(57)【要約】【解決手段】増幅器回路（１１）は、増幅器（１２）、所要の電力の表示器（１５）、電力制御回路（１４）および電力測定回路（１３）を具備する。増幅器（１２）は、入力信号を増幅して出力信号を生成し、増幅器を駆動するために、供給電流（Ｉ）を制御する入力と、供給電流（Ｉ）および供給電圧（Ｖ）を受け取る入力とを有する。電力制御回路は、広い範囲の電力レベルにわたって最大効率で増幅器を作動させるために、複数の所要の電力レベルの任意の１つにしたがって、供給電圧（Ｖ）と供給電流（Ｉ）の両方についての値を計算して適用する。電力制御回路は、電力制御ループをさらに具備していてもよく、これにより、出力電力の調節もまた、出力電力の測定値と所要のレベルの出力電力とにしたがって行われることができる。【選択図】図１０
2004515101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給電圧Ｖを供給され、バイアス電流Ｉによってバイアスをかけられ、入力信号を増幅して出力信号を生成する増幅器と、
伝達関数にしたがい、増幅器効率を最適化するために、バイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方を調節する制御手段とを具備する増幅器回路。
【請求項２】
所要の出力電力を特定する手段をさらに具備し、ここで、伝達関数は、所要の出力電力にしたがって、バイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方に関する値を計算するよう働く請求項１記載の増幅器回路。
【請求項３】
使用において、出力信号は負荷インピーダンスに出力され、伝達関数は、負荷インピーダンスにしたがって、バイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方に関する値を計算するよう働く請求項１または請求項２に記載の増幅器回路。
【請求項４】
制御手段は、増幅器から出力された信号の電力を測定する電力測定回路を具備し、伝達関数は、出力信号の該測定された電力にしたがってバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの少なくとも１つに関する値を計算するよう働く、先行する請求項のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項５】
所要の出力電力レベルを特定する手段をさらに具備し、ここで、伝達関数は所要の電力にしたがってバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方に関する値を計算するよう働く請求項４記載の増幅器回路。
【請求項６】
制御手段はルックアップテーブルを具備し、伝達関数はルックアップテーブルを介して計算される先行する請求項のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項７】
制御手段は、バイアス電流Ｉと供給電圧Ｖを調節して増幅器出力電力レベルＰのひとつの範囲にわたって増幅器効率をほぼ一定に維持するよう作動可能な先行する請求項のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項８】
増幅器出力電力レベルＰはＡＣ出力電力レベルである請求項７記載の増幅器回路。
【請求項９】
増幅器はトランジスタを具備し、実のインピーダンスＲにトランジスタダイの出力が印加される請求項８記載の増幅器回路。
【請求項１０】
制御手段は、
【数１】
2004515101.tif 000013
のように供給電圧Ｖを調節するよう作動可能であり、ここで、Ｖｓａｔはトランジスタ飽和電圧である請求項９記載の増幅器回路。
【請求項１１】
制御手段は、
【数２】
2004515101.tif 000014
のようにバイアス電流Ｉを調節するよう作動可能な請求項１０記載の増幅器回路。
【請求項１２】
制御手段は、
【数３】
2004515101.tif 000015
のようにバイアス電流Ｉを調節するよう作動可能な請求項１０記載の増幅器回路。
【請求項１３】
制御手段は、
【数４】
2004515101.tif 000016
のようにバイアス電流Ｉを調節するよう作動可能な請求項１０記載の増幅器回路。
【請求項１４】
トランジスタはバイポーラトランジスタであり、バイアス電流Ｉはバイポーラトランジスタのコレクタ電流である請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項１５】
トランジスタは電界効果トランジスタであり、バイアス電流Ｉは電界効果トランジスタのドレーン電流である請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項１６】
増幅器の出力電力レベルＰの増加時にリミッティングが始まるとき、電圧と電流の両方のリミッティングが実質的に同時に始まるように負荷Ｒが予め決定されている請求項９から請求項１５のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項１７】
