JPH06500674A

JPH06500674A - 電力増幅器

Info

Publication number: JPH06500674A
Application number: JP3513563A
Authority: JP
Inventors: ジェンセン，オル・ヘッドバング
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1990-09-06
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1994-01-20
Also published as: DE69114506T2; EP0547078A1; US5504457A; MX9100984A; ATE130139T1; GB2247793A; CA2090466C; DE69114506D1; CA2090466A1; WO1992004771A1; EP0547078B1; GB9019451D0

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】電力増幅器発明の分野本発明は、無線周波信号を増幅するパルス型電力増幅器（ｐｕｌｓｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に関する。さらに詳しくは、本発明は、ＧＳＭ［ｌ送信機で用いられる電力増幅器に関する。

従来の技術パルス型電力増幅器の出力電力特性は、ターン・オンおよびターン・オフにおいて時間マスクならびに周波数スペクトル・マスクに追従しなければならない。ＧＳＭ無線送信機では、ターン・オン時にバーストの開始において、出力電圧を急速かつ滑らかにランプアップ（ｒａｍｐ　ｕｐ）して、スペクトル雑音が特定のレベルに制限されるようにすることが特に重要である。出力電力のランプアップが急速すぎると、スペクトル雑音は高くなり過ぎる。しかし、電力のランプアップが遅すぎると、スペクトル雑音は低いが、出力電力波形は時間マスクに追従しなくなる。さらに、ターン・オフ時にバーストの終了において、出力電力を急速にランプダウン（ｒ　ａ　ｍ　ｐ　ｄ　ｏ　ｗ　ｎ　）することも必要である。

従って、ＧＳＭ無線送信機は時間マスクと周波数マスクの両方の厳密な仕様を満たすべく動作しなければならない。

ＥＰ特許出願第８９１１７２１３．２号およびＵＫ特許出願第９００３６６３．３号は、ＧＳＭ移動無線送信機で用いることができ、ターン・オン時およびターン・オフ時の出力電圧特性が所定の増幅器出力電圧波形を表す電力制御信号によって制御されるバースト変調電力増幅器について開示しており、これらの波形は、ランプアップ波形およびランプダウン波形からなる。これらの特許出願による電力増幅器の出力電力と時間の特性の例を第１ａ図の曲線１２に示し、出力電力と周波数の特性を第１ｂｌｌＣの曲線１４に示す。０５Ｍ仕様の時間マスクおよび周波数マスクは、白線１２．１４上でそれぞれ印がつけられている。

従来の電力増幅器の問題点は、電力出力直線１２．１４が温度、電源電圧、無線周波数および入力電力の変化に大きく依存することである。温度、　ｔｉｌｌＩ電圧、無線周波数または入力電圧が変化すると、得られる電力・時間＃１線および電力・周波数曲線は、第１ａ図および第１ｂ図に示す曲線１２．１４から大きくずれて、時間マスクおよび周波数マスクに対する０５Ｍ仕様が満たされなくはとずれることになる。このような変化は、無線装置の量産化や、無線装置が運用される環境に起因する場合がもっとも多い。

第２図は、減衰器に結合された積分器２または電力検出器９９を含む帰還ループ８によって制御される利得制御増幅器４によって構成される従来の電力増幅器の一部を示す。

ＲＦ傷信号減衰器または利得制御増幅器４の入力に与えられ、その出力はＲＦ電力増幅器６に結合される。電力増幅器の出力は、アンテナ（図示せず）に与えられる。

電力増幅器の出力電力は、積分器からの出力（Ｖｃｏｎｔｒｏｌ）によって制御される。積分器２の正入力は、所定の出力電力応答波形を表す電圧信号を受け取る。電力増幅器の出力電力（Ｐｏｕｔ）とＶｃｏｎｔｒｏｌとの間の関係を第３図に示す。電力がオフの場合、積分器２への正入力はほぼゼロであり、電力検出器（図示せず）からの電圧はゼロよりもわずかに高い静止値（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ　ｖａｌｕｅ）である。従って、積分器出力Ｖｃｏｎｔｒｏｌはゼロであり、第３図かられかるように、出力電力Ｐｏｕ　ｔもゼロである。ターン・オン時に、バーストの開始において、検出器の静止値よりも高い電圧を積分器の正入力に印加しなければならない。これにより、急速に積分器３の充電が開始する。

帰還ループ８における電力検出器９９は、ある最小電力レベルＰＯまで感度を有する。電力増幅器の出力電力がこのレベルＰＯに達するためには、積分器２から出力される制御電圧ＶｃｏｎｔｒｏｌはレベルｖＯに達しなければならない。これには時間がかかり、ｖＯの値および積分器の時定数Ｔに依存し、この時定数Ｔの式は次のようになる：Ｔ＝ＲＣ（１）ただし、Ｒは積分器の抵抗およびＣは積分器コンデンサ３の容量である。

