(57)【要約】増幅器回路は飽和モード動作にバイアスされた電力増幅器と、電力増幅器に電流を与える制御可能な電流源とを含む。制御可能な電流源は、与える供給電流を振幅情報信号に応じて変調することにより電力増幅器からの出力信号の望ましい振幅変調を行う。
2004526376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力増幅器回路であって、
飽和モード動作にバイアスされ、一定包絡線ＲＦ入力信号を増幅することによりＲＦ出力信号を生成する電力増幅器と、
振幅情報信号に応じて前記電力増幅器の供給電流を変調して、望ましい振幅変調を前記ＲＦ出力信号に与える電流源と、
を備える電力増幅器回路。
【請求項２】
前記電流源は前記振幅情報信号に応じて前記供給電流を線形で変えるための閉ループ制御回路を備える、請求項１記載の電力増幅器回路。
【請求項３】
前記閉ループ制御回路は、
前記電力増幅器の前記供給電流に比例するフィードバック信号を生成する電流センサと、
制御信号に応じて前記電力増幅器の前記供給電流を制御するパス・トランジスタと、
前記フィードバック信号と前記振幅情報信号とに応じて前記制御信号を生成する制御増幅器回路と、
を備える請求項２記載の電力増幅器回路。
【請求項４】
前記制御増幅器回路は演算増幅器を含み、前記演算増幅器は、
前記フィードバック信号を受ける第１の入力と、
前記振幅情報信号を受ける第２の入力と、
前記パス・トランジスタを制御するのに用いる前記制御信号を与える出力と、
を備える請求項３記載の電力増幅器回路。
【請求項５】
前記第１の入力は前記演算増幅器の反転入力を含み、前記フィードバック信号は前記演算増幅器への負フィードバック信号として作用する、請求項４記載の電力増幅器回路。
【請求項６】
前記電流センサは前記電力増幅器の前記供給電流を運ぶ供給電流経路内に直列に設けた抵抗器を含む、請求項３記載の電力増幅器回路。
【請求項７】
少なくとも２個の検知抵抗器と、
選択信号に応じて、前記少なくとも２個の検知抵抗器の中の選択された１個を、前記電力増幅器の前記供給電流を運ぶ供給電流経路内に選択的に切り替える切替え回路と、
を更に含む請求項３記載の電力増幅器回路。
【請求項８】
前記電力増幅器の前記供給電流の大きさに基づいて前記選択信号を生成する選択論理を更に含む、請求項７記載の電力増幅器回路。
【請求項９】
前記パス・トランジスタは前記電力増幅器の前記供給電流を運ぶ供給電流経路内に設けた電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、請求項３記載の電力増幅器回路。
【請求項１０】
前記制御増幅器回路は前記振幅情報信号に線形で応じる演算増幅器を含む、請求項３記載の電力増幅器回路。
【請求項１１】
前記制御増幅器のフィードバック・ループ内に設けて前記フィードバック信号を増幅するフィードバック信号増幅器を更に含む、請求項３記載の電力増幅器回路。
【請求項１２】
前記フィードバック信号増幅器は演算増幅器を含む、請求項１１記載の電力増幅器回路。
【請求項１３】
前記電流源は前記振幅情報信号に応じて前記電力増幅器の前記供給電流を制御する電流ミラーを含む、請求項１記載の電力増幅器回路。
【請求項１４】
前記電流ミラーは、
前記振幅情報信号に応じて制御電流を生成する第１のトランジスタ回路と、
前記第１のトランジスタ回路に結合し、前記電力増幅器の供給経路内に設けて、前記電力増幅器の前記供給電流を前記制御電流に比例して制御する第２のトランジスタ回路と、
を備える請求項１３記載の電力増幅器回路。
【請求項１５】
前記電流ミラーは整合したデバイス形状寸法を持つ第１および第２の整合トランジスタ回路を含み、前記整合したデバイス形状寸法の相対的大きさは前記制御電流と前記供給電流との間の電流利得を決定する、請求項１３記載の電力増幅器回路。
【請求項１６】
前記電流ミラーは、
前記振幅情報信号が設定する制御電流を運ぶ第１の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）デバイスと、
前記供給電流を運ぶ供給経路内に設け、前記第１のＦＥＴデバイスに結合して、前記電力増幅器の前記供給電流を前記制御電流に比例して制御する第２のＦＥＴデバイスと、
を備える、請求項１３記載の電力増幅器回路。
【請求項１７】
前記電流ミラーは、
前記振幅情報信号が設定する制御電流を運ぶ第１のバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）デバイスと、
前記供給電流を運ぶ供給経路内に設け、前記第１のＪＢＴデバイスに結合して、前記電力増幅器の前記供給電流を前記制御電流に比例して制御する第２のＪＢＴデバイスと、
を備える請求項１３記載の電力増幅器回路。
【請求項１８】
前記電流ミラーは、
前記振幅情報信号に比例する制御電圧を生成する入力回路と、
前記入力回路にフィードバック電圧信号を与えて前記振幅情報信号と前記基準電流とを比例させる基準負荷内に、前記制御電圧信号に応じる基準電流を生成する基準電流回路と、
前記基準負荷を流れる前記基準電流に比例して前記電力増幅器への前記供給電流を制御する出力電流回路と、
を備える請求項１３記載の電力増幅器回路。
【請求項１９】
前記入力回路は、前記振幅情報信号に結合するベース端子と、コレクタ抵抗器を通して供給電圧に結合するコレクタ端子と、エミッタ縮退抵抗器を通して信号接地に結合するエミッタ端子とを備えるバイポーラ・トランジスタを備え、前記エミッタ端子は前記基準負荷からの前記フィードバック電圧信号に更に結合する、請求項１８記載の電力増幅器回路。
【請求項２０】
前記基準電流回路は、前記制御電圧信号に結合するゲート端子と、供給電圧に結合するソース端子と、前記基準負荷に結合して前記制御電圧信号に比例する前記基準電流を前記基準負荷に与えるドレン端子とを備える第１の電界効果トランジスタを備える、請求項１８記載の電力増幅器回路。
【請求項２１】
