(57)【要約】本発明は、一般的に言って、トランジスタの飽和を避ける方法および装置を提供し、特に通信信号増幅器に応用される。本発明の一態様によれば、フィードバック回路が設けられていて、制御信号に応じてトランジスタを制御する。電流モニタと閾値コンパレータとの組合せは、飽和の開始を表す、トランジスタのベース電流が閾値を上回るときを検出する。するとフィードバック制御が修正されて、飽和が防止される。
2004537873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と、出力端子および電源端子とを有する増幅器段階を用いる信号増幅の方法において、
少なくとも一つの制御信号に応じて、増幅器段階の電源端子に加えられる動作電源を生成するステップと、
制御信号と動作電源との間の関係が、所望の関係から逸脱するときを検出するステップと、
前記検出するステップの結果として、制御信号を修正するステップと
を有していることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記増幅器段階は、通信信号増幅器回路の一部を形成していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
動作電源を生成するステップは、フィードバック制御をトランジスタに適用して、出力信号をトランジスタの端子に生成するステップを有していて、このトランジスタは電源に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
制御信号と動作電源との間の関係が、所望の関係から逸脱するときを検出するステップは、トランジスタの制御端子で電気量を検出するステップを有していることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記トランジスタはバイポーラトランジスタであり、電気量はベース電流であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
制御信号と動作電源との間の関係が、所望の関係から逸脱するときを検出するステップは、更に、ベース電流を閾値と比較するステップを有していることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ベース電流が閾値を上回ったことが検出されたときに、制御信号を修正して、トランジスタの飽和を防ぐステップを更に有していることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記トランジスタは電界効果トランジスタであり、電気量はゲート電圧であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項９】
制御信号と動作電源との間の関係が、所望の関係から逸脱するときを検出するステップは、更に、ゲート電圧を閾値と比較するステップを有していることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記ゲート電圧が閾値より下に下がったときに、制御信号を修正して、トランジスタの飽和を防ぐステップを更に有していることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
トランジスタの飽和を防ぐ方法において、
フィードバック制御をトランジスタに適用して、出力信号をトランジスタの端子で生成するステップと、
トランジスタの制御端子で電気量を検出するステップと、
電気量に関して閾値状態が発見されたときに、前記フィードバック制御を修正して、トランジスタの飽和を防ぐステップと
を有していることを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記トランジスタは通信信号増幅器回路の一部を形成していることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記トランジスタはバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電気量はベース電流であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記閾値状態とは、ベース電流が閾値を上回ることであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記トランジスタは電界効果トランジスタであり、かつ電気量はゲート電圧であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１７】
制御信号と動作電源との間の関係が、所望の関係から逸脱するときを検出するステップは、更に、ゲート電圧を閾値と比較するステップを有していることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ゲート電圧が閾値より下に下がったときに、制御信号を修正して、トランジスタの飽和を防ぐステップを更に有していることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１９】
負荷にパワーを供給する電源回路において、
制御信号に応じて、動作電源を出力端子で生成する、電源に接続されたトランジスタと、
前記制御信号を生成するフィードバック制御回路と、
トランジスタの制御端子で電気量を検出して、電気量に関して閾値状態が発見されたときに、フィードバック制御を修正して、トランジスタの飽和を防ぐ飽和防止回路と
を備えていることを特徴とする電源回路。
【請求項２０】
