(57)【要約】【課題】多段電力増幅器からの出力電力を容易にランピングマスクに適応させることができる多段電力増幅器の制御方法を提供する。【解決手段】入力段トランジスタと最終段トランジスタとを含む複数のトランジスタが縦列接続された多段電力増幅器において、最終段トランジスタに供給するコレクタ電圧の最小値を、この最終段トランジスタの飽和電圧近傍の値に設定する。そして、ランピング制御期間内の所定期間において、最終段トランジスタから出力される電圧レベルがランピングマスクの範囲内に収まるように、最終段トランジスタに供給するコレクタ電圧を制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動端末の送信回路に用いられる、入力段トランジスタと最終段トランジスタとを含む複数のトランジスタが縦列接続された多段電力増幅器の制御方法であって、
前記最終段トランジスタに供給するコレクタ電圧の最小値を、前記最終段トランジスタの飽和電圧近傍の値に設定し、
ランピング制御期間内の所定期間において、前記最終段トランジスタから出力される電圧レベルがランピングマスクの範囲内に収まるように、前記最終段トランジスタに供給するコレクタ電圧を制御することを特徴とする、多段電力増幅器の制御方法。
【請求項２】
前記ランピング制御期間内の所定期間に、前記複数のトランジスタに供給するコレクタ電圧を全て前記飽和電圧近傍に設定して、前記送信回路の出力をオフにすることを特徴とする、請求項１に記載の多段電力増幅器の制御方法。
【請求項３】
前記多段電力増幅器の温度を測定し、
前記測定した温度に応じた飽和電圧の変化に従って、前記最終段トランジスタに供給するコレクタ電圧を調整する、請求項１に記載の多段電力増幅器の制御方法。
【請求項４】
前記多段電力増幅器の温度を測定し、
前記測定した温度に応じた飽和電圧の変化に従って、前記ランピング制御期間内の所定期間に前記複数のトランジスタに供給するコレクタ電圧を調整する、請求項２に記載の多段電力増幅器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段電力増幅器の制御方法に関し、より特定的には、多段接続されている複数の電力増幅段の最終段に印加される電源電圧を制御して、多段電力増幅器からの出力電力をランピングマスクに適応させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、無線電話機等の送信回路に用いられる多段電力増幅器では、使用する変調方式に応じて予め定められたランピングマスクの仕様に従って、電力制御信号の調整を行う必要がある。このランピングマスクは、調整可能な電力制御信号に関して、立上り時間、立下り時間、持続時間、及び電力レベルを規格化したものであり、変調方式に応じて異なる。
【０００３】
このような多段電力増幅器の電力制御信号の制御方法として、増幅器段と一体化した閉ループを制御することで、出力段の増幅器と接続された電圧調整器の電圧出力を、制御信号のプロファイルに追跡するように強制させる構成が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。図７は、この特許文献１に記載された従来の多段電力増幅器の構成を示す図である。
【０００４】
図７において、電力増幅回路１０１は、電力制御回路１０２と関連付けられている。電力増幅回路１０１は、第１段〜第３段の電力増幅段１０３〜１０５と、この第１段〜第３段の電力増幅段１０３〜１０５のそれぞれにバイアスを提供するバイアス回路網１０６とを含む。電力制御回路１０２は、誤差増幅器１０７と、電圧調整器１０８と、帰還回路網１０９とを含む。
【０００５】
ここで、調整可能な電力制御信号１１０（ＶRAMP）は、誤差増幅器１０７を形成している演算増幅器の負入力１１１によって受信することができる。電圧調整器１０８の出力１１２は、帰還回路網１０９を通してフィードバックされ、誤差増幅器１０７の正入力１１３によって受信される。誤差増幅器１０７からの出力信号１１４は、電圧調整器１０８の調整された出力１１２を制御する電圧調整器１０８の制御入力１１５に与えられる。電圧調整器１０８は、第２段及び第３段の電力増幅段１０４及び１０５の端子１１６及び１１７にそれぞれ供給する電圧を調整する。これらの端子１１６及び１１７は、それぞれ、第２段及び第３段の電力増幅段１０４及び１０５を形成しているバイポーラトランジスタのコレクタ又は電界効果トランジスタのドレインである。
【０００６】
また、第１段の電力増幅段１０３の端子１１８は、固定の電源又は一次電源ＶPRIMに直接に接続される。なお、この固定の電源又は一次電源ＶPRIMは、バッテリの正電位に対する端子に接続されることが好ましい。一次電源ＶPRIMは、電圧調整器１０８の入力端子１１９にも接続される。バイアス回路網１２０は、第２段及び第３段の電力増幅段１０４及び１０５に供給されるコレクタ／ドレイン電圧とは無関係に、第１段〜第３段の電力増幅段１０３〜１０５に固定のバイアスを供給する。ここで、固定のバイアスは、一定のバイアスを維持するように構成されている従来のＶAPC信号を組み込む。
【０００７】