制御手段はバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖを同時に調節するよう作動可能な先行する請求項のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項１８】
通信システム用移動端末であって、先行する請求項のいずれか１項に記載の増幅器回路を具備する移動端末。
【請求項１９】
通信システム用基地局であって、請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の増幅器回路を具備する基地局。
【請求項２０】
請求項１６にしたがった１つ以上の移動端末と、請求項１９にしたがった１つ以上の基地局とを具備する通信システム。
【請求項２１】
通信システムは、ＣＤＭＡベースのシステムである請求項２０記載の通信システム。
【請求項２２】
入力信号を増幅して、出力信号を生成する増幅器を作動させる方法であって、
増幅器に供給電圧Ｖを供給し、
増幅器に供給電流Ｉを供給し、
伝達関数にしたがって、増幅器効率を最適化するために、供給電圧Ｖと供給電流Ｉの両方を調節することを含む方法。
【請求項２３】
所要の出力電力を特定し、所要の出力電力にしたがってバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方に関する値を計算することをさらに含む請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
増幅器から負荷インピーダンスへの出力信号を出力し、負荷インピーダンスにしたがって１つ以上のバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖに関する値を計算することをさらに含む請求項２２または請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
増幅器から出力された信号の電力を測定し、出力信号の該測定された電力にしたがってバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方に関する値を計算することをさらに含む請求項２２から請求項２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
所要の出力電力レベルを特定し、所要の電力にしたがってバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方に関する値を計算することをさらに含む請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
ルックアップテーブルを使用して伝達関数を計算することをさらに含む請求項２２から請求項２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
バイアス電流Ｉと供給電圧Ｖを調節して、増幅器出力電力レベルＰのひとつの範囲にわたって増幅器効率をほぼ一定に維持することをさらに含む請求項２２から請求項２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
増幅器の出力電力レベルＰはＡＣ出力電力レベルである請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
供給電圧Ｖは、
【数５】
2004515101.tif 000017
のように調節され、ここで、Ｖｓａｔはトランジスタ飽和電圧である請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
バイアス電流Ｉは、
【数６】
2004515101.tif 000018
のように調節される請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
バイアス電流Ｉは、
【数７】
2004515101.tif 000019
のように調節される請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
バイアス電流Ｉは、
【数８】
2004515101.tif 000020
のように調節される請求項３０記載の方法。
【請求項３４】
トランジスタはバイポーラトランジスタであり、バイアス電流Ｉはバイポーラトランジスタのコレクタ電流である請求項３０から請求項３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
トランジスタは電界効果トランジスタであり、バイアス電流Ｉは電界効果トランジスタのドレーン電流である請求項３０から請求項３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
負荷Ｒを予め決定し、増幅器出力電力レベルＰの増加時に、電圧と電流の両方を実質的に同時にリミッティングすることをさらに含む請求項３０から請求項３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
バイアス電流Ｉと供給電圧Ｖを実質的に同時に調節することをさらに含む請求項２２から請求項３６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３８】