前記出力電流回路は、前記第１の電界効果トランジスタに整合し、前記制御電圧信号に結合するゲート端子と、前記供給電圧に結合するソース端子と、増幅器前記基準負荷を流れる前記基準電流に比例する前記供給電流を前記電力に与えるドレン端子とを備える第２の電界効果トランジスタを備える、請求項２０記載の電力増幅器回路。
【請求項２２】
前記電力増幅器はヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（ＨＢＴ）デバイスを含む、請求項１記載の電力増幅器回路。
【請求項２３】
前記電力増幅器回路は無線通信網で用いる移動体端末内のＲＦ送信機の一部を含む、請求項１記載の電力増幅器回路。
【請求項２４】
前記電力増幅器回路は無線通信網の一部を形成する基地局内で用いる基地局送信機の一部を含む、請求項１記載の電力増幅器回路。
【請求項２５】
ＲＦ送信機であって、
位相情報信号と振幅情報信号とを生成するベースバンド・プロセッサと、
前記位相情報信号に応じて一定包絡線を持つ位相変調信号を生成する変調器と、
前記位相変調信号に応じて前記ＲＦ出力信号を生成する電力増幅器回路であって、
飽和モード動作にバイアスされ、前記位相変調信号を増幅することにより前記ＲＦ出力信号を生成する電力増幅器と、
前記振幅情報信号に応じて前記電力増幅器の供給電流を変調して、望ましい振幅変調を前記ＲＦ出力信号に与える電流源と、
を備える電力増幅器回路と、
を備えるＲＦ送信機。
【請求項２６】
前記電流源は前記振幅情報信号に応じて前記供給電流を線形で変えるための閉ループ制御回路を備える、請求項２５記載のＲＦ送信機。
【請求項２７】
前記閉ループ制御回路は、
前記電力増幅器の前記供給電流に比例するフィードバック信号を生成する電流センサと、
制御信号に応じて前記電力増幅器の前記供給電流を制御するパス・トランジスタと、
前記フィードバック信号と前記振幅情報信号とに応じて前記制御信号を生成する制御増幅器回路と、
を備える請求項２６記載のＲＦ送信機。
【請求項２８】
前記制御増幅器回路は演算増幅器を含み、前記演算増幅器は、
前記フィードバック信号を受ける第１の入力と、
前記振幅情報信号を受ける第２の入力と、
前記パス・トランジスタを制御するのに用いる前記制御信号を与える出力と、
を備える請求項２７記載のＲＦ送信機。
【請求項２９】
前記制御増幅器回路は前記演算増幅器のフィードバック・ループ内に設けて前記フィードバック信号を増幅する第２の増幅器を含む、請求項２８記載のＲＦ送信機。
【請求項３０】
前記第１の入力は前記演算増幅器の反転入力を含み、前記フィードバック信号は前記演算増幅器への負フィードバック信号として作用する、請求項２８記載のＲＦ送信機。
【請求項３１】
前記電流センサは前記電力増幅器の前記供給電流を運ぶ供給電流経路内に直列に設けた抵抗器を含む、請求項２７記載のＲＦ送信機。
【請求項３２】
少なくとも２個の検知抵抗器と、
選択信号に応じて、前記２個の検知抵抗器の中の選択された１個を、前記電力増幅器の前記供給電流を運ぶ供給電流経路内に選択的に切り替える切替え回路と、
を更に含む請求項２７記載のＲＦ送信機。
【請求項３３】
前記電力増幅器の前記供給電流の大きさに基づいて前記選択信号を生成する選択論理を更に含む、請求項３２記載のＲＦ送信機。
【請求項３４】
前記パス・トランジスタは前記電力増幅器の前記供給電流を運ぶ供給電流経路内に設けた電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、請求項２７記載のＲＦ送信機。
【請求項３５】
前記閉ループ制御回路の前記制御増幅器回路は前記振幅情報信号に線形で応じる演算増幅器を含む、請求項２７記載のＲＦ送信機。
【請求項３６】
前記電流源は前記振幅情報信号に応じて前記電力増幅器の前記供給電流を制御する電流ミラーを含む、請求項２５記載のＲＦ送信機。
【請求項３７】
前記電流ミラーは、
前記振幅情報信号に応じて制御電流を生成する第１のトランジスタ回路と、
前記第１のトランジスタ回路に結合し、前記電力増幅器の供給経路内に設けて、前記電力増幅器の前記供給電流を前記制御電流に比例して制御する第２のトランジスタ回路と、
を備える請求項３６記載のＲＦ送信機。
【請求項３８】
前記電流ミラーは整合したデバイス形状寸法を持つ第１および第２の整合トランジスタ回路を含み、前記整合したデバイス形状寸法の相対的大きさは前記制御電流と前記供給電流の間の電流利得を決定する、請求項３６記載のＲＦ送信機。
【請求項３９】
前記電流ミラーは、
前記振幅情報信号が設定する制御電流を運ぶ第１の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）デバイスと、
前記供給電流を運ぶ供給経路内に設け、前記第１のＦＥＴデバイスに結合して、前記電力増幅器の前記供給電流を前記制御電流に比例して制御する第２のＦＥＴデバイスと、
を備える請求項３６記載のＲＦ送信機。
【請求項４０】
前記電流ミラーは、
前記振幅情報信号が設定する制御電流を運ぶ第１のバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）デバイスと、
前記供給電流を運ぶ供給経路内に設け、前記第１のＪＢＴデバイスに結合して、前記電力増幅器の前記供給電流を前記制御電流に比例して制御する第２のＪＢＴデバイスと、
を備える請求項３６記載のＲＦ送信機。
【請求項４１】
前記電流ミラーは、
前記振幅情報信号に比例する制御電圧を生成する入力回路を有し、
前記制御電圧信号に応じて基準電流を基準負荷内に生成する基準電流回路を有し、前記基準負荷はフィードバック電圧信号を前記入力回路に与えて前記振幅情報信号と前記基準電流間の比例関係を維持し、
前記基準負荷を流れる前記基準電流に比例して前記電力増幅器への前記供給電流を制御する出力電流回路を有する、
請求項３６記載のＲＦ送信機。
【請求項４２】
前記ＲＦ送信機は無線通信網内で用いる移動体端末の一部を含む、請求項２５記載のＲＦ送信機。