Ｔは比較的一定とみなすことができるが、ｖＯは温度。

電源電圧、無線周波数および入力電力と共に変化する。従って、積分器出力がターン・オンからｖＯに達し、それから増幅器出力電力がＰＯに達するまでの時間は、これらの動作パラメータ、すなわち温度、を源電圧、無線周波数および入力電力で変化する。

電力増幅器の出力電力が時間マスクおよび周波数マスクに対するＧＳＭ仕様を満たすためには、出力電力が積分器２の正入力に印加される電圧信号によって定められる所定の波形に厳密に追従することが重要である。すなわち、電力検出器電圧は積分器２の正入力に印加される電圧にほぼ等しくなければならず、ただしわずかな時間遅延がなければならない。このことは、帰還ループが起動されると成立する。しかし、ループを起動するためには、出力電圧はＰＯよりも高くなければならず、そのためには制御電圧がＶＯに達するのに要する時間に依存して異なる時間がかかり、上記のように、ＶＯは温度、電源電圧、無線周波数および入力電力で変化する。

例えば、温度変化によってｖＯが増加すると、「新たな」ｖＯに達するために必要な積分器の充電時間は増加し、それにより電力検出器電圧は積分器出力によって定められるランプアップ波形にすぐに追従しない。これにより、出力電力を急速にターン・オンし、出力信号（第４ａ図に示す）のスイッチング・スペクトルを損ない、ＧＳＭ仕様の周波数マスクに追従しなくなる。

積分器の充電時間が低下する（これは■０が例えば温度変化によって低下する場合に生じる）と、電力検出器電圧は、ランプアップ波形が正入力に印加される前に、積分器の正入力における電圧を越えて、これは時間マスクおよびスイッチング・スペクトル（第５ａ図および第５ｂ図に示す）を損なうのが一般的である。

従来の電力増幅器に関する上記の問題点は、ランプアップによるバーストの開始に限定されない。問題はランプダウンによるバーストの終了においても生じる。

電力増幅器自体の温度は、電力増幅器の回路内で放散される電力により、バースト中に変化する。これにより温度変化、利得変化および電力増幅器の最大出力電力の変化が発生する。バイポーラ技術で製造されたＲＦ増幅器では、最大出力電力および利得は、温度が増加すると低下するのが一般的である。従って、利得が低下すると、電力増幅器の実際の出力電力がバースト全体において一定に維持する唯一可能な方法は、温度上昇に応答して帰還ループに制御電圧を増加させることである。このようにＶｃｏｎｔｒ。

ｌを増加することは第６ａ図の曲線１０に示されており、これはＶｃｏｎｔｒｏｌの経時変化を示す。

低出力電力レベルでは、制御電圧Ｖｃｏｎｔｒｏｌのわずかな変化しか必要としない。これは第３図の曲線かられかるように、低出力電力レベルでは、Ｖｃｏｎｔｒｏｌのわずかな変化も出力電力の大きな変化を発生する。しかし、高出力電力レベルでは、第３図に示すように出力電力を変化させるためには、制御電力の大きな変化が必要である。

従って、Ｖｃｏｎｔ　ｒｏ　ｌは、増幅器温度が最大であるバーストの終了時に最大値に達する。

バーストの終了時において、ランプダウンが極めて高い出力電力レベルから開始しようとする場合、Ｖｃｏｎｔｒｏｌも極めて高くなる。この時点で、Ｐｏｕｔ対Ｖｃｏｎｔｒｏ１曲線は極めて平坦になる（第３図参照。）。出力電力を制御するループは、積分器２の正入力における電圧信号（この場合、ランプダウン波形を表す）に追従しなければならないので、積分器は極めて高速に高出力電力レベルおよび高Ｖｃｏｎｔｒｏｌを補償しなければならない。

低い電力レベルでは、Ｐｏｕｔ対　Ｖｃｏｎｔｒｏ１曲線はより急峻になり　（第３図参照）、積分器が高速すぎると、ループは不安定になる。従って、出力電力ができるだけ緊密にランプダウン波形に追従するためには、これらの両極端の間で妥協しなければならない。

しかし、妥協のために選ばれた条件にもかかわらず、高出力電力レベルからのランプダウンは、高レベルにおける平坦な　Ｐｏｕｔ対Ｖｃｏｎｔｒｏ１曲線のため、問題になりうる。この平坦性により、ランプダウン波形を定める電圧信号が積分器に印加される時間と、出力電力がそれに応答する時間との間に余分な遅延が生じる。このことは、時間マスク性能を損なう影響を有する。出力電力が最終的に応答すると、余りにも早く低下して、周波数マスク性能を損なう。

従って、従来の電力増幅器は、時間マスクおよび周波数マスク性能を損ないかねない、温度、電源電圧、無線周波数および入力電力の変化に関連する問題を抱えている。さらに、積分器の応答時間により、高電力レベルからのランプダウン時に問題が生じ、これも時間マスクおよび周波数マスク性能を損なうことがある。