入力信号を増幅して出力信号を生成するための増幅器であって、供給電流を決定するための電流制御信号入力と、供給電圧Ｖおよび供給電流Ｉの両方を受け取るために、増幅器を駆動するための入力とを有する増幅器と、
所要の電力レベルを特定する手段と、
特定された電力レベルで増幅器効率を最適化するために供給電流Ｉおよび供給電圧Ｖの値を計算し、対応する電流制御信号と対応する供給電圧とを増幅器のそれぞれの入力に印加する制御手段とを具備する増幅器回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅器回路および増幅器を作動させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子増幅器、特に電力増幅器は、オーディオ設備および遠隔通信トランシーバの送信機に広く使用されている。このような増幅器に対する要求の一つは、可能なかぎり最大の効率を得ることである。この説明のために、増幅器効率は、交流（ＡＣ）出力電力と増幅器に供給された直流（ＤＣ）入力電力間の比として考えられてもよい。
【０００３】
既知の増幅器において、この要求は、まず必要な出力電力レベルを特定し、次にその特定の出力電力レベルに対して増幅器を最適にすることによって対処される。増幅器を最適にする既知の方法の一つは、必要な出力電力レベルに対して最適な負荷を選択することである。別の方法は、異なる必要な出力電力レベルにしたがって調節することのできる切り換え可能な負荷を採用することである。通常、単一値の負荷の場合において、効率が低下するが、損失が最大になる比較的高い電力レベルでは、失った損失電力として測定される、この効率の影響を最小にするために、出力電力レベルは、最大の作動レベルか、または最大の作動レベルより僅かに低いレベルかのいずれかになるように特定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法は、与えられた負荷について、その負荷に対して特定された出力電力レベルに関して最適に近い効率を維持することだけが可能であるという問題を有する。特定の出力電力レベルのために最適化された増幅器が、異なる電力レベルのために使用される場合で、その増幅器が（例えば、負荷を調節することによって）再調節されない場合には、重大な効率の低下を生じる結果となる。例えば、固定された供給電圧を用いるＡ級増幅器が、Ｐワットの出力電力レベルのために最適化される場合には、その増幅器は、その出力電力レベルＰで作動されるとき、理想的な５０％（ゼロのトランジスタ飽和電圧Ｖｓａｔに対する理論的最大値）に近づく効率を有するだろう。同一のＡ級増幅器がＰ／２ワットの出力電力レベルで作動される場合には、理論的に得ることのできる最大効率は２５％となる。
【０００５】
本発明は、効率を、出力電力レベルのひとつの範囲にわたって最適化することのできる増幅器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの観点にしたがって、入力信号を増幅して出力信号を生成する増幅器であって、供給電圧と供給電流によって供給される増幅器と、増幅器効率を最適化するために、伝達関数にしたがって供給電流と供給電圧の両方を調節する制御手段とを具備する増幅器回路が提供される。
【０００７】
本発明のもう一つの観点にしたがって、入力信号を増幅して出力信号を生成する増幅器であって、供給電流を決定するための電流制御信号入力と、供給電圧Ｖと供給電流Ｉの両方を受け取って増幅器を駆動するための入力とを有する増幅器と、所要の電力レベルを特定する手段と、特定された電力レベルで増幅器効率を最適化するために供給電流Ｉと供給電圧Ｖの値を計算し、対応する電流制御信号と対応する供給電圧とを増幅器のそれぞれの入力に印加する制御手段とを具備する増幅器回路が提供される。
【０００８】
制御手段は、供給電流Ｉおよび供給電圧Ｖを調節して、可変の所要の出力電力レベルＰにしたがって増幅器効率を最大にし、さらに増幅器出力電力レベルＰの範囲にわたって増幅器効率をほぼ一定に維持するよう作動可能であってもよい。
【０００９】
実際、増幅器回路はトランジスタを具備していてもよく、制御手段は、
【数９】
2004515101.tif 000003
のように供給電圧Ｖを調節するように作動可能であってもよい。ここで、Ｒは、トランジスタダイの出力で示される実のインピーダンスであり、Ｖｓａｔは、トランジスタ飽和電圧である。供給電流Ｉは調節されて、
【数１０】
2004515101.tif 000004
となる。
【００１０】
これにより、増幅器効率を広い範囲の出力電力にわたって同一とする（すなわち、理想的に近くなる）ことができる。これは、１つより多い出力電力レベルで作動するように要求される装置にとって、特に有利である。これは、負荷インピーダンスの再調節を要求することなく達成される。換言すれば、一定値の負荷インピーダンスが、増幅器効率を損なうことなく、異なる出力電力レベルに使用されてもよい。
【００１１】
増幅器回路に関する一般的な応用は、遠隔通信システムの基地局（地上または衛星）、すなわち具体的には、効率がキーパラメータであり、時間にわたって、かつ広い範囲のレベルにわたって動的に変化可能な移動端末における、動的な電力制御に関するものである。