【請求項４３】
前記ベースバンド・プロセッサは、入力データと所定の変調方式に基づいて前記位相および振幅情報信号を生成するディジタル信号処理プロセッサを含む、請求項４２記載のＲＦ送信機。
【請求項４４】
前記移動体端末はユーザ・インターフェースを更に含み、前記ユーザ・インターフェースはオーディオ入力信号を生成するマイクロホンを含む、請求項４３記載のＲＦ送信機。
【請求項４５】
前記オーディオ入力信号のディジタル化に基づいて、前記ディジタル信号処理プロセッサへの前記入力データの少なくとも一部を生成するアナログ・ディジタル変換器を更に含む、請求項４２記載のＲＦ送信機。
【請求項４６】
ＲＦ電力増幅器と共に用いる電流変調回路であって、
振幅情報信号を受信する第１の入力を有し、
前記第１の入力に結合して、前記振幅情報信号に比例する制御電圧信号を生成する入力回路を有し、
前記制御電圧信号に応じて基準電流を基準負荷内に生成する基準電流回路を有し、前記基準負荷はフィードバック電圧信号を前記入力回路に与えて前記振幅情報信号と前記基準電流間の比例関係を維持し、
変調供給電流をＲＦ電力増幅器に与える出力電流回路を有し、前記変調供給電流は前記振幅情報信号に従って変調され、
前記変調供給電流を与えるための出力を有する、
電流変調回路。
【請求項４７】
送信信号を変調する方法であって、
飽和モードで動作する電力増幅器で一定包絡線信号を増幅して送信信号を生成し、前記電力増幅器は可変電流源により供給電流を得て、
前記電流源が前記電力増幅器に与える前記供給電流を振幅情報信号に応じて変えて前記送信信号の振幅を変調する、
ことを備えた方法。
【請求項４８】
前記電流源が前記電力増幅器に与える前記供給電流を振幅情報信号に応じて変えて前記送信信号の振幅を変調するステップは、
前記振幅情報信号と、前記電力増幅器に与える前記供給電流の大きさに比例するフィードバック信号との差に基づく制御電圧を生成し、
パス・トランジスタを前記制御電圧で制御し、前記パス・トランジスタは前記電力増幅器の前記供給電流を伝送する供給電流経路内に配置された、
ことを含む請求項４７記載の送信信号を変調する方法。
【請求項４９】
前記電力増幅器の前記供給電流経路内に直列に設けた検知抵抗器から前記フィードバック信号を生成することを更に含む、請求項４８記載の送信信号を変調する方法。
【請求項５０】
前記フィードバック信号を用いる前に前記検知抵抗器からの前記フィードバック信号を増幅して前記制御電圧を生成することを更に含む、請求項４９記載の送信信号を変調する方法。
【請求項５１】
前記電流源が前記電力増幅器に与える前記供給電流を振幅情報信号に応じて変えて前記送信信号の振幅を変調するステップは、
電流ミラーを介して前記供給電流を前記電力増幅器に与え、
前記電流ミラーを制御して前記振幅情報信号に基づいて前記供給電流の大きさを設定する、
ことを含む請求項４７記載の送信信号を変調する方法。
【請求項５２】
位相および振幅変調を持つＲＦ送信信号を生成する方法であって、
ベースバンド位相および振幅情報信号を生成し、
ＲＦ搬送波信号を前記位相情報信号で変調して一定包絡線位相変調信号を生成し、
飽和モード動作にバイアスされた電力増幅器で前記一定包絡線位相変調信号を増幅して、前記位相情報信号に対応する位相変調を持つＲＦ送信信号を生成し、
前記電力増幅器の供給電流を前記振幅情報信号に基づいて変調して、前記振幅情報信号に対応する振幅変調を前記ＲＦ送信信号に与える、
ことを含むＲＦ送信信号を生成する方法。
【請求項５３】
前記電力増幅器の供給電流を前記振幅情報信号に基づいて変調して、前記振幅情報信号に対応する振幅変調を前記ＲＦ送信信号に与えるステップは、
可変電流源を用いて前記供給電流を生成し、
前記可変電流源が与える前記供給電流の大きさを前記振幅情報信号に基づいて変える、
ことを含む請求項５２記載のＲＦ送信信号を生成する方法。
【請求項５４】
前記可変電流源が与える前記供給電流の大きさを前記振幅情報信号に基づいて変えるステップは、
前記振幅情報信号と、前記電力増幅器に与える前記供給電流の大きさに比例するフィードバック信号との差に基づく制御電圧を生成し、
パス・トランジスタを前記制御電圧で制御し、前記パス・トランジスタは前記電力増幅器の前記供給電流を伝送する供給電流経路内に配置される、
ことを含む請求項５２記載のＲＦ送信信号を生成する方法。
【請求項５５】
前記電力増幅器の前記供給電流経路内に直列に設けた検知抵抗器から前記フィードバック信号を生成することを更に含む、請求項５４記載のＲＦ送信信号を生成する方法。
【請求項５６】
前記可変電流源が与える前記供給電流の大きさを前記振幅情報信号に応じて変えるステップは、
電流ミラーを介して前記供給電流を前記電力増幅器に与え、
前記電流ミラーを制御して前記振幅情報信号に基づいて前記供給電流の大きさを設定する、
ことを含む請求項５３記載のＲＦ送信信号を生成する方法。
【請求項５７】
前記電流ミラーを制御して前記振幅情報信号に基づいて前記供給電流の大きさを設定するステップは、前記振幅情報信号に基づいて前記電流ミラーの基準電流を制御することに基づいて前記供給電流を変え、前記基準電流の大きさは前記供給電流の対応する大きさを決定することを含む、請求項５６記載のＲＦ送信信号を生成する方法。
【請求項５８】
前記ベースバンド位相および振幅情報信号を生成するステップは、
オーディオ入力信号をディジタル化してディジタル化オーディオ・サンプルを生成し、
前記ディジタル化オーディオ・サンプルを符号化して、位相情報と振幅情報とを有する送信シンボルのシーケンスを生成し、
前記送信シンボルのシーケンスの前記振幅情報に基づいて前記振幅情報信号を生成し、
前記送信シンボルのシーケンスの前記位相情報に基づいて前記位相情報信号を生成し、前記位相情報信号は前記振幅情報信号と同期して生成する、
ことを含む請求項５２記載のＲＦ送信信号を生成する方法。
【請求項５９】
前記振幅情報信号を生成するステップは、