本発明に従って、無線周波信号を増幅するパルス型電力増幅器が提供され、この増幅器は：増幅器出力電力を制御する制御信号を生成して、立ち上がりおよび立ち下がり遷移位相を有する出力電力パルスを与える制御手段；および出力電力パルスの遷移位相を調整するため、前記制御手段に印加される補助パルス信号を発生する手段；によって構成される。

補助パルスの発生は、前回の出力電力パルスの被測定パラメータ、例えば、前回の出力電力パルスが所定の出力電力レベルに達するのに要する時間に依存する。

この発生手段は、被測定時間に応答して補助パルスの大きさを制御するべく構成することができる。

あるいは、補助パルスの発生は、現在の出力電力パルスのパラメータに依存することもできる。例えば、発生手段は、出力電力パルスの電力レベルがいつ閾値電力レベルを越えるかを判断して、それに応答して補助パルスを発生し、出力電力パルスの遷移パルスを調整することができる。補助パルスが発生されると、出力電力パルスが閾値電力レベルを越えると、発生手段によって発生されるその後の補助パルスは、前回の出力電力パルスの被測定パラメータ、例えば、前回の出力電力パルスが所定の出力電力レベルに達するのに要する時間に依存することができる。

パルス型電力増幅器は、所定の補助パルス・データのセットのそれぞれがパルス型電力増幅器の異なる動作パラメータに相当する所定の補助パルス・データのセットを格納する、ルックアップ・テーブルなどの格納手段をさらに含んで構成され、補助パルスは格納された補助パルス・データのセットからの選択に依存することが好ましい。

本発明によるパルス型電力増幅器は、電力増幅器の出力電力を検出する検出手段、制御手段および制御手段からの出力に応答して出力電力パルスを与える電力増幅手段を含む帰還ループによって構成されることが好ましい。発生手段は制御手段と検出手段とに結合され、遅延なしに制御手段を起動する補助パルスを発生して、それにより帰還ループを起動するように構成されている。

従って、本発明の利点は、補助パルスを用いることにより、立ち上がり遷移パルスの直前に、遅延なしに制御手段を起動するため、この立ち上がり遷移パルスの前に帰還ループを起動することができ、そのため電力増幅器の出力電力は制御手段に印加される所定の波形に緊密に追従することができることである。

本発明の別の利点は、補助パルスは前回の出力電力パルスの被測定パラメータに依存するので、補助パルスを自動的に変更して、温度、入力電力、無線周波数および電源電圧などの動作パラメータの変化に対処することができ、そのため電力増幅器は動作パラメータが変化しても実質的に完璧に動作することを保証できることである。

本発明のさらに別の利点は、出力電力が閾値レベルを越えた場合に発生手段は補助パルスを発生できるので、例えば高電力レベルからのランプダウン時に、この補助パルスは制御手段の応答に遅延がないことを保証する。従って、電力増幅器の出力電力は、制御手段に印加される所定の波形に緊密に追従することができる。

以下で、本発明の３つの実施例について添付の図面を参照して説明する。

図面の簡単な説明第１ａ図は、電力増幅器の理想的な出力電力と時間応答を表す図であり、ＧＳＭ無線装置の時間マスク仕様を示す。

第１ｂ図は、電力増幅器の理想的な出力電力と周波数応答を表す図であり、ＧＳＭ無線装置の周波数マスク仕様を示す。

第２図は、従来の電力増幅器のブロック概略図である。

第３図は、第２図の電力増幅器の出力電力と制御手段からの制御電圧の関係を表す図である。

第４ａ図は、動作中に大きな積分器充電時間を有する第２図の電力増幅器の出力電力と周波数との関係を表す図である。

第４ｂ図は、動作中に大きな積分器充電時間を有する第２図の電力増幅器の出力電力と時間との関係を表す図である。

第５ａ図は、動作中に小さな積分器充電時間を有する第２図の電力増幅器の出力電力と周波数との関係を表す図である。

第５ｂ図は、動作中に小さな積分器充電時間を有する第２図の電力増幅器の出力電力と時間との関係を表す図である。

第６ａ図は、第２図の電力増幅器の制御電圧と時間との関係を表す図である。

第６ｂ図は、本発明による電力増幅器の制御手段に印加される電圧信号と、検出器電圧とを表す図である。

第７図は、本発明による第１電力増幅器のブロック概略図である。

第８ａ図は、本発明による第２電力増幅器のブロック概略図である。

第８ｂ図は、本発明による第３電力増幅器のブロック概略図である。

第９ａ図は、ランプアップおよびランプダウン時における第８３図に示す電力増幅器の制御手段の入力に印加される電圧信号を表す図である。

第９ｂ図は、ランプアップおよびランプダウン時における第８ｂ図に示す電力増幅器の積分器の入力に印加される電圧信号を表す図である。

第１０ａ図ないし第１０ｃ図は、ランプダウン時において本発明による電力増幅器の制御手段の入力に印加することのできるさまざまな電圧信号を表す図である。

発明の詳細な説明第７図において、電力増幅器１００は、積分コンデンサ１０３を有する積分器１０２からなる。積分器１０２からの出力は減衰器１０４に結合される。ＲＦ倍信号減衰器１０４の入力に印加され、この減衰８１０４の出力はＲＦｔ力増幅器段１０６に結合される。第２医と同様な素子は１００の次に同一の参照番号が付けられている。