【００１２】
また、バッテリーから増幅器へ直接電力を供給するのではなく、増幅器に入力される電圧Ｖを調節して、増幅器へ電力を供給するようにバッテリーが使用される場合には、増幅器の効率は、例えばバッテリー放電の結果として生じるような、バッテリーにおける充電量の変動からは影響を受けない。可変の供給電圧を提供するためにＤＣ‐ＤＣコンバータが使用されてもよいだろう。ＤＣ‐ＤＣコンバータは、比較的高い効率を有する。
【００１３】
さらに、入力供給電圧と供給電流の両方を調節することによって、非Ａ級作動の場合に発生した高調波のレベルをより容易に制御することができる。すなわち、信号波形の峰と谷の両方に現れる電圧のリミッティングと電流のリミッティングにより、広い範囲の出力電力レベルにわたって対称波形を生成することができる。これにより発生した２次高調波のレベルが低減される。
【００１４】
本発明の更なる観点にしたがって、入力信号を増幅して出力信号を生成する増幅器を作動させる方法が提供される。この方法は、増幅器に供給電圧と供給電流を供給し、かつ増幅器効率を最適化するために、伝達関数にしたがって、供給電流Ｉと供給電圧Ｖの両方を調節することを含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
前述および更なる本発明の特徴は、添付の特許請求の範囲とその利点と共に詳細に説明され、付属の図面を参照すれば、本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を検討することにより、より明白になるであろう。
【００１６】
付属の図面の図１を参照すると、ＮＰＮバイポーラトランジスタＴＲ１を具備する増幅器１が示される。インダクタＬ１は、トランジスタＴＲ１のコレクタ端子２に接続されている。同様に、インダクタＬ２は、トランジスタＴＲ１のベース端子３に接続されている。負荷Ｚｌｏａｄは、無損失整合回路Ｍ１を介してコレクタ端子２に接続されている。無損失整合回路は、負荷Ｚｌｏａｄを実のインピーダンスＲｏｐｔに完全に変換する。したがって、トランジスタコレクタに提示された有効負荷はＲｏｐｔである。整合回路Ｍ１は、Ｒｏｐｔがトランジスタダイに提示されたインピーダンスであるように、任意のトランジスタ寄生（コレクタ‐エミッタ容量および負荷インダクタンス）を含むことが好ましい。Ｒｏｐｔは、動的負荷インピーダンスと呼ばれ、オームの単位で測定される純粋な値の抵抗を有する。
【００１７】
ここで、図２を参照すると、動的負荷線（２）と共に、トランジスタＴＲ１のコレクタ特性曲線（１）が示される。グラフの横軸は、コレクタ‐エミッタ電圧Ｖｃｅに対応する（代替的に、ＮＰＮバイポーラトランジスタＴＲ１の代りに電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が使用される場合は、Ｖｃｅは、ドレーン‐ソース電圧Ｖｄｓ（ゼロボルトのソースを持つ）と対応する）。グラフの縦軸は、コレクタ電流Ｉｃｃ（ＦＥＴと等価なものは、ドレーン電流Ｉｄｄである）に対応する。複数の曲線（１）は、異なる値のベース電流に対応する（ＦＥＴに関する異なる値のゲート電圧に対応する）。動的負荷線の傾きは、−（１／Ｒｏｐｔ）に等しい。Ｖｓがコレクタ上の特定の値のＤＣ供給電圧を示す一方で、Ｉｓは特定の値のＤＣコレクタ供給電流を示す。
【００１８】
図２において、コレクタＡＣ電圧は、振幅Ｖｓの正弦波であり、コレクタＡＣ電流は、振幅Ｉｓの正弦波である。図２の特性を示すトランジスタＴＲ１について、このトランジスタはバイアスされて最大効率を得る。最大効率のための条件は負荷線（２）によって表され、Ｒｏｐｔの固有の値に対応する。すなわち、出力電力レベルはゼロから増加するので、結局、リミッティングが生じ始めるとき、Ｒｏｐｔは電圧と電流の両方にリミッティングが同時に開始するよう予め決定される。
【００１９】
出力電力レベルは、
【数１１】
2004515101.tif 000005
に等しい。ここで、Ｐａｃの単位はワットであり、ＶｃｅとＶｓａｔの単位はボルトであり、Ｒｏｐｔの単位はオームである。図２において、Ｖｃｅ＝Ｖｓである。したがって、
【数１２】
2004515101.tif 000006
となる。
【００２０】
Ｖｓａｔは、ゼロに向かう傾向があり、ＤＣコレクタ供給電流Ｉｓは、
【数１３】
2004515101.tif 000007
【００２１】
であるので、Ｐａｃは、
【数１４】
2004515101.tif 000008
に向かう傾向がある。ＤＣ入力電力は、Ｖｓ・Ｉｓであるから、結果として生じる理論的効率は、（Ｖｓａｔがゼロに近づくので）５０％である。
【００２２】
方程式２は、最適ＤＣ供給電圧Ｖｓを計算するために使用することができる：
【数１５】
2004515101.tif 000009
Ｖｓから、要求されるＤＣコレクタ供給電流Ｉｃｃを計算することができる：
【数１６】
2004515101.tif 000010
【００２３】
図３、図４および図５は、コレクタ特性曲線および動的負荷線の３つのグラフを示す。これらのグラフのそれぞれにおいて、Ｖｃｅ＝Ｖｓは一定の値であり、Ｒｏｐｔから導かれる負荷線の傾きは、一定の