望ましい振幅変調に対応するディジタル信号として前記振幅情報信号を生成し、
前記ディジタル信号をアナログ信号に変換して前記振幅情報信号の対応アナログ信号を形成する、
ことを含む請求項５２記載のＲＦ送信信号を生成する方法。
【請求項６０】
前記電力増幅器の供給電流を前記振幅情報信号に基づいて変調して、前記振幅情報信号に対応する振幅変調を前記ＲＦ送信信号に与えるステップは、前記振幅情報信号の前記対応アナログ信号に基づいて前記電力増幅器の前記供給電流を変調することを含む、請求項５２記載のＲＦ送信信号を生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してＲＦ電力増幅器に関するものであって、特に効率的な線形ＲＦ信号増幅に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの無線通信標準がすでに使用されており、また今後使用が計画されているものもある。種々にグローバル展開されている現在の標準には、ＴＩＡ／ＥＩＡ−１３６や移動体通信用グローバル・サービス（ＧＳＭ）標準があり、これらは無線通信およびデータ・サービスを提供する競合的方式である。ＴＩＡ／ＥＩＡ−１３６とＧＳＭ標準は時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式を用いる。符号分割多元接続方式に基づいて展開されている別の標準にはＩＳ−９５標準がある。現在開発中や公開が始まった新しい標準にはいわゆる第三世代（３Ｇ）標準がある。３Ｇ標準は、北米ＣＤＭＡベースＩＳ−２０００や、主として欧州で用いられている広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）標準を含む。グローバル展開用の増強データ・レート（ＥＤＧＥ）標準は、ＴＤＭＡおよびＧＳＭ網から３Ｇサービスへの移行段階である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
種々の標準は異なる方式を用いて信号変調を送信しているが、各標準は一般に送信信号の忠実度に関する仕様を有する。スペクトル純度や隣接チャンネル・パワーなどのスペクトル必要条件は、これらの標準に基づくシステム内で用いられるＲＦ送信機にいくつかの性能要求を課している。或る場合には、或る標準は非常に厳しいスペクトル必要条件を課している。例えば、ＧＳＭおよびＴＤＭＡ標準へのＥＤＧＥ拡張はガウス最小シフト・キーイングから離れて８ＰＳＫ変調に近くなり、高度のスペクトル純度を必要とする。かかる要求のために、関連する送信機はかなりの線形性を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は効率的な線形ＲＦ信号増幅のための装置と方法とを含む。飽和モード動作にバイアスされた電力増幅器に、制御可能な電流源から電力を与える。電力増幅器からの出力信号の振幅変調は、その供給電流を包絡線変調信号に比例して制御することにより行う。この方法により、電力増幅器を飽和モードで効率的に動作させ、しかもこれを用いて高度に線形の包絡線変調を含む送信信号を生成する。供給電流変調を行うことにより広範囲の電力増幅器動作電流にわたって制御の線形性を高めることができる。これはヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（ＨＢＴ）電力増幅器などの型の電力増幅器装置に特に有用である。
【０００５】
ＲＦ送信信号を生成する１つの方法は、ベースバンド位相信号と振幅信号とを別々に生成する。そして一定包絡線位相情報信号を用いて位相変調出力信号を生成して、これをＨＢＴ  ＰＡで増幅する。これに関連して、振幅情報信号を用いて損失のある変調器を駆動し、望ましい振幅情報に応じてＨＢＴ  ＰＡの供給電流を変調する。これによりＨＢＴ  ＰＡからの送信信号出力の包絡線を、望ましい振幅情報の関数として変調する。
【０００６】
損失のある変調器は一般に、制御増幅器と、パス要素と、フィードバック回路とを備える。これらの要素を用いて閉ループ制御回路を形成し、電力増幅器の供給電流を振幅変調信号に固定する。一般にフィードバック回路は電力増幅器の供給電流経路内に設けた低抵抗の要素を含み、電力増幅器電流を検出すると共に、放散する電力損をできるだけ小さくする。パス要素は種々の方法で実現してよい。例えばＦＥＴデバイスを用いて実現し、フィードバック信号と入力変調信号の差の関数として制御増幅器によりそのゲート電圧を制御してよい。
【実施例１】
【０００７】
本発明は、電力増幅器の効率と線形性が重要である移動体端末またはその他の電池駆動のＲＦ通信装置内で用いることを想定しているが、広範囲のＲＦ応用に適用することができる。因みに、本発明は本出願と共に譲渡された同時継続出願の「ＲＦ電力増幅の装置と方法（System and Method of RF Power Amplification）」に関係する。この同時継続出願の開示を援用する。
【０００８】
図１は代表的な電力増幅器の一般的な無線周波数出力電力曲線を示す。また増幅器の動作点とその動作効率との一般的な関係も示す。横軸は入力信号ＲＦINのＲＦ電力を表し、左側の縦軸は無線周波数電力増幅器が生成する出力信号ＲＦOUTのＲＦ電力を表し、右側の縦軸は電力増幅器動作効率（ηPAE）を表す。ＰOUT縦軸の動作点１（ＯＰ1）は電力増幅器が線形動作を行うように選択した動作点の一例を示す。
【０００９】
ＯＰ1は線形モード動作における増幅器動作効率η1に対応する。この値は例えば４０％の付近である。ＥＤＧＥ移動体端末に用いられる８−ＰＳＫ方式などの変調標準の線形要求によると、ＯＰ1では電力増幅器出力のスペクトルの質が大幅に低下する。このため電力増幅器を動作点（ＯＰ2）で動作させると、線形増幅の範囲は大きくなるが効率は非常に悪くなる。例えばＯＰ2での効率値は３０％程度である。
【００１０】