従来の電力増幅器に関する問題に対する一つの解決方法は、ランプアップが開始する前にループを起動させることであるが、この場合、第１ａ図および第１ｂ図に示すように、所望の出力電力曲線１２．１４が得られる。これは、ランプアップ波形が印加される前にバーストの開始において積分器２の正入力に充電パルスを印加することによって行なうことができる。第６ｂ図は、積分器１０２の正入力に印加される電圧信号７および電力検出器の電圧信号９を示す。ランプアップ開始前に現われる充電パルス１１は、ランプが開始する前に積分器から出力される制御電圧がレベルＶＯに達することを保証する量だけ積分器１０２を充電するために用いられる。すなわち、ランプアップが開始する前に積分器が充電されることを保証するため、ランプアップ前に充電パルスが積分器に印加される。

しかし、積分器を充電するために要する時間は温度、電源電圧、無線周波数および入力電力によって変化するので、この方法はこのような動作パラメータの変化に伴う問題点を有する。

この問題点は、動作パラメータの変化にかかわりなく、積分器がランプアップの適正量で常に充電され、かつ、ランプダウンの適正量で放電されるようにすることによって克服される。そこで、本発明による第ｉｔ力増幅器について詳細に説明する。

電力センサ１１０は、電力増幅器段１０６からの出力電力を検出するために結合されている。電力センサ１１０の出力は電力検出器１０７に接続され、その出力は積分器１０２の負入力と、比較器１１２の第１入力とに結合されている。電力検出器１０７の静止（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ）電圧レベルを表す基準電圧は、比較器１１２の第２人力に印加される。

比較器１１２の出力に応じて、タイマ１１６の瞬時値がラッチ１１４にラッチされる。このタイマ値Ｂは第２比較器１１７の第１入力に印加され、この第２比較８１１７はその第２人力において、基準時間源１１ｇから基準時間信号Ａを受け取る。この基準時間源１１８からの基準時間信号の値はコントローラ１２０によって制御され、このコントローラ１２０はライン１２１を介して基準時間源１１ｇに結合される。第２比較器１１７からの出力はカウンタ１２２に与えられ、このカウンタはそれに応答して、マルチプレクサ１２８を介して積分器１０２の正入力に印加される充電パルスの大きさを制御する。

所定の増幅器出力電力波形を発生する手段および方法の例については、ＥＰ特許出願第８９１１７２１３．２号およびＵＫ特許出願９００３６６３．３号において説明されており、これらの開示は本明細書に参考として含まれる。

ランプアップ波形は次のように発生される。さらに詳しい説明については、上記の特許出願を参照されたい。

コントローラ１２０　（ライン１２３を介する）からの制御信号およびタイマ１１６からのクロック信号に応答して、ランプ波形発生器１２４はランプアップ波形を表す一連の値を発生し、これはランプ・クリッパ（ｒａｍｐ　ｃｌｉｐｐｅｒ）などの修正手段１２６に与えられる。ランプ・クリッパ１２６は、ランプ・クリンパ１２６のクリッピング・レベルを制御する電力制御データ・ライン１２５上の電力制御データによって制御される。従って、ランプ・クリッパ１２６からの出力は、選択された電力レベルに応じて、複数の異なる電力出力ランプアップ波形の一つを表すことができる。ランプダウン波形は同じように発生される。

ＥＰ特許出願第８９１１７２１３．２号におけるランプ波形発生器は、ランプ・クリ７バ１２６を用いずに電力制御データに応答して、複数の異なる電力出力ランプアップおよびランプダウン波形の任意の一つを発生することができる。従って、本発明についてＥＰ特許出願第９００３６６３．３号に説明するようにデジタル回路と修正手段１２６を用いてランプ波形を発生すること関して説明するが、本発明はそれに限定されるものではないことはもちろんである。

ランプ・クリッパ１２６からの出力はマルチプレクサ１２８に与えられ、このマルチプレクサにはカウンタ１２２からの出力も与えられる。マルチプレクサ１２８からの出力はデジタル・アナログ変換器１３０に与えられ、低域通過フィルタ１３１によって平滑化され、そして積分器１０２の正入力に印加される。

積分器１０２からの出力は、第３比較器１３２の第１人力にも結合される。積分器１０２の出力の所定の閾値電圧レベル、すなわちＶｃｏｎｔｒｏｌを表す基準電圧は、第３比較器１３２の第２人力に印加される。比較器１３２からの出力に応じて、タイマ１１６の瞬時値がラッチ１３４にラッチされる。このタイマ値Ｂ゛は第４比較器１３７の第１入力に印加され、この第４比較器１３７はその第２人力において、基準時間源１３ｇからの基準時間信号Ａ′を受け取る。基準時間源１３ｇからの基準時間信号の値は、ライン１４１を介して基準時間源１３８に結合されたコントローラ１２０によって制御される。第４比較器１３７からの出力はカウンタ１４２に与えられ、このカウンタ１４２はそれに応答して、マルチプレクサ１２８を介して積分器１０２の正入力に印加される放電パルスの大きさを制御する。