送信機制御信号（ＴＸ  ＥＮＡＢＬＥ）１２０は、第１段〜第３段の電力増幅段１０３〜１０５のそれぞれのバイアスを制御して、誤差増幅器１０７及び電力増幅回路１０１を同時に作動（ｅｎａｂｌｅ）又は不作動する（ｄｉｓａｂｌｅ）するために使用される論理信号である。増幅される無線周波信号（ＲＦIN）は、第１段の電力増幅段１０３の入力１２１に供給され、第１段〜第３段の電力増幅段１０３〜１０５によって増幅されて第３段の電力増幅段１０５から増幅された出力信号１２２（ＲＦOUT）を供給する。
【０００８】
上述した構成を備えることで、従来の多段電力増幅器では、最終の第３段の電力増幅段１０５のバイアスを調整するのではなく、電源電圧を制御することができるため、全範囲の電力に渡って滑らかな制御を行うことができる。
なお、多段電力増幅器の温度変化による特性変化を補償するために、抵抗減衰器を用いた温度補償技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特表２００５−５１８６８４号公報
【特許文献２】特開２０００−３１７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来の多段電力増幅器による構成では、例えば図４に示すＧＳＭ（Ｇｒｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｏｆ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：携帯電話グローバルシステム）に要求されるランピングマスクの仕様を満足させる（ランピングマスクの規格値以下の出力電力とする）ために、幾つかの煩雑な出力電力制御が必要であった。
【００１０】
まず、図４中の破線円Ａの部分では、多段電力増幅器の出力電力を−４３ｄＢ以下に制御する必要がある。このため、電力増幅回路１０１の出力側に接続されたスイッチ等（図示せず）によって、出力電力を減衰させていた。
また、図４中の破線円Ｂの部分では、多段電力増幅器の出力電力を−３０ｄＢ以下に制御する必要がある。３．５Ｖのバッテリ電圧が端子１１８に印加されている場合、図５に示すように（Ｖｃ１＝３．５０Ｖの曲線）、制御しても出力電力は−２０ｄＢ以下にはならず、出力電力がランピングマスクの規格値を超えてしまう。そのため、端子１１８に電圧を印加するタイミングを、図４中の位置Ｃよりも遅らせる必要等が生じていた。その結果、急峻なランピングの立ち上げが必要となって、ランピングマスクを満足させるためによりシビアな制御が必要となっていた。
【００１１】
それ故に、本発明の目的は、多段電力増幅器からの出力電力を複雑な制御なしに容易にランピングマスクに適応させることができる多段電力増幅器の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、移動端末の送信回路に用いられる、入力段トランジスタと最終段トランジスタとを含む複数のトランジスタが縦列接続された多段電力増幅器の制御方法に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の多段電力増幅器の制御方法は、最終段トランジスタに供給するコレクタ電圧の最小値を、最終段トランジスタの飽和電圧近傍の値に設定し、ランピング制御期間内の所定期間において、最終段トランジスタから出力される電圧レベルがランピングマスクの範囲内に収まるように、最終段トランジスタに供給するコレクタ電圧を制御する。
【００１３】
好ましくは、ランピング制御期間内の所定期間に、複数のトランジスタに供給するコレクタ電圧を全て飽和電圧近傍に設定して、送信回路の出力をオフにする。
【００１４】
また、多段電力増幅器の温度を測定し、測定した温度に応じた飽和電圧の変化に従って、最終段トランジスタに供給するコレクタ電圧を調整してもよいし、ランピング制御期間内の所定期間に複数のトランジスタに供給するコレクタ電圧を調整してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明によれば、多段電力増幅器の入力電力レベルが一定の場合でも、出力電力レベルを減衰させるためのスイッチ等を設けることなく、出力電力レベルをランピングマスクの範囲内に収めることが可能となる。また、多段電力増幅器の環境温度が変化する場合でも、出力電力レベルをランピングマスクの範囲内に収めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る多段電力増幅器の制御方法が用いられるシステム構成を示す図である。図１に示す第１の実施形態のシステムは、多段電力増幅器１０と、利得が２の電源駆動部２０と、オフセット電圧発生部３０と、加算部４０とで構成される。多段電力増幅器１０は、３つの電力増幅段１１〜１３が縦列接続されている。この図１に示す第１の実施形態のシステムでは、多段電力増幅器１０が３つの電力増幅段１１〜１３を備えている例を示すが、２つ以上であれば電力増幅段の数はいくつでも構わない。また、加算部４０は、多段電力増幅器１０が備える電力増幅段１１〜１３の数に対応させて、３つの加算器４１〜４３を備えている。
【００１７】