動作点３（ＯＰ3）ではＯＰ1およびＯＰ2に比べて大幅に優れた効率を有するが、電力増幅器を飽和モードで動作する必要があるので、ＲＦ出力電力はＲＦ入力電力に対して線形で変化しなくなる。前に述べたように線形増幅を必要としない信号変調方式もあり、かかる信号変調方式ではＯＰ3で動作しても問題はない。しかし線形増幅を必要とする信号変調方式では、飽和モードで動作する従来の電力増幅器を用いて増幅するのは適当でない。
【００１１】
図２は本発明に係る増幅器回路１０の例示の図である。増幅器回路１０は、電力増幅器１２と損失のある変調器１４とを備える。「損失のある」という用語を用いる理由は、損失のある変調器１４が動作中に電力を放散するからである。しかし従来の技術や同時継続出願における損失のある変調器とは異なり、本発明の損失のある変調器１４は電力増幅器１２に与える供給電流ＩPAを、望ましい振幅変調情報の関数として制御する。すなわち、損失のある変調器１４は電力増幅器１２の供給電流に直接作用する。供給電圧Ｖddを上限とする電圧範囲内では、この作用は与えられる電圧ＶPAとは無関係である。このように損失のある変調器１４は制御可能な電流源として動作する。簡単のためにここではこれを電流源１４と呼ぶ。
【００１２】
電力増幅器１２は複合装置すなわち複数増幅器装置でよく、飽和モード動作用に形成する。図示していないが、電力増幅器１２はその供給入力とこれに対応する電流源１４との間に濾波回路を含んでよい。本質的にこの濾波回路はその供給入力の任意のＲＦ周波数を抑止するもので、単に分路コンデンサおよび／またはＲＦチョークで構成してよい。因みに、電流源１４の出力キャパシタンス自体が電力増幅器１２の供給入力の望ましくないＲＦ周波数を効果的に抑止するので、補助的に濾波する必要はない。
【００１３】
電力増幅器１２は一定包絡線ＲＦ入力信号ＲＦINを受け、これを増幅して送信信号ＲＦOUTを作る。電力増幅器１２に電力を与えるのに用いる供給電流を増幅情報信号ＡＭINに従って変調することにより、何もしなければ一定である包絡線送信信号ＲＦOUTに、電流源１４は望ましい増幅変調を与える。振幅変調信号ＡＭINは送信信号ＲＦOUTに与えたい振幅変調に対応する。
【００１４】
一般に、送信信号ＲＦOUTはこの送信信号の同期をとった位相変調と振幅変調との組合わせに基づいて望ましい情報を運ぶ。このように、入力信号ＲＦINは一定包絡線位相変調信号でよく、振幅情報信号ＡＭINはこれに対応する、同期をとった振幅変調信号である。かかる信号を作る一般的な方法は、後で移動体端末などの大きなシステムの文脈で増幅器回路１０を示すときに説明する。
【００１５】
ＲＦ入力信号ＲＦINは一定包絡線信号なので、電力増幅器１２はその信号入力の線形振幅変動に応える必要はない。しかし電力増幅器１２を飽和モードで運転しても、電流源１４で供給電流変調を行えば送信信号ＲＦOUTに高い線形性の包絡線変調を与えることができる。電流源１４は供給電圧ＶPAとは独立に供給電流ＩPAを直接制御するので、電力増幅器１２の出力負荷（ＺLOADで示す）が変化しても供給電流ＩPAは変化しない。出力負荷のかかる変化は、例えば電力増幅器の出力に接続するアンテナ（図示しない）からの結合変化により起こる。
【００１６】
この方法で電力増幅器１２を運転することは大きな利点を有する。電力増幅器１２の供給電圧ＶPAを制御するなどの他の方法は、或る型の電力増幅器１２には適しているが他の型の増幅器では制御が非線形になることがある。例えば、或る型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）電力増幅器１２は、広い出力電力範囲または振幅変調範囲の送信信号ＲＦOUTに対して十分な線形制御を行うことができる。しかしヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（ＨＢＴ）電力増幅器１２は、供給電圧変調制御の下では、特に送信信号ＲＦOUTの振幅が小さいときは、線形で応答しない。
【００１７】
図３は、供給電圧変調と供給電流変調とを飽和増幅器出力の線形性について比較したものである。左側のグラフは、電力増幅器１２をＦＥＴとＨＢＴで実現する場合について、電力増幅器１２の供給入力に与える供給電圧ＶPAの制御の関数としてＲＦOUTの振幅を示す。図に示すように、ＦＥＴの場合は供給電圧の全制御範囲で十分優れた直線性を示すが、ＨＢＴの場合は低い動作電圧でかなりの非直線性を示す。
【００１８】
右側のグラフは、同じくＦＥＴとＨＢＴを用いた電力増幅器１２であるが、電流源１４を用いて実現した供給電流制御の関数としてＲＦOUT振幅を描いたものである。図に示すように、ＦＥＴの場合の直線性もいくぶんは改善されているが、ＨＢＴの場合の直線性の改善は非常に大きい。
【００１９】
図４は電流源１４の或る実施例の図である。電流源１４は、制御増幅器１６と、パス・トランジスタ１８と、検知抵抗器２０とを備える。この構成では、電流源１４は電圧モードの振幅情報信号ＡＭINに線形で応答する閉ループ制御回路として実現されている。電流源１４は、電圧増幅器１２に与える供給電流ＩPAの大きさを振幅情報信号ＡＭINの関数として制御する。
【００２０】
動作を説明すると、ＡＭIN信号は電圧モード信号として生成され、または電圧モード信号に変換されて、制御増幅器１６（例えば演算増幅器）の非反転入力に与えられる。ＡＭIN信号と、電力増幅器１２の供給電流経路から取られたフィードバック信号との差に基づいて、制御増幅器１６は制御電圧を生成する。制御電圧はパス・トランジスタ１６のゲート・バイアスを設定し、パス・トランジスタ１８は電力増幅器１２に与える供給電流ＩPAの大きさを設定する。
【００２１】
この実施例では、フィードバック信号は検知抵抗器２０の両端の電圧降下の関数として生成され、検知抵抗器２０は供給電流経路内にパス・トランジスタ１８に直列に設ける。検知抵抗器２０の両端の電圧降下は電力増幅器１２に入る供給電流ＩPAの直接関数である。このようにＡＭIN信号は電流源１４を制御し、ＡＭIN信号内の信号変動に従って変調した供給電流ＩPAを電力増幅器１２に与える。