前記負荷は、通信信号を増幅する増幅器段階であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記フィードバック制御回路は、前記制御信号を生成する差動演算増幅器を備えていて、この差動演算増幅器は、入力としてフィードフォーワード信号およびフィードバック信号を有していて、このフィードバック信号は、トランジスタの出力端子における電圧と等しいか、または比例していることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記トランジスタはバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記飽和防止回路は、トランジスタのベース電流を測定して測定信号を生成する電流モニタと、測定信号を閾値と比較する閾値コンパレータとを備えていることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記トランジスタは電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２５】
前記飽和防止回路は、ゲート電圧を閾値と比較する電圧コンパレータを備えていることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２６】
デジタルコマンド入力信号に応じて比例信号としてフィードフォーワード信号を生成するデータコンバータを更に備えていることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
前記データコンバータは、記憶されたスケールファクタに応じてフィードフォーワード信号を生成することを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
閾値コンパレータの比較信号に応じて、記憶されたスケールファクタから修正されたスケールファクタを導き出して、修正されたスケールファクタをデータコンバータに適用する修正ロジックを更に備えていることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランジスタの飽和を防ぐことに関し、増幅器歪み低減に応用される。
【背景技術】
【０００２】
通信分野において、通信信号は、小さい歪みで生成されることを要求される。特に無線通信において、小さい歪みは、隣接チャネル干渉（時々「スプラッター」と称される）を避けるために必要である。無線通信における歪みの原理的な原因は、最終増幅器段階の飽和であり、信号クリッピングという結果になる。
【０００３】
米国特許第５，０２１，７５３号には、増幅器の飽和を避ける装置を含む線形増幅器が記載されている。従来の直交変調が用いられている。この装置において、誤差信号は、所望の信号成分（ＩまたはＱ）を、デカルト(Cartesian)フィードバック回路を用いて得られた、対応する測定された信号成分と比較することによって導き出される。この誤差が閾値を上回るときに、パルスが生成される。時間軸上でのこのようなパルスの発生の回数(frequency)は、プロセッサによってモニタされる。プロセッサは、回路内でスケールファクタを調整して、誤差が閾値を上回る回数が、所望の範囲内に入るようにする。
【０００４】
増幅器の飽和を制御するためにデカルトフィードバックを用いると、特にフィードバック遅れの影響が補償されるべきである場合に、回路が著しく複雑になる。さらに、このような技術は、極座標系の(polar)アーキテクチャに従う増幅器、例えば、２０００年８月１０日に出願された米国特許出願番号第０９／６３７，２６９号の高効率変調ＲＦ増幅器に記載されたものに容易に適用できない。なお、これは、ここで引用することによって、本願に組み込まれるものとする。
【特許文献１】
米国特許第５，０２１，７５３号
【特許文献２】
米国特許出願番号第０９／６３７，２６９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それゆえに、デカルトフィードバックを避け、かつ従来の直交変調器アーキテクチャ以外の増幅器アーキテクチャに用いることができる技術が必要とされる。より一般的には、改良された技術は、トランジスタの飽和を避けるために必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一般的に言って、トランジスタの飽和を避ける方法および装置を提供し、特に通信信号増幅器に応用される。本発明の一態様によれば、フィードバック回路が設けられていて、制御信号に応じてトランジスタを制御する。電流モニタと閾値コンパレータの組合せは、飽和の開始を表す、トランジスタのベース電流が閾値を上回るときを検出する。するとフィードバック制御が修正されて、飽和が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、添付の図面を参照する以下の説明から更に理解されることができる。
【０００８】
以下、図１を参照すると、本発明の典型的な実施形態による飽和防止回路が示されている。トランジスタＱ１は、電源Ｖｂａｔおよび負荷Ｌに接続されている。１つの可能な応用において、負荷Ｌは、図３に示し、かつ前述の同時係属出願により詳細に記載されているように、ＲＦ増幅器の最終増幅器段階である。
【０００９】
図１に示した構成において、トランジスタＱ１は、Ｖｂａｔに接続されたエミッタ端子と、負荷Ｌに接続されたコレクタ端子とを有するバイポーラトランジスタである。コレクタ端子は、更に、直列接続された抵抗Ｒ１およびＲ２を備える抵抗ネットワークに接続されている。なお、前記抵抗Ｒ２は接地点に接続されている。抵抗Ｒ１とＲ２の間のノードＡに発生する電圧は、負荷Ｌに印加される電圧に比例する。抵抗Ｒ３は、トランジスタＱ１のエミッタ端子とベース端子の間に接続されている。抵抗Ｒ１〜Ｒ３の組合せは、設定されるべきトランジスタＱ１の利得を可能にする。
【００１０】
差動演算増幅器（ｏｐアンプ）１０１は、トランジスタＱ１を制御するために用いられるフィードバック回路の一部として設けられ、負荷Ｌに印加される電圧を設定する。ｏｐアンプの非反転入力端子は、前記回路のノードＡに接続されている。概念において、反転入力端子は、コマンド入力信号１０３に接続され、かつ、ｏｐアンプ１０１の出力信号は、トランジスタＱ１のベース端子に接続されている。しかし、図示した回路においては、電流モニタ１０５が、ｏｐアンプ１０１の出力信号とトランジスタＱ１のベース端子との間に挿入されている。