オフセット電圧発生部３０は、制御信号Ｖｃｏｎｔを入力して、出力するオフセット電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ３を制御する。このオフセット電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ３は、制御電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ３にそれぞれ加算され、電源駆動部２０に入力される。電源駆動部２０は、オフセット電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ３と制御電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ３とが加算された電圧を２倍に増幅した後、コレクタ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３として多段電力増幅段１０へ供給する。
【００１８】
よって、コレクタ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３は、次の式（１）〜式（３）で表されることになる。ランピングマスク制御は、主に制御電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ３によって行われる。なお、所望のコレクタ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３を得られれば、制御電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ３とオフセット電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ３との組み合わせは自由に設定できる。
Ｖｃ１＝２×（Ｖｄ１＋Ｖｏ１）    …  （１）
Ｖｃ２＝２×（Ｖｄ２＋Ｖｏ２）    …  （２）
Ｖｃ３＝２×（Ｖｄ３＋Ｖｏ３）    …  （３）
【００１９】
多段電力増幅器１０は、電源駆動部２０から供給されるコレクタ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３に従って、入力信号ＲＦｉｎを増幅して出力信号ＲＦｏｕｔとして出力する。多段電力増幅器１０の概略構成を、図２に示す。図２に示すように、多段電力増幅器１０を構成する電力増幅段１１〜１３は、それぞれ電力増幅用トランジスタＴ１〜Ｔ３を備え、コレクタ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３に応じた利得で入力信号を増幅する。この電力増幅用トランジスタＴ１〜Ｔ３は、典型的にはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系の材料を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）である。
【００２０】
本実施形態では、この電力増幅段１１〜１３に供給されるコレクタ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３のうち、少なくとも１つのコレクタ電圧の制御を他のコレクタ電圧の制御と異ならせることを行う。
【００２１】
以下、上記構成によるシステムで行われるランピングマスク制御を説明する。
まず、電力増幅段１１〜１３の電力増幅用トランジスタＴ１〜Ｔ３にヘテロ接合バイポーラトランジスタが用いられた場合、多段電力増幅器１０の入出力利得特性は、例えば図３に示すような傾向を示す。この図３で分かるように、電力増幅用トランジスタＴ１〜Ｔ３での最小出力を得るためには、コレクタ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３を「０Ｖ」にするのではなく、フォワードアイソレーションが最低になる飽和電圧（図３の例では、０．１５Ｖ）にすることが適しているのである。
【００２２】
そこで、本発明では、ランピングマスクに応じて出力電力レベルを大きく減衰しなければならない期間では、少なくとも１つのコレクタ電圧に飽和電圧を供給して、規格が要求する減衰量を実現させる制御を行う。図４は、本発明の第１の実施形態に係る多段電力増幅器の制御方法を用いたランピング制御の一例を説明する図である。なお、図４は、３ＧＰＰ規格（ＴＳ４５．００５）のランピングマスクを示している。
【００２３】
図４中の網掛け領域が、出力電力レベルを規格化したランピングマスクである。
ランピングマスクの立ち上がりに関して、最初の減衰レベル（−４３ｄＢｍ）を満たすために、コレクタ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３を全て０．１５Ｖに制御する。次の減衰レベル（−３０ｄＢｍ）では、コレクタ電圧Ｖｃ１だけを急峻に０．５０Ｖに立ち上げることで対応する。そして、次の減衰レベル（−６ｄＢｍ及び＋１ｄＢｍ）に追従させるように、コレクタ電圧Ｖｃ２及びＶｃ３を徐々に１．００Ｖまで立ち上げる。ランピングマスクの立ち下がりに関しては、立ち上がりと逆の制御が行われる。
【００２４】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る多段電力増幅器の制御方法によれば、多段電力増幅器１０の入力電力レベルが一定の場合でも、出力電力レベルを減衰させるためのスイッチ等を設けることなく、出力電力レベルをランピングマスクの範囲内に収めることが可能となる。