【００２２】
検知抵抗器２０としては一般に、有効なフィードバック信号レベルを生成する範囲でできるだけ低い抵抗を有するものを選ぶ。検知抵抗器２０として抵抗値が比較的小さなものを選ぶ理由は、供給電流ＩPAを検知することにより放散する電力量を小さくしたいからである。しかし実際には、電流を効率的に検知したいという希望と、制御増幅器１６で十分なフィードバック信号レベルを得る必要とは相反する。フィードバック抵抗器の値は例えば１００ｍΩ程度であるが、所定の実施例で選ばれる特定の値は、供給電流ＩPAの期待大きさの範囲や、制御増幅器１６の利得対周波数特性や、振幅情報信号ＡＭINの期待帯域幅によって決まる。
【００２３】
制御増幅器１６の利得特性は１つの要因である。なぜなら、検知抵抗器２０から取ったフィードバック信号が最低レベルであっても、ＡＭIN信号の全帯域幅にわたってパス・トランジスタ１８の制御信号を正確に生成する必要があるからである。電流源１４の所定の実施例では、上記の諸要因に基づいて制御増幅器１６を選択して、コストと性能のバランスをとって設計する。
【００２４】
高い単位利得帯域幅を持つ高性能増幅器装置であれば、信号ＡＭINの帯域幅限界内で制御増幅器１６として用いることのできる性能を示すはずである。上に述べたように、コストを考えると制御増幅器１６の性能要求をできるだけ小さくしたい。図５はこのように要求を小さくする１つの方法を示す。第２の増幅器１７は制御増幅器１６のフィードバック・ループ内で追加の利得を与える。検知抵抗器２０の両端から取った差信号を増幅することにより、増幅器１７は制御増幅器１６に大きな制御信号を与えてその利得要求を小さくする。すなわち、増幅器１７が与えるフィードバック信号利得により制御増幅器１６の閉ループ利得要求は小さくなる。この方法を用いると増幅器１６および１７の両方の帯域幅要求が小さくなる。
【００２５】
信号の帯域幅を考慮して設計を強化する他に、図４または図５の電流源１４の他の形態では必要や希望に応じて追加の動作特性を選択的に追加することができる。図６はかかるオプションの特性の１つを示すもので、複数の検知抵抗器２０Ａ，．．．，２０Ｃと、対応する検知抵抗器選択スイッチ２２と、オプションの選択信号論理２４と、入力フィルタ２６とを含む。
【００２６】
前に述べたように、検知抵抗器２０は供給電流ＩPAに比例して生じる電圧降下に基づいてフィードバック信号を与える。この抵抗をできるだけ小さくするほど検知抵抗器２０内の電力損は小さくなる。しかし抵抗値が小さすぎると、供給電流ＩPAが低い範囲では望ましくないほど低い信号レベルになる。かかる相反する問題を解決する１つの方法は、供給電流ＩPAが所定の動作範囲内のときには、或る選択された値の検知抵抗器（例えば、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）を用いることである。
【００２７】
供給電流ＩPAの大きさが小さいときに十分なフィードバック信号レベルを保つには、比較的大きな検知抵抗器２０Ａにすればよい。供給電流ＩPAが第２の大きさの範囲に入ると、検知抵抗器２０Ａに比べて小さな値の検知抵抗器２０Ｂにスイッチ２２で切り替える。同様に、供給電流ＩPAが第３の、おそらく最大の範囲に入ると、スイッチ２２で更に小さな検知抵抗器２０Ｃを選択する。もちろん、必要に応じて検知抵抗器２０の数を加減し、またインピーダンス値の相対的大きさを種々に変えてよい。
【００２８】
スイッチ２２を制御して一群の検知抵抗器２０の中の１個を供給電流経路に選択的に接続するには外部選択信号を用いてよい。かかる信号は外部論理で生成してよい。選択信号を生成する論理は既知の送信電力範囲と整合的に調和させてよい。または、電流源１４は選択制御回路２４を内蔵してよい。選択制御回路２４は例えば簡単な大きさ比較回路として形成して、制御増幅器１６が生成する制御電圧に基づいて選択信号を生成してよい。この場合、効率的には、選択制御回路２４は供給電流ＩPAの大きさに基づいて検知抵抗器２０の中の適当な１個を選択するようにしてよい。この一般的な方式の変形としては、２個以上の検知抵抗器２０を並列に組み合わせ、利用可能な抵抗器の組合わせの数を増やすことが含まれる。
【００２９】
入力フィルタ２６は、例えば振幅情報信号ＡＭINがディジタル・ビット・ストリームとして到着する場合に用いてよい。いわゆるデルタ・シグマ（ΔΣ）変換器は、種々の数の１と０（平均すると比例したアナログ信号を生成する）を含む高ビット・レート出力信号を生成することが多い。この場合は、入力フィルタ２６は単に、例えば抵抗器・コンデンサ網を用いて実現する低域フィルタで構成してよい。因みに、ＡＭINの濾波を必要とする実施例では、フィルタ２６を増幅器回路１０から、ＡＭINを生成する集積回路（図示しない）に移してよい。
【００３０】
図７は図４と図５に示す制御回路に代わる回路の一般的な図である。電流源は、振幅情報信号ＡＭINにより制御する電流ミラーを用いる。特定して述べると、電流ミラーとして形成される電流源１４は、ＡＭIN信号の変動に応じた供給電流ＩPAを出力する。この方法を用いると、検知抵抗器２０を介して増幅器電流を検知する必要がなくなる。
【００３１】
この技術で知られているように、電流ミラーの実施例には種々の変形がある。図８は電流源１４として用いられる電流ミラーの実施例を示す。この実施例では、電流源１４はトランジスタ３０Ａおよび３０Ｂと、制御電流源３２とを備える。トランジスタ３０Ａは制御電流経路を定義し、制御電流の値は振幅情報信号ＡＭINに従って制御電流源３２が設定する。第２のトランジスタ３０Ｂのベースは第１のトランジスタ３０Ａのベース／ドレン端子に結合するので、第２のトランジスタ３０Ｂが与える供給電流ＩPAはＡＭIN信号の関数として変化する。本質的に、ＡＭIN信号は制御電流として作用し、供給電流ＩPAはＡＭIN信号に比例して生成される。ＡＭIN信号を電流モード信号として生成し、これにより第１のトランジスタ３０Ａを流れる電流を直接制御してもよい。この場合は制御電流源３２は必要でなくなる。