【数１７】
2004515101.tif 000011
である。それぞれのグラフについて、コレクタＤＣ供給電流Ｉｃｃの値は異なる（Ｉｓの倍数または約数）。簡単にするために、特性曲線は、Ｖｓａｔがゼロとなるよう近似されてしまっている。コレクタ電圧Ｖｃｅとコレクタ電流Ｉｃｃの軌跡は、負荷線である。
【００２４】
図３は、ＶｓとＩｓが定数である場合における、Ｖｓと１／２ＩｓにＤＣ作動点を有する、理想化されたコレクタ特性曲線と動的負荷線を図示する。図３において、
【数１８】
2004515101.tif 000012
である。信号が線形作動について最大な場合（リミッティングがまさに生じようとしている）のリミッティングの場合、効率は２５％である。
【００２５】
図４は、ＶｓとＩｓにＤＣ作動点を有する、理想化されたコレクタ特性曲線と動的負荷線とを示す。図４において、トランジスタにバイアスをかけて最大の効率を得るために、Ｉｃｃ＝Ｉｓである。コレクタＡＣ電圧は、振幅Ｖｓの正弦波であり、コレクタ電流は、振幅Ｉｓの正弦波である。これは図２の条件に対応し、ゼロであると想定されるＶｓａｔに向けられる。この条件において、増幅器は、飽和のしきい値限界上にあり、電圧または電流のいずれにもリミッティングがない線形（Ａ級）作動を維持しながら、最大の電圧と電流の振幅が得られる。したがって、理論的効率は５０％である。
【００２６】
図５は、Ｖｓと２ＩｓにＤＣ作動点を有する、理想化されたコレクタ特性曲線および動的負荷線を示す。図５において、Ｉｃｃ＝２Ｉｓである。信号振幅がゼロから増加するので、電圧のリミッティングは、まず、電圧の最大値上にではなく、電圧の最小値上に生じ、基本と比べて高いレベルの２次高調波の上昇をもたらすことが分かるであろう。図５の供給電流について、増幅器が線形（Ａ級）作動（示されている）を維持しながら最大の電力レベルで作動している場合、効率は２５％である。
【００２７】
図６および図７は、供給電圧と供給電流Ｉｃｃの両方が同時に調節されて、２つの異なる電力レベルのそれぞれについて、５０％の理論的効率をもたらす、２つの例を示す。図６は、１．５Ｖｓと１．５ＩｓにＤＣ作動点を有する、理想化されたコレクタ特性曲線と動的負荷線を示す。図７は、０．７５Ｖｓと０．７５ＩｓにＤＣ作動点を有する、理想化されたコレクタ特性曲線と動的負荷線を示す。
【００２８】
図８および図９は、増幅器を制御する多少異なる方法を示す。図８は、増幅器の効率を最適化する一つの方法のフローチャートである。図８において、増幅器からの出力において要求されるレベルの電力が、ステージ３で受け取られる。次に、ステージ４における供給電圧Ｖについての値は、後に続く電流Ｉの計算５によって計算される。その後、計算された電圧と電流は、その効率を最適化するために６で増幅器に印加される。図９は、増幅器の効率を最適化する別の方法のフローチャートである。図９において、同一の作動が実行されるが、ステージ４および５の電圧と電流の計算は、同時または非逐次的に実行される。
【００２９】
付属の図面の図１０は、供給電流と供給電圧の制御を用いる増幅器回路１１の模式図である。増幅器回路１１は、増幅器１２を具備し、増幅器１２は、例えば、図１の増幅器を具備していてもよい。増幅器１２は、増幅器を駆動するために、供給電流Ｉを決定する電流制御信号入力（Ｉｃｏｎｔｒｏｌ）および、供給電圧Ｖと供給電流Ｉの両方を受け取る入力を有する。バイポーラトランジスタ増幅器の場合において、Ｉｃｏｎｔｒｏｌ信号は、トランジスタのベースバイアス電流を調節するために作動し、次に供給電流（コレクタ電流）を調節するために作用する。ＦＥＴ増幅器の場合において、Ｉｃｏｎｔｒｏｌ信号は、トランジスタのゲート電圧を調節するために作動し、その信号は、順番に供給電流（ドレーン電流）を調節するために作用する。
【００３０】
増幅器１２は、入力線上の信号を受信し、かつ出力線上に受信された信号の増幅されたバージョンを出力する。電力測定回路１３は、例えば、包絡線検出器であってもよいが、出力線に接続され、出力線上の信号における電力を測定する。代りに電力測定回路が出力線と直列に配置されてもよいが、それでも同一の電力測定機能を実行することは評価されうる。
【００３１】
電力を表す信号は、電力測定回路１３から電力制御回路１４に供給される。電力制御回路１４もまた、所要の電力レベル表示器１５から所要の電力レベル信号を受信する。オーディオ増幅器回路において、所要の電力レベル表示器は、ユーザによる選択のための音量制御ツマミに接続された可変抵抗器でありえる。セルラ電話機システムにおいて、電力制御は、セルラ電話機によって電力出力を制御するために使用される。電力制御は、本質的には、２つのソースの１つまたは両方から、すなわち、セルラ電話機自体からまたはセルラシステムからもたらされる。前者の場合において、電力制御は、セルラ電話機によって受信された通信信号における電力を測定し、この信号に反比例する出力電力を調節することによって行われる。後者の場合において、電力制御は、セルラシステムにおける移動制御器からの命令信号の形式で行われ、この制御器は、セルラ電話機から受信された信号における電力を測定し、システムの中の所要のパラメータに適合するために、その出力電力を調節するための命令をセルラ電話機に送出する。このように、セルラ電話機用増幅器において、所要の電力レベル表示器は、セルラ電話機の内部のまたは外部のソースからのデータを受信するレジスタであってもよい。