ここで、積分器１０２がバーストの開始時に適正量によって常に充電されることを本発明が保証する方法について説明する。

電力検出器１０７に圧がその静止値以上に上昇する時間は、第１比較器１１２．ラッチ１１４およびタイマ１１６を用いて検出される。検出器電圧および静止基準電圧が−致するど１比較器１１２からの出力によりタイマ１１６の瞬時値はラッチ１１４にラッチされる。このタイマ値は第２比較器１１７の第１人力に印加され、基準時面源１１８からの所定の理想基準時間と比較される。

カウンタ１２２は比較器１１７からの出力を用いて、バースト開始時に積分器１０２に印加される充電パルスの大きさを判定する。電力検出器１０７の電圧が静止基準レベルを通過するのが遅すぎると、次のバーストの前に充電パルス電圧を増加して、次のバーストを改善しなければならない。電力検出器１０７の電圧が静止基準レベルを通過するするのが早すぎると、次のバーストの前に充電パルス電圧を低下しなければならない。しかし、電力検出器の電圧が静止基準レベルを通過するする検出時間が所定の理想基準時間と一致する場合、次のバーストの充電パルス電圧は現在のバーストと同じでなければならない。充電パルスの値は、カウンタ１２２に格納される値である。

充電パルスの大きさの変化量は、コントローラ１２０の制御に基づいて、比較器１１７からの出力に応答して選択できる。ランプ波形および充電パルスがデジタル回路によって発生される場合、充電パルスの大きさはあるバーストから次のバーストまで１デジタル値単位で逓増／逓減することができ、あるいは必要に応じて不変のままにすることもできる。さらに、より大きなデジタル値を用いて充電パルスの大きさを逓増または逓減する′こともできる。マイクロプロセッサ等を用いる場合、検出時間と理想基準時間との間の差を算出することができ、この値を用いて充電パルスの値（カウンタ１２２に格納された値）を変更することもできる。しかし、ランプ波形および充電パルスがアナログ回路によって発生される場合には、パルスの大きさを変更する程度は、任意の所望のレベルの設定することができる。第７図は、本発明のデジタル構成の例を示す。

つまり、充電パルスの大きさは、制御電圧Ｖｃｏｎｔｒｏｆが電力検出器１０７の静止基準電圧レベルに達するのに要する時間に応じて変更することができるので、温度。

電源電圧、無線周波数および入力電力の変化が電力ランプアップに及ぼす影響はなくなることが理解される。すなわち、本発明はバースト開始時に適応型ランプアップを行なう。

電力増幅器１００が超高速バースト時に完璧にあるいはできるだけ完璧に近く動作するためには、最初の電力パルス値をコントローラ１２０からダウンロードできるように電力増幅器を構成することができる。この値が温度、電源電圧、無線周波数および入力電力の把握に基づいている場合、最初のバーストは実質的に完璧でなければならない。

すなわち、検出時間Ｂは所望の時間Ａに実質的に等しいか、あるいはそれに極めて近くなければならない。最初のバーストが完璧でなければ、前述の適応型ランプアップ原理により、数バースト後にバーストは完璧になり、この状態が維持される。従って、その後のすべてのバーストでは、適応型ランプアップ原理により、温度、電源電圧、無線周波数および入力電力の変化にかかわらず、時間マスクおよび周波数マスクが満たされる。

最初の値は、この最初のバーストに対して電力増幅器にダウンロードされ、この最初の値はルックアップ・テーブルに格納され、このルックアップ・テーブルは、温度、電源電圧、無線周波数および入力電力に基づく充電パルスの所定の値のセットからなる。

第７図に示す電力増幅器１００では、ランプ波形（ランプ電圧信号）を表す電圧信号は積分器１０２の正入力に印加される。つまり、正入力と積分器出力との間には単位遷移利得（ｕｎｉｔｙ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｇａｆｎ）があるＯＶＯの値がランプ電圧の値および充電パルスの大きさに比べて小さい場合、ランプ電圧からＶｃｏｎｔｒｏｌまでの単位遷移利得は問題になる。なぜならば、充電パルスが大きくなりすぎて、実際に７０以上になることがあるためである。その結果、電力増幅器の出力電力は、積分器１０２が適切に充電される前に「スイッチ・オン」となる。

この問題は、ランプ電圧を比較器の正入力に入力するという原理を、電力検出器からの電圧と共に、ランプ電流を積分器の負入力に入力することに変更することによって解消される。つまり、ランプ電圧またはランプ電流から積分器出力Ｖｃｏｎｔｒｏｌまでに単位遷移利得がないということである。そのかわりに、積分器内に低域通過フィルタが設けられる。コンデンサが充電される前に出力電力を発生せずにコンデンサを充電するため、充電パルスの大きさは必要に応じて増加することができる。第８ａ図および第８ｂ図は、本発明による電力増幅器についてこの原理を用いる積分器ドライバの２つの異なる構成を示す。これらの構成の動作は、第７図で説明したものと同様である。第７図と同様な素子は２００および３００の次に同一の参照番号がそれぞれ付けられている。