【００３２】
一般に、第１のトランジスタ３０Ａと第２のトランジスタ３０Ｂとは「整合対」として実現する。トランジスタ３０Ａと３０Ｂとを整合させる１つの方法は、同じ集積デバイス内に、一般にデバイス・ダイの上に互いに近接して実現することである。トランジスタ３０Ａと３０Ｂとを近接して置くことにより熱結合が密接になり、互いに異なる半導体プロセス変動を受ける可能性が小さい。トランジスタ３０Ａと３０Ｂの形状寸法は望ましい電流利得が得られるように相互の大きさを決める。電流利得は、ＡＭIN信号に比例して設定される制御電流の大きさに関して、供給電流ＩPAの大きさを設定する。
【００３３】
図９は電流源１４を実現する電流ミラーの別の例示の方法を示す。この回路は電流振幅変調の優れた方法であって、これにより図４と図５に関して説明した帯域幅に関する多くの問題が無視できるようになる。この実施例では、電流源１４は、エミッタ退縮（degeneration）抵抗器３６を持つ入力トランジスタ３４と、コレクタ抵抗器３８と、整合電流ミラー・トランジスタ４０Ａおよび４０Ｂと、固定基準抵抗器４２とを備える。図に示すように、入力トランジスタ３４はバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）であり、トランジスタ４０Ａおよび４０Ｂは整合Ｐチャンネル電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）であるが、特定の設計上の必要に応じて他の型のトランジスタ・デバイスを用いてよい。
【００３４】
動作の基礎は、固定基準抵抗器４２を流れる電流を信号ＡＭINの関数として変調し、次にこの電流を電力増幅器１２に再現することである。より詳細に述べると、信号ＡＭINが入力トランジスタ３４を駆動すると、入力トランジスタ３４はＡＭINに比例するコレクタ電流をそのコレクタ負荷抵抗器３８を通して流す。トランジスタ３４のコレクタに発生する電圧信号は整合トランジスタ４０Ａおよび４０Ｂのゲートを駆動する。トランジスタ４０Ａは電流を固定基準抵抗器４２に送り、抵抗器４２の両端の電圧はトランジスタ３４のエミッタにフィードバックされて、ＡＭIN信号に対してその線形動作を保持する。このように、信号ＡＭINに比例する電圧を固定基準抵抗器４２の両端に生成し、抵抗器４２を流れる電流をトランジスタ４０Ｂにより電力増幅器１２に再現する。
【００３５】
整合トランジスタ４０Ａおよび４０Ｂの相対的な形状寸法は、固定基準抵抗器４２を流れる電流と電力増幅器１２に入る再現電流（ＩPA）とが相対的に望ましい大きさになるように設定する。一般に、固定基準抵抗器４２の値は全定格電力での電力増幅器１２の名目インピーダンスに合わせて決める。代表的な値は例えば５オームである。
【００３６】
図９に示す電流源１４は、振幅変調信号ＡＭINの帯域幅が大きい場合に特に優れている。例えば、ＡＭIN信号の振幅変調情報は、ＧＳＭ／ＥＤＧＥの場合は１．２５ＭＨｚから１．５ＭＨｚの範囲にあり、その他のデータ・レートが高い第三世代（３Ｇ）の無線通信標準も同じ帯域幅を有する。
【００３７】
もとより、種々の例においてこれまで説明した電流源１４の電流ミラーの実施例を拡張して、種々の補償回路を含めてよい。図示していないが、電流ミラー温度補償の技術は既知であり、必要に応じて電流源１４内に用いてよい。また必要に応じてＡＣ補償などの他の実際的な補償手段を含めてもよい。ただしここではこの追加の補償については示さない。
【００３８】
図１０は無線通信を支援する例示の移動体網の図である。移動体網を一般に５０で示し、関連の受信／送信アンテナ５４をそれぞれ持つ１つまたは複数の基地局５２と、基地局５２と１つまたは複数の外部網５８とをインターフェースする１つまたは複数の移動体交換局（ＭＳＣ）５６と、複数の移動体端末１００とを含む。移動体端末１００と、或る実施例では、基地局５２とは、図２に示した増幅器回路１０を含んでよい。
【００３９】
移動体端末１００と基地局５２との間の無線送信は、移動体端末のユーザと、外部網５８のユーザおよび他の移動体端末のユーザとの間の通信を支援する。各基地局は、その関連するアンテナ５４のカバレージ・エリヤ内の移動体端末１００のための通信と制御トラフィックとを支援する。またＭＳＣ５６は各基地局５２の機能を調整し制御すると共に、種々の基地局５２と外部網５８との間の通信トラフィックをインターフェースする。外部網５８は公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）や、インターネットや、種々のディジタル総合サービス網（ＩＳＤＮ）を含んでよいが、これらに限定されるわけではない。
【００４０】
図１１は、移動体網５０内で用いられる移動体端末１００の実施例の図である。移動体端末１００はシステム・コントローラ１０２と、メモリ１０４と、周波数シンセサイザ１０６と、送信機１１０と、受信機１２０と、ユーザ・インターフェース１３０と、アンテナ組立体１４０とを含む。
動作を説明すると、移動体端末１００は自分自身と自分を支援する基地局５２との間で、無線周波数信号を介して情報を送信および受信する。システム・コントローラ１０２は一般にユーザ・インターフェース１３０を管理する１つまたは複数のマイクロコントローラ（ＭＣＵ）として実現し、また移動体端末１００を全体的に制御する。メモリ１０４は一般にアプリケーション・ソフトウエアと、演算に用いられる諸定数の省略時値と、データの作業空間とを含む。
【００４１】