【００３２】
電力制御回路は、所要の電力レベル信号を使用して、上述の供給電圧Ｖと供給電流Ｉとを計算し、発生させる。電力制御回路１４もまた、電力測定回路１３からの出力電力信号と共に、所要の電力レベル表示器１５からの所要の電力レベル信号を使用して、所要の出力電力を正確に制御するためのＶまたはＩの値をさらに調節する。
【００３３】
一般的に、効率は、伝達関数を使用して、所要の電力レベルにしたがって、供給電圧と供給電力の両方を調節することにより制御される。伝達関数は、前述の方程式か、あるいは、電力レベル、供給電流および供給電圧間の経験的に決定された関係を有する１つ以上のルックアップテーブルを適用する回路を使用して実現される。いずれにしても、所要の／要求された電力出力に関する最適増幅器効率を達成するために必要な供給電流Ｉと供給電圧Ｖの値は、電力制御回路１４によって決定される。その後電力制御回路１４は、その決定に応じて供給電流Ｉと供給電圧Ｖとを調節する。
【００３４】
図１１は、増幅器回路のより詳細なブロック図であり、効率および電力を別々に制御する方法を示す。電力制御は、測定された出力電力にしたがって、供給電圧を調節することにより達成される。要求された電力レベルは、電力制御回路１４において計算ユニット１７に入力され、計算ユニット１７は、Ｖ、Ｉに関する値、とＩｃｏｎｔｒｏｌの対応する値とを計算する。計算された値でのＩｃｏｎｔｒｏｌは、ライン１９で増幅器１２に入力される。このようにして、増幅器の効率が制御される。
【００３５】
計算された値での供給電圧Ｖは、ライン２０上で加算回路２１に出力される。電力測定回路１３からの出力、すなわち、実際の電力を表す信号は、制御ユニット２２に入力され、制御ユニット２２もまた、所要の電力レベルレジスタ１６からの要求された電力レベル信号を受信する。制御ユニット２２は、要求された電力レベル信号と実際の電力を表す信号との間の差に比例する信号を提供する比較器として働く。
【００３６】
制御ユニット２２の出力もまた加算回路２１に入力され、こうして加算回路２１は、要求された電力と実際の電力との間の差にしたがって増幅器１２に印加された供給電圧Ｖを調節する。加算回路２１、制御機能２２、増幅器１２および電力測定回路１３は、このように、効率の制御の影響を受けない、増幅器１２の出力電力を別個のパラメータとして制御するための制御ループの要素を構成する。
【００３７】
図１２は、増幅器回路のもう一つの詳細なブロック図で、測定された出力電力にしたがって、供給電流を調節することによって電力制御が達成される代替的な配置を示す。図１２における配置は、図１１に示される配置と同様であるが、出力電力が、供給電圧とは反対に、供給電流を調節することによって制御されることは異なる。
【００３８】
代替的な配置（示されていない）において、電力制御回路１４は、追加的にまたは代替的に、増幅器への入力電力および増幅器の利得に基づいて増幅器の効率を最適化するために、増幅器回路１２の供給電圧と電流を制御する。これに応じて、この配置において、電力測定回路１３は入力信号の測定を行い、その後、増幅器の供給電圧と電流を調節する。値は、増幅器の特性の知識に基づいて、増幅器の利得について想定することができる。代りに、利得は、二番目の電力測定回路を使用して出力電力を測定することによって測定可能である。独立した正確な電力制御が、図１１または図１２に示すように実施可能である。
【００３９】
好ましい実施形態を参照して、こうして本発明を説明してきたが、本実施形態は単に例示的であり、適切な知識と技術を有する者が考える修正または変形が、添付の特許請求の範囲およびその均等物に示される本発明の精神および範囲から逸脱することなく製作可能であることが、よく理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、トランジスタ増幅器回路を示す。
【図２】
図２は、図１のトランジスタのコレクタ特性曲線と動的負荷線を示す。
【図３】
図３は、Ｖｓと１／２ＩｓにＤＣ作動点を有する、理想化されたコレクタ特性曲線と動的負荷線を示す。
【図４】
図４は、ＶｓとＩｓにＤＣ作動点を有する、理想化されたコレクタ特性曲線と動的負荷線を示す。
【図５】
図５は、Ｖｓと２ＩｓにＤＣ作動点を有する、理想化されたコレクタ特性曲線と動的負荷線を示す。
【図６】
図６は、１．５Ｖｓと１．５ＩｓにＤＣ作動点を有する、理想化されたコレクタ特性曲線と動的負荷線を示す。
【図７】
図７は、０．７５Ｖｓと０．７５ＩｓにＤＣ作動点を有する、理想化されたコレクタ特性曲線と動的負荷線を示す。
【図８】
図８は、増幅器の効率を最適化する一つの方法のフローチャートである。
【図９】
図９は、増幅器の効率を最適化する別の方法のフローチャートである。
【図１０】
図１０は、増幅器回路の全部の機能を示す概略のブロック図である。
【図１１】
図１１は、増幅器回路のより詳細なブロック図である。
【図１２】
図１２は、増幅器回路の別のより詳細なブロック図である。
【図１】
2004515101.tif 000021