第８図ａ図および第８ｂ図に示す構成のランプ電流および電圧を第９ａ図および第９ｂｆｆｌにそれぞれ示す。第８ｂ図に示す構成では、低電圧が高出力電力を与え、高ランプ電圧が出力電力を与えないので、ランプ電圧を反転する必要がある。従って、第９ｂ図の曲線に示すように、充電パルスも反転される。しかし、検出器電圧は依然、高電力に対して高く、低電力に対して低い。検出器電圧の上昇が遅すぎると、充電パルス電圧を低下しなければならない。検出器電圧の上昇が早すぎると、充電パルス電圧を増加しなければならない。この点が、第８ｂ図の電力増幅器と第７図の電力増幅器との間の唯一の相違点である。適応型ランプアップのすべての原理は、そっくり前述のままである。

積分！１０２がバースト終了時に適正量で常に放電されることを本発明が保証する方法について、第７図を参照して説明する。この動作は第８ａ図および第８ｂ図で示した構成と同じであるが、第８ｂ図の構成について第９ｂ図かられかるようにランプダウン電圧が反転される点が異なる。

ループの安定性を犠牲にせずに積分器１０２をより高速に放電するために、特殊な放電パルス構成が用いられる。

第１０ａ図ないし第１０ｃ図は、本発明で用いることのできる放電パルスの３つの異なる例を示す。第１０ａ図において、放電パルス値は全ランプダウン波形に追加される。

第１０ｂ図では、ランプダウン開始前に狭い放電パルスが印加され、第１０ｅ図では、広い放電パルスが印加され、ランプダウンはそのレベルから継続される。

電力増幅器１００の動作原理はそれぞれの放電パルスについて同じであや、ここでは第１０ｃ図に示す放電パルスを参照１−て説明する。

積分器１０２の出力Ｖｅｏｒｉｔｒｏｌが電源電圧（または与えられた用途で関連する任意の他の閾値レベル）の固定部分を越えるかどうかを検出するｆＩ：め、比較器１３２が用いられる。ランプダウンが開始しようとする際にＶＣＯｎｔ　ｒｏ　ｌがこの閾値よりも高い場合、放電パルスが用いられるａＶｃｏｎｔｒｏｌが閾値よりも高くない場合、パルスは用いられず、通常のランプダウンに追従する。このことは、第１０ａ図ないし第１０ｃ図の点線に示される。

このように、特殊放電パルス構成は、高出力電力レベルが望ましい場合にのみ用いられ、これは実際の電源電圧に依存する。すなわち、Ｐｏｕ　を対Ｖｃｏｎｔｒｏｌのグラフがもっとも平坦な場合である。第３図参照。

Ｖｅｏｎｔｒｏｌが閾値電圧以下に低下すると、比較器１３２からの出力によりタイマｉ１６の瞬時値がラッチ１３４にラッチされる。このタイマ値Ｂ°は第４比較Ｂ１３７の第１人力に印加され、基準時間源１３８からの所定の理想基準時間Ａ“と比較される。Ｖｅｏｎｔ　ｒｏ　ｌが理想基準時間より後に閾値電圧以下に低下した場合には、次のバーストの放電パルスｌｊ現在のバーストのパルスよりも強くなければならない。一方、Ｖｃｏｎｔｒｏｌが閾値以下に低下するのが基準時間に比べて早すぎる場合、放電パルスは強すぎ、次のバースト前に低減しなければならない。

放電パルスの値は、カウンタ１４２に格納される。

カウンタ１４２は比較器１３７からの出力を用いて、次のバーストにおいて積分器１０２に印加される放電パルスの大きさ全判定する。放電パルスの大きさの変化量は、コントローラ１２０の制御蚤二基づき、比較器１３７からの出力に応答して選択することができる。次に、放電パルスは、マルチプレクサ１２８．デジタル・アナログ変換器ｉ３０および低域通過フィルタ１３１を介して積分器１０２の正入力に印加される。

従って、放電パルスの大きさは、制御電圧ＶＣＯｎｔｒｏ１が閾値電圧レベル以下に低下するのに要する時間によって変更することができるので、温度、を源電圧、無線周波数および入力電力の変化が電力ランプダウンに及ぼす影響は解消されることが理解される。すなわち、本発明はバーストの終了時点で適応型ランプダウンを行なう。

電力増幅器１００が極めて高速なバーストにおいて完璧あるいはできるだけ完璧に近く動作するために、最初の放電パルス値を電力増幅器にダウンロードすることができる。

コントローラ１２０は、値をカウンタ１４２にダウンロードする。この値が温度、電源電圧、無線周波数および入力電力の把握に基づいている場合、この最初のバーストは実質的に完璧である。すなわち、検出された時間Ｂ′は所望の時間Ａ゛に実質的に等しいか、あるいは極めて近い。ダウンロードされた放電パルス値が正しくない場合、第１バーストは完璧でないが、上記の適応型ランプダウン原理により、数バースト後にバーストは完璧になり、この状態が維持される。温度、電源電圧、無線周波数および入力電力の変化は、時間マスクおよび周波数マスクに対して影響を及ぼさない。

