ変換回路３３０と、変換された信号を出力する外部出力端子Ｐ１とが設けられている。さらに、ＤＡ変換回路３３０と外部出力端子Ｐ１と間には数ｋΩの抵抗Ｒ５が接続されている。
【００２１】
そして、上記外部出力端子Ｐ１から出力された信号が、外付け容量Ｃ１，Ｃ２や抵抗Ｒ６などからなる積分回路ないしはロウパスフィルタ５００を介して、出力レベル指示信号Ｖrampとして前記ＲＦパワーモジュール２００に入力され、図１に示されている誤差アンプ２４０の非反転入力端子に印加されるようにされている。
【００２２】
次に、本発明の特徴であるメモリ３２０に格納された出力の立ち上がり特性を与えるテーブルデータと、それにより形成される出力レベル指示信号Ｖrampおよびそれにより制御されるＲＦパワーモジュール２００の出力電力Ｐoutについて説明する。
【００２３】
図３（Ｂ）には、本実施例のＡＰＣ制御ループにおける出力レベル指示信号Ｖrampの形成の仕方を示す。図３（Ｂ）から分かるように、本実施例では、誤差アンプ２４０へ供給する出力レベル指示信号Ｖrampをスパイク状に往復変化させるようにしている。これにより、図３（Ａ）のように単に出力レベル指示信号Ｖrampをステップ状に変化させてプリチャージを行なう場合よりも、制御ループがクローズするタイミングであるクローズポイントＣＰを時間的に早くすることができ、それによって出力電力に生じるうねりを小さくすることができる。
【００２４】
その結果、送信スペクトラムを向上させることができる。次の表１に、図３（Ａ）のように単に出力レベル指示信号Ｖrampをステップ状に変化させてプリチャージを行なった場合と、図３（Ｂ）のように出力レベル指示信号Ｖrampをスパイク状に往復変化させた場合における送信周波数から４００ｋＨｚ離れた周波数と６００ｋＨｚ離れた周波数でのノイズレベルを測定した結果を示す。ＧＳＭの規格では、送信周波数から４００ｋＨｚ離れた周波数と６００ｋＨｚ離れた周波数でのノイズレベルはそれぞれ−２４ｄＢｍ以下、-２７ｄＢｍ以下と規定されている。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１より、ステップ状プリチャージでは送信スペクトラムはスペックぎりぎりであるが、本実施例を適用することにより３〜８．５ｄＢｍほどマージンを増加させることができることが分かる。なお、表１におけるスパイク状パルス印加によるプリチャージの結果（表の最右欄）は、以下に述べる３種類の波高のパルスの印加うち最も良好な結果が得られるパルス（図４の太線）を印加した場合のものである。
【００２７】
図４〜図６には、プリチャージの初期に印加する上記スパイク状パルスの波高と出力レベル指示信号Ｖrampおよび出力制御電圧Ｖapcとの関係を調べた結果を示す。このうち、図４はメモリ３２０から読み出された出力電力の立ち上がり特性を与えるテーブルデータをＤＡ変換した直後の信号Ｖctlの波形を、また図５には信号Ｖctlを積分回路５００により積分して波形をなまらせてから誤差アンプ２４０に入力させるようにした出力レベル指示信号Ｖrampの波形を示す。さらに、図６には誤差アンプ２４０から高周波電力増幅回路２１０に供給される出力制御電圧Ｖapcの波形を示す。なお、図４〜図６は、プリチャージ開始の直後の状態を示しており、クローズポイントは現われていない。クローズポイントはもっと時間的に後である。
【００２８】
図５および図６において、実線Ａ１，Ａ２は図４において太線で示されているようにチャージアップ方向のパルスおよび逆方向のパルスが共に大きい場合の信号Ｖrampと電圧Ｖapcの波形を、実線Ｂ１，Ｂ２は図４において細線で示されているようにチャージアップ方向のパルスが若干小さく逆方向のパルスが若干小さい場合の信号Ｖrampと電圧Ｖapc波形を、破線Ｃ１，Ｃ２は図４において点線で示されているようにチャージアップ方向のパルスが大きく逆方向のパルスがかなり小さい場合の信号Ｖrampと電圧Ｖapcの波形を示す。また、一点鎖線Ｄ１，Ｄ２はスパイク状のパルスを加えず、単に信号Ｖctlをステップ状に変化させた場合の信号Ｖrampと電圧Ｖapcの波形を示す。
【００２９】
図６の破線Ｃ２から分かるように、チャージアップ方向のパルスが大きくおよび逆方向のパルスが小さい場合には、出力制御電圧Ｖapcはほぼ連続して立ち上がりかつその立ち上がりの速度が、単にステップ状に変化させた場合のと電圧Ｖapc の波形（一点鎖線Ｄ２参照）よりも全体的に速くなる。このような場合には、クローズポイントは確かに早くなるが、制御ループがクローズするときの出力電力のレベルが高過ぎてタイムマスクからのマージンが小さくなり、最悪の場合にタイムマスクから外れるおそれがある。具体的には、クローズポイントでの出力電力Ｐoutの目標レベルは０ｄＢｍ以下であるが、出力制御電圧Ｖapcが破線Ｃ２のように早く変化すると、クローズポイントでの出力電力Ｐoutのレベルが目標である「０ｄＢｍ以下」を超えてしまうおそれがある。