【図２】
2004515101.tif 000022
【図３】
2004515101.tif 000023
【図４】
2004515101.tif 000024
【図５】
2004515101.tif 000025
【図６】
2004515101.tif 000026
【図７】
2004515101.tif 000027
【図８】
2004515101.tif 000028
【図９】
2004515101.tif 000029
【図１０】
2004515101.tif 000030
【図１１】
2004515101.tif 000031
【図１２】
2004515101.tif 000032
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月5日(2002.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給電圧Ｖを供給され、バイアス電流Ｉによってバイアスをかけられ、入力信号を増幅して出力信号を生成する増幅器と、
伝達関数にしたがい、増幅器効率を最適化するために、バイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方を調節する制御手段とを具備する増幅器回路。
【請求項２】
所要の出力電力を特定する手段をさらに具備し、ここで、伝達関数は、所要の出力電力にしたがって、バイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方に関する値を計算するよう働く請求項１記載の増幅器回路。
【請求項３】
使用において、出力信号は負荷インピーダンスに出力され、伝達関数は、負荷インピーダンスにしたがって、バイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方に関する値を計算するよう働く請求項１または請求項２に記載の増幅器回路。
【請求項４】
制御手段は、増幅器から出力された信号の電力を測定する電力測定回路を具備し、伝達関数は、出力信号の該測定された電力にしたがってバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの少なくとも１つに関する値を計算するよう働く、先行する請求項のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項５】
所要の出力電力レベルを特定する手段をさらに具備し、ここで、伝達関数は所要の電力にしたがってバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方に関する値を計算するよう働く請求項４記載の増幅器回路。
【請求項６】
制御手段はルックアップテーブルを具備し、伝達関数はルックアップテーブルを介して計算される先行する請求項のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項７】
制御手段は、バイアス電流Ｉと供給電圧Ｖを調節して増幅器出力電力レベルＰのひとつの範囲にわたって増幅器効率をほぼ一定に維持するよう作動可能な先行する請求項のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項８】
増幅器出力電力レベルＰはＡＣ出力電力レベルである請求項７記載の増幅器回路。
【請求項９】
増幅器はトランジスタを具備し、実のインピーダンスＲにトランジスタダイの出力が印加される請求項８記載の増幅器回路。
【請求項１０】
制御手段は、
【数１】
2004515101.tif 000068
のように供給電圧Ｖを調節するよう作動可能であり、ここで、Ｖｓａｔはトランジスタ飽和電圧である請求項９記載の増幅器回路。
【請求項１１】
制御手段は、
【数２】
2004515101.tif 000069
のようにバイアス電流Ｉを調節するよう作動可能な請求項１０記載の増幅器回路。
【請求項１２】
制御手段は、
【数３】
2004515101.tif 000070
のようにバイアス電流Ｉを調節するよう作動可能な請求項１０記載の増幅器回路。
【請求項１３】
制御手段は、
【数４】
2004515101.tif 000071
のようにバイアス電流Ｉを調節するよう作動可能な請求項１０記載の増幅器回路。
【請求項１４】
トランジスタはバイポーラトランジスタであり、バイアス電流Ｉはバイポーラトランジスタのコレクタ電流である請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項１５】
トランジスタは電界効果トランジスタであり、バイアス電流Ｉは電界効果トランジスタのドレーン電流である請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項１６】
増幅器の出力電力レベルＰの増加時にリミッティングが始まるとき、電圧と電流の両方のリミッティングが実質的に同時に始まるように負荷Ｒが予め決定されている請求項９から請求項１５のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項１７】