上記の放電パルスの場合のように、放電パルスの最初の値はルックアップ・テーブルに格納される。

３つの異なる放電パルス（第１０ａ図ないし第１０ｃ図に示す）および他の実質的に同様なパルスの間で選択することは、構成の簡易性および特定の電力増幅器および動作条件に依存する。しかし、重要な点は、パルスの大きさの適応性である。

以上、温度、電源電圧、無線周波数および入力電力が変化しても、電力増幅器が実質的に完璧に動作することを保証するため、本発明は適応型ランプアップおよび適応型ランプダウンを利用する。従って、本発明は、堅実な電力増幅器および大量生産される移動機器で用いることのできる電力増幅器を提供することが理解される。

ＧＳＭ時間マスク第１ａ図第２図ＶＣＯＮＴＲＯＬ　［ＶＯＩｔＳ］第３図第４ａ図第５ａ図第６ａ図第６ｂ図時間第９ａ図第９ｂ図補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成４年３月３日１、国際出願番号ＰＣＴ／ＥＰ　９１１０１５８５２、発明の名称電力増幅器３、特許出願人名　称　モトローラ・インコーホレイテッド４、代理人住　所　東京都港区南麻布３丁目２０番１号日本モトローラ株式会社内６、添付書類の目録補正書の翻訳文　１通明細書電力増幅器発明の分野本発明は、無線周波信号を増幅するパルス型電力増幅器（ｐｕｌｓｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に関する。さらに詳しくは、本発明は、ＧＳＭ無線送信機で用いられる電力増幅器に関する。

従来の技術パルス型電力増幅器の出力電力特性は、ターン・オンおよびターン・オフにおいて時間マスクならびに周波数スペクトル・マスクに追従しなければならない。ＧＳＭ無線送信機では、ターン・オン時にバーストの開始において、出力電圧を急速かつ滑らかにランプアップ（ｒａｍｐ　ｕｐ）して、スペクトル雑音が特定のレベルに制限されるようにすることが特に重要である。出力電力のランプアップが急速すぎると、スペクトル雑音は高くなり過ぎる。しかし、電力のランプアップが遅すぎると、スペクトル雑音は低いが、出力電力波形は時間マスクに追従しなくなる。さらに、ターン・オフ時にバーストの終了において、出力電力を急速にランプダウン（ｒａｍｐ　ｄｏｗｎ）することも必要である。従って、ＧＳＭ無線送信機は時間マスクと周波数マスクの両方の厳密な仕様を満たすべく動作しなければならない。

欧州特許出願第ＥＰ−Ａ−０２６１９６７号は、増幅回路の出力レベルを自動的に制御すべく構成され、かつ外部信号によって制御することのできる電力制御回路について説明している。

ＥＰ特許出願第８９１１７２１３．２号およびＵＫ特許出願第９００３６６３．３号は、ＧＳＭ移動無線送信機で用いることができ、ターン・オン時およびターン・オフ時の出力電圧特性が所定の増幅器出力電圧波形を表す電力制御信号によって制御されるバースト変調電力増幅器について開示しており、これらの波形は、ランプアップ波形およびランプダウン波形からなる。これらの特許出願による電力増幅器の出力電力と時間の特性の例を第１ａ図の曲線１２に示し、出力電力と周波数の特性を第１ｂ図の曲線１４に示す。ＧＳＭ仕様の時間マスクおよび周波数マスクは、曲線１２．１４上でそれぞれ印がつけられている。

従来の電力増幅器の問題点は、電力出力曲線１２．１４が温度、電源電圧、無線周波数および入力電力の変化に大きく依存することである。温度、１源電圧、無線周波数または入力電圧が変化すると、得られる電力・時間曲線および電力・周波数曲線は、第１ａ図および第１ｂ図に示す曲線１２．１４から大きくずれて、時間マスクおよび周波数マスクに対するＧＳＭ仕様が満たされなくはとずれることになる。このような変化は、無線装置の量産化や、無線装置が運用される環境に起因する場合がもっとも多い。

請求の範囲１、無線周波信号を増幅するパルス型電力増幅器（１００）であって：増幅器出力電力を制御する制御信号（Ｖｃｏｎｔｒｏりを発生し、立ち上がりおよび立ち下がり遷移位相を有する出力電力パルスを与える制御手段（１０２，１０４，１３１，１３０，１２８，１２４，１２６，１２０）；および出力電力パルスの遷移位相を調整するため、前記制御手段に印加される補助パルス信号を発生する発生手段（１１２，１１４，１１６，１１７，１１８，１２２，１３２゜１３４．１３７，１３８，１４２）；によって構成されることを特徴とするパルス型電力増幅器。