ユーザはユーザ・インターフェース１３０を介して移動体端末１００と相互作用する。マイクロホン１３１はユーザの音声信号を対応するアナログ信号に変換する。この信号を送信機１１０に与えて変換し、処理し、アンテナ組立体１８を介して基地局５２に送信する。受信機１２０は基地局５２から信号を受信して受信オーディオ情報（例えば遠方のユーザからの音声）を取り出し、オーディオ信号を生成してユーザ・インターフェース１３０内に含まれるスピーカ１３２を駆動する。ユーザ・インターフェース１３０は、可視情報をユーザに与えるためのディスプレイと、ユーザが命令およびデータを入力するためのキーパッド１３６とを更に含む。ユーザ・インターフェース１３０は、ディスプレイ１３４およびキーパッド１３６とＭＣＵ１０２とをインターフェースするためのＩ／Ｏインターフェース１３８を含んでよい。要するに、ユーザ・インターフェース１３０によりユーザは音声やその他のオーディオ情報を送信および受信して、番号をダイヤルしたり、必要に応じて他のデータを入力したりすることができる。
【００４２】
受信機１２０は受信機／増幅器１２２と、復号／データ回復モジュール１２４と、ディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１２６とを含む。動作を説明すると、アンテナ１４４を介して信号を受信し、結合回路１４２により受信信号と送信信号とを分離する。或る実施例では、結合回路１４２は受信／送信スイッチを用いて、送信機１１０または受信機１２０をアンテナ１４４に選択的に接続する。別の実施例では、結合回路１４２は送受信切換器またはその他のフィルタ要素を用いて、受信と送信とを同時に行うときに信号を分離する。
【００４３】
受信信号を受けると、受信機／増幅器１２２は受信信号を調整し、濾波し、ダウン変換する。ディジタル方式の場合は、受信機／増幅器１２２はアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）を用いて、到着する受信信号に対応する逐次ディジタル値を復号／データ回復モジュール１２４に与える。復号／データ回復モジュール１２４は受信信号内に符号化されているオーディオ情報を回復して、受信オーディオ情報に対応するディジタル値をＤＡＣ１２６に与える。ＤＡＣ１２６はスピーカ１３２を駆動するのに適当なアナログ出力信号を出す。
【００４４】
本発明に従って形成する送信機１１０は、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）１１２と、ベースバンド・プロセッサ１１４と、変調器１１６と、前に導入した増幅器回路１０とを含む。動作を説明すると、ＡＤＣ１１２はマイクロホン１３１からのアナログ音声信号を対応するディジタル値に変換する。ベースバンド・プロセッサ１１４はこれらのディジタル値を処理して符号化し、誤り訂正符号化を行い、変調器１１６に適したフォーマットに変換する。ベースバンド・プロセッサ１１４は送信する追加のデータをシステム・コントローラ１０２から受信してよい。
【００４５】
移動体端末１００が用いるエア・インターフェース標準によっては、変調方式はアンテナ１４４が放射する送信信号（前にＲＦOUTで表したもの）の振幅変調と位相変調の両方を必要とすることがある。一般にベースバンド・プロセッサ１１４は望ましい送信情報を送信シンボルのシーケンスとして符号化し、各シンボルは位相値と振幅値の特有の対を有する。ベースバンド・プロセッサ１１４は位相情報と振幅情報とを別個の信号に分離してよい。この場合は、前に説明した振幅情報信号ＡＭINに同期して位相情報信号（φINと呼ぶ）を生成する。
【００４６】
変調器１１６は位相情報信号φINを用いて搬送波周波数信号を変調し、望ましい位相変調情報を有する搬送波周波数信号を生成する。この変調された搬送波周波数信号は増幅器回路１０へのＲＦ入力信号ＲＦINとして動作する。周波数シンセサイザ１０６を用いて、変調器１１６への入力として基準または搬送波周波数信号を生成してよいことに注意していただきたい。
このようにこの例示の構成では、増幅器回路１０は変調器１１６からＲＦIN信号を、ベースバンド・プロセッサ１１４から振幅情報信号ＡＭINを受信する。増幅器回路１０はこれまでに説明したどの形態に従って形成してもよい。送信機１１０は、増幅器回路１０に含まれる電流源１４で利用可能な電力増幅器供給電流変調方式を用いて、アンテナ１４４を介して移動体端末１００が放射する送信信号（ＲＦOUT）に線形性の高い振幅変調を与えることができる。
【００４７】
もとより本発明は、本発明の範囲と本質的な特性から逸れずにここに説明した方法以外の特定の方法で実行してよい。本発明は、送信機の構成を変えることによって生じる送信信号内の位相シフト変化を実質的に防ぐ一般的な方法を提供する。かかる構成の変化は、異なる送信信号電力範囲で動作する必要から、または送信信号生成の際に別の種類の変化を行う必要から、生じるものである。したがってここに示す各実施の形態は全ての観点から例示であって制限するものではなく、特許請求の範囲内に入りかつ同等な全ての変化はここに含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】入力および出力信号電力に関する一般的な電力増幅器効率曲線の図である。
【図２】本発明の一般的な増幅器回路の図である。
【図３】電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（ＨＢＴ）の両方の電力増幅器装置について、供給電圧制御と供給電流制御とを比較した図である。
【図４】図２の増幅器回路の或る実施例の図である。
【図５】図４の回路の別の実施例の図である。
【図６】種々のオプションを含む図４の増幅器回路の図である。
【図７】図２の増幅器回路の電流ミラーの図である。
【図８】図７の電流ミラーの或る実施例の図である。
【図９】図７の電流ミラーの別の実施例の図である。
【図１０】例示の無線移動体網の図である。
【図１１】図８の移動体網に用いられる移動体端末の図である。
【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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