【００３０】
図７は、図６の実線Ａ２と一点鎖線Ｄ２の一部を拡大して示したものである。図７より、本発明を適用して、スパイク状パルスのチャージアップ方向および逆方向のパルスを共に大きくすることにより、プリチャージ時間を約３μｓ（マイクロ秒）短縮できることが分かる。プリチャージの初期に印加するスパイク状パルスのプリチャージ方向のパルスの平均レベルからの高さは、ベースバンド回路３００内の制御電圧Ｖctlに換算して、Ｖctlのプリチャージ期間の平均レベルをＶctl0（図４では０．４８Ｖ）とおくと、０．６Ｖctl0〜１．５Ｖctl0（図４では約０．３〜０．７２Ｖ）が望ましい。また、逆方向すなわちディスチャージ方向のパルスの波高は、絶対値（平均レベルからの高さ）で０．３Ｖctl0（図４ではおよそ０．１５Ｖ）以上、レベルで０．２Ｖctl0（図４ではおよそ０．１Ｖ）以下であるのが望ましい。
【００３１】
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施例では、テーブルデータをＤＡ変換した信号Ｖctlの波形をなまらせる積分回路（ロウパスフィルタ）５００を外付け回路として設けているが、ベースバンドＩＣまたはＲＦパワーモジュールに内蔵させるようにしても良い。
【００３２】
また、前記実施例では、ベースバンド回路３００と変復調回路４００はそれぞれ別個の半導体集積回路として構成されていると説明したが、これらは１つの半導体集積回路あるいは１つのモジュールとして構成しても良い。さらに、ベースバンド回路３００とは別個にシステム全体を制御するマイクロコンピュータを設け、このマイクロコンピュータから出力レベル指示信号Ｖrampを生成させるための制御信号ＶctlをＲＦパワーモジュールへ供給するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるＧＳＭ方式による送受信が可能な携帯電話機に適用した場合を説明したが、本発明はそれに限定されるものでなく、ＧＭＳＫ変調モードの他に８−ＰＳＫ変調モードの通信を行なうＥＤＧＥ方式の携帯電話機や無線ＬＡＮなどの無線通信システムにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を適用して好適な携帯電話機の高周波電力増幅回路のフィードバック制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図２】ＡＰＣ制御ループを有する図１のＲＦパワーモジュールを適用した携帯電話機システムの全体の構成例を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）は本発明に先立って検討したＡＰＣ制御ループにおける出力レベル指示信号Ｖrampの形成の仕方を示すタイミングチャート、実施例のＡＰＣ制御ループにおける出力レベル指示信号Ｖrampの形成の仕方を示すタイミングチャートである。
【図４】出力電力の立ち上がり特性を与えるテーブルデータをＤＡ変換した直後の信号Ｖctlの波形を示す波形図である。
【図５】実施例のＡＰＣ制御ループにおいて高周波電力増幅回路の誤差アンプに入力される出力レベル指示信号Ｖrampの波形を示す波形図である。
【図６】実施例のＡＰＣ制御ループにおいて誤差アンプから高周波電力増幅回路に供給される出力制御電圧Ｖapcの波形を示す波形図である。
【図７】図６の波形の一部を拡大して示す波形図である。
【図８】本発明に先立って検討したＡＰＣ制御ループにおける出力レベル指示信号Ｖramp、出力制御電圧Ｖapc、出力電力Ｐoutおよび出力検出電圧Ｖsenseの波形を示す波形図である。
【符号の説明】
【００３５】
２１０  電力増幅回路
２２０  出力電力検出回路
２３０  電流−電圧変換回路
２４０  誤差アンプ
３００  ベースバンド回路
Ｉsense  出力電力検出電流
Ｖsense  出力電力検出電圧
Ｖramp  出力レベル指示信号
Ｖapc  出力電力制御電圧
【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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