【００２５】
なお、第１の実施形態では、出力段である電力増幅段１２及び１３の両方を制御したが、いずれか一方だけ制御しても構わない。また、多段電力増幅器１０の出力段を構成する電力増幅段が３つ以上である場合でも、制御する電力増幅段の数はいくつに設定しても構わない。また、制御電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ３だけでランピング制御に対応した電圧変化が可能ならば、オフセット電圧発生部３０及び加算部４０の構成は不要である。
【００２６】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る多段電力増幅器の制御方法が用いられるシステム構成を示す図である。図５に示す第２の実施形態のシステムは、多段電力増幅器１０と、電源駆動部２０と、オフセット電圧発生部３０と、加算部４０と、温度測定部５０とで構成される。図５に示す第２の実施形態のシステムは、上記図１に示す第１の実施形態のシステムに、温度測定部５０をさらに加えた構成である。温度測定部５０以外の構成は、第１の実施形態と同様であるので同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００２７】
電力増幅段１１〜１３の電力増幅用トランジスタＴ１〜Ｔ３にヘテロ接合バイポーラトランジスタが用いられた場合の多段電力増幅器１０の入出力利得特性は、第１の実施形態で説明した通りである。しかし、この入出力利得特性は、環境温度がある温度で一定である場合の特性である。周知のように、半導体デバイスであるヘテロ接合バイポーラトランジスタは、環境温度によって特性が変化する。図６は、環境温度−３５℃時の飽和電圧が０．１２Ｖに、環境温度＋２５℃時の飽和電圧が０．１５Ｖに、環境温度＋８５℃時の飽和電圧が０．１８Ｖに、変化する例を示している。
【００２８】
そこで、本発明の第２の実施形態では、多段電力増幅器１０の環境温度も考慮して出力電力レベルを制御することで、温度補償を行う。
温度測定部５０は、例えば温度センサであり、多段電力増幅器１０の環境温度を観測する。温度測定部５０で観測された環境温度は電圧Ｖｔに変換されて、オフセット電圧発生部３０にフィードバックされる。オフセット電圧発生部３０は、温度測定部５０からフィードバックされた電圧Ｖｔに応じて、オフセット電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ３を調整する。
【００２９】
なお、温度補償がなされたコレクタ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３は、次の式（４）〜式（６）で表されることになる。なお、オフセット電圧Ｖｏ１’〜Ｖｏ３’は、制御信号Ｖｃｏｎｔによって定まるオフセット電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ３に、電圧Ｖｔに基づいて決定される係数をそれぞれ掛算した電圧である。
Ｖｃ１＝２×（Ｖｄ１＋Ｖｏ１’）    …  （４）
Ｖｃ２＝２×（Ｖｄ２＋Ｖｏ２’）    …  （５）
Ｖｃ３＝２×（Ｖｄ３＋Ｖｏ３’）    …  （６）
【００３０】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る多段電力増幅器の制御方法によれば、多段電力増幅器１０の環境温度が変化する場合でも、出力電力レベルを減衰させるためのスイッチ等を設けることなく、出力電力レベルをランピングマスクの範囲内に収めることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、複数の電力増幅段が多段接続されている多段電力増幅器の制御方法として利用可能であり、特に多段電力増幅器からの出力電力を容易にランピングマスクに適応させたい場合等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る多段電力増幅器の制御方法が用いられるシステム構成を示す図
【図２】多段電力増幅器１０の概略構成を示す図
【図３】多段電力増幅器１０の入出力利得特性を示す図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る多段電力増幅器の制御方法を用いた制御の一例を説明する図
【図５】本発明の第２の実施形態に係る多段電力増幅器の制御方法が用いられるシステム構成を示す図
【図６】多段電力増幅器１０の環境温度変化時の入出力利得特性を示す図
【図７】従来の多段電力増幅器の制御方法が用いられるシステム構成を示す図
【符号の説明】
【００３３】
１０  多段電力増幅器
１１〜１３、１０３〜１０５  電力増幅段
２０  電源駆動部
３０  オフセット電圧発生部
４０  加算部
４１〜４３  加算器
５０  温度測定部
１０１  電力増幅回路
１０２  電力制御回路
１０６  バイアス回路網
１０７  誤差増幅器
１０８  電圧調整器
１０９  帰還回路網
【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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