制御手段はバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖを同時に調節するよう作動可能な先行する請求項のいずれか１項に記載の増幅器回路。
【請求項１８】
通信システム用移動端末であって、先行する請求項のいずれか１項に記載の増幅器回路を具備する移動端末。
【請求項１９】
通信システム用基地局であって、請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の増幅器回路を具備する基地局。
【請求項２０】
請求項１６にしたがった１つ以上の移動端末と、請求項１９にしたがった１つ以上の基地局とを具備する通信システム。
【請求項２１】
通信システムは、ＣＤＭＡベースのシステムである請求項２０記載の通信システム。
【請求項２２】
入力信号を増幅して、出力信号を生成する増幅器を作動させる方法であって、
増幅器に供給電圧Ｖを供給し、
増幅器に供給電流Ｉを供給し、
伝達関数にしたがって、増幅器効率を最適化するために、供給電圧Ｖと供給電流Ｉの両方を調節することを含む方法。
【請求項２３】
所要の出力電力を特定し、所要の出力電力にしたがってバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方に関する値を計算することをさらに含む請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
増幅器から負荷インピーダンスへの出力信号を出力し、負荷インピーダンスにしたがって１つ以上のバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖに関する値を計算することをさらに含む請求項２２または請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
増幅器から出力された信号の電力を測定し、出力信号の該測定された電力にしたがってバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方に関する値を計算することをさらに含む請求項２２から請求項２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
所要の出力電力レベルを特定し、所要の電力にしたがってバイアス電流Ｉと供給電圧Ｖの両方に関する値を計算することをさらに含む請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
ルックアップテーブルを使用して伝達関数を計算することをさらに含む請求項２２から請求項２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
バイアス電流Ｉと供給電圧Ｖを調節して、増幅器出力電力レベルＰのひとつの範囲にわたって増幅器効率をほぼ一定に維持することをさらに含む請求項２２から請求項２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
増幅器の出力電力レベルＰはＡＣ出力電力レベルである請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
供給電圧Ｖは、
【数５】
2004515101.tif 000072
のように調節され、ここで、Ｖｓａｔはトランジスタ飽和電圧である請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
バイアス電流Ｉは、
【数６】
2004515101.tif 000073
のように調節される請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
バイアス電流Ｉは、
【数７】
2004515101.tif 000074
のように調節される請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
バイアス電流Ｉは、
【数８】
2004515101.tif 000075
のように調節される請求項３０記載の方法。
【請求項３４】
トランジスタはバイポーラトランジスタであり、バイアス電流Ｉはバイポーラトランジスタのコレクタ電流である請求項３０から請求項３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
トランジスタは電界効果トランジスタであり、バイアス電流Ｉは電界効果トランジスタのドレーン電流である請求項３０から請求項３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
負荷Ｒを予め決定し、増幅器出力電力レベルＰの増加時に、電圧と電流の両方を実質的に同時にリミッティングすることをさらに含む請求項３０から請求項３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
バイアス電流Ｉと供給電圧Ｖを実質的に同時に調節することをさらに含む請求項２２から請求項３６のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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