【００１１】
さらに、図示した回路においては、コマンド入力信号がデジタルである一方で、ｏｐアンプ１０１はアナログ入力信号を必要とするので、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１０７が、この経路に挿入されている。ＤＡＣ１０７は、乗算型(multiplying)ＤＡＣであり、スケールファクタがコマンド入力信号に適用されることを可能にする。（少なくとも飽和がない場合に）適用されるスケールファクタは、乗数(multiplier)レジスタ１０８に記憶される。この値は、負荷に対するパワー出力を決定する。
【００１２】
飽和防止は、電流モニタ１０５に応じて、閾値コンパレータ１０９および修正ロジック１１１によって実行される。閾値コンパレータは、電流モニタ１０５および修正ロジック１１１に接続されている。修正ロジックは、閾値コンパレータ１０９、乗数レジスタ１０８およびＤＡＣ１０７に接続されている。修正ロジック１１１、乗数レジスタ１０８および乗算型ＤＡＣ１０７は、ブロック１２０によって表されるように、連係してスケーリング機能を実行する。
【００１３】
飽和防止回路の動作は、以下の原理に基づく。前記回路のノードＡでの特定の電圧を達成するために、トランジスタＱ１への必要なベース電流は、トランジスタＱ１の線形の範囲の全体にわたって、所望の電圧と共に線形に変化する。しかし、トランジスタＱ１が飽和に近づくにつれて、ノードＡでの電圧を所望のレベルに上げる試みが不成功に終わり、（フィードバック装置の動作によって）ベース電流は急速に上昇する。ベース電流のこの急速な上昇は、直ちに、閾値コンパレータ１０９と連係する電流モニタ１０５によって検出される。そして、飽和の開始が、修正ロジック１１１に信号で伝えられる。そして、修正ロジックが、乗数レジスタに記憶されたスケールファクタを下方修正するので、適切に減少されたスケールファクタが、乗算型ＤＡＣ１０７に適用される。その結果、トランジスタＱ１は、ひどく(heavily)駆動されることがなく、飽和は急速に回避される。
【００１４】
修正ロジックは、簡単なものから複雑なものまで変えることができ、かつ、ハードウェアで実現することもできるし、（例えば、前述の米国特許第５，０２１，７５３号におけるもののような）プロセッサによって実行されるコードとして実現することもできる。
【００１５】
図２を参照すると、１つの詳細な実施例が示されていて、電流モニタ１０５および閾値コンパレータ１０９が更に詳細に示されている。電流モニタは、トランジスタＱ２および抵抗Ｒ４およびＲ５を備えているエミッタフォロア段階の形をとることができる。閾値コンパレータは、トランジスタＱ３および抵抗Ｒ６およびＲ７を備えているエミッタ接地段階の形をとることができる。動作中、電流は抵抗Ｒ７を通して流れ、これはトランジスタＱ１のベース電流に比例する。その電流のその大きさに従って、コンパレータの出力に現れる出力電圧は、スケーリング回路１２０のロジック閾値より下または上になる。
【００１６】
本発明の原理は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む多様な異なる種類の能動素子に適用できる。このような回路の例が、図４に示されていて、この中で、図１のトランジスタＱ１は、ＦＥＴ  Ｍ１によって置き換えられている。電流モニタ１０５および抵抗Ｒ３は、図４の回路からは削除されている。更に、図１の閾値コンパレータは、電圧コンパレータ３０９によって置き換えられている。トランジスタＭ１が飽和に近づくにつれて、ノードＡでの電圧を所望のレベルに上げる試みが不成功に終わり、（フィードバック装置の動作によって）ゲート電圧は急速に低下する。ゲート電圧のこの急速な低下は、直ちに電圧コンパレータ３０９によって検出され、補正動作がなされることを可能にする。
【００１７】
以上、一般的に有益で、通信信号の増幅に特に有益な応用を有する飽和防止技術および回路について述べてきた。飽和の開始は、すばやく検出され、修正動作がとられる。この回路は、その実現が簡単であるが、その動作は非常に効果的である。
【００１８】
この分野で通常の技術を有する者であれば、本発明が、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形に具体化することができることを認めるであろう。それゆえに、ここで開示した実施形態は、すべての点で、実例とはなるが、本発明を限定するものではないとみなされる。本発明の範囲は、前述の説明ではなく、添付の請求項によって示され、その趣旨および同等物の範囲内での全ての変更は、本発明に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の典型的な実施形態における飽和防止回路の図である。
【図２】図１の回路の１つの実現の詳細な図である。
【図３】図１の回路の１つの可能な応用を示す図である。
【図４】図１の回路の変形を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０１  差動演算増幅器（ｏｐアンプ）
１０３  コマンド入力信号
１０５  電流モニタ
１０７  乗算型デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）
１０８  乗数レジスタ
１０９  閾値コンパレータ
１１１  修正ロジック
１２０  ブロック
Ｑ１  トランジスタ
Ｖｂａｔ  電源
Ｌ  負荷
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  抵抗
Ａ  ノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004537873.tif 000008
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004537873.tif 000024
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