２、前記補助パルスの発生は、前回の出力電力パルスの被測定パラメータに依存することを特徴とする請求項１記載のパルス型電力増幅器。

３、前記発生手段は、前回の出力電力パルスが所定の出力電力レベル（ＰＯ）に達するのに要する時間を測定し、かつ、この測定時間に従って次の出力電力パルスの補助パルス信号を発生するように構成されていることを特徴とする請求項ｌまたは２記載のパルス型電力増幅器。

４、前記発生手段は、被測定パルスに応答して前記補助パルスの大きさを制御することを特徴とする請求項２または３記載のパルス型電力増幅器。

５、前記補助パルスの発生は、現在の出力電力パルスのパラメータに依存することを特徴とする請求項ｌ記載のパルス型電力増幅器。

６、前記発生手段は、出力電力パルスの電力レベルがいつ閾値電力レベル（ＰＯ）を越えるかを判断し、それに応答して補助パルスを発生し、出力電力パルスの遷移位相を調整することを特徴とする請求項５記載のパルス型電力増幅器。

７、前記補助パルスは、出力電力パルスの立ち下がり遷移位相の直前に前記制御手段に印加されることを特徴とする請求項６記載のパルス型電力増幅器。

８、前記制御手段と前記発生手段とに結合され、電力増幅器の出力電力を検出する検出手段（１１０，１０７）をさらに含んで構成され、前記発生手段は：前記検出手段に結合され、電力増幅器の出力電力を表す信号を受信する第１入力と、第１基準信号に結合された第２人力とを有する第１比較器（１１２）であって、前記検出手段によって検出された出力電力信号が前記第１基準信号に等しい場合に、出力信号を発生する第１比較器（１１２）：第１比較器の出力とクロック（１１６）とに結合され、出力を有する第１ラツチ（１１４）であって、第１比較器からの出力信号を受信することに応答して、クロック信号の値をラッチすべく構成された第１ラツチ（１１４）；第１基準クロフク信号（Ａ）に結合された第１人力と、前記ラッチの前記出力（Ｂ）に結合された第２人力と、出力とを有する第２比較器（１１７）；および前記第２比較器の出力と前記制御手段とに結合された可変充電パルス発生手段（１２２）；をさらに含んで構成され、前記第２比較器（１１７）は、ラッチされたクロック信号（Ｂ）と前記第１基準クロツク信号（Ａ）との比較に従って出力信号を与え、それにより前記可変充電パルス発生手段は、第２比較器からの出力信号に応答する大きさを有する立ち上がり遷移位相の開始直前に補助パルスを発生することを特徴とする上記の任意の請求項記載のパルス型電力増幅器。

９、前記制御手段と前記発生手段とに結合され、電力増幅器の出力電力を検出する検出手段（１１０，１０７）をさらに含んで構成され、前記発生手段は：制御手段から制御信号（Ｖｃｏｎｔｒｏｌ）を受信する第１人力と、第２基準信号に結合された第２人力とを有する第３比較手段（１３２）であって、受信制御信号が第２基準信号よりも大きい場合に、出力信号を発生する第３比較器（１３２）；第３比較器（１３２）の出力とクロック（１１６）とに結合され、出力を有する第２ラツチ（１３４）であって、第３比較器からの出力信号を受信することに応答してクロック信号の値をラッチすべく構成された第２ラツチ（１３４）；第２基準クロツク信号（Ａｏ）に結合された第１入力と、第２ラツチ（１３４）の前記出力（Ｂ′）に結合された第２人力と、出力とを有する第４比較器（１３７）；および前記第４比較器の出力と前記制御手段とに結合された可変放電パルス発生手段（１４２）；をさらに含んで構成され、前記第４比較器は、ラッチされたクロック信号（Ｂ’）と前記第２基準クロツク信号（Ａｏ）との比較に従って出力信号を与え、それにより前記放電パルス発生手段（１４２）は、第４比較器からの出力信号に応答する大きさを有する立ち下がり遷移位相を調整する補助パルスを発生することを特徴とする上記の任意の請求項記載のパルス型電力増幅器。

１０、前記可変充電パルス発生手段は、前記第２比較器（１１７）からの出力に応答して、制御手段に印加される補助充電パルス信号の大きさを表す信号を発生する第１カウント手段（１２２）によって構成され、前記可変放電パルス発生手段は、前記第４比較器（１３７）からの出力に応答して、制御手段に印加される補助放電パルス信号の大きさを表す信号を発生する第２カウント手段（１４２）によって構成されることを特徴とする請求項８および９記載のパルス型電力増幅器。

１１、前記第１カウント手段（１２２）および第２カウント手段（１４２）のそれぞれは、補助パルスの大きさの異なるレベルを表す一連の値のうちの一つの値を発生することを特徴とする請求項１０記載のパルス型電力増幅器。

１２、前記発生手段は、パルス型電力増幅器の異なる動作パラメータに相当する所定の補助パルス・データのセットを格納する格納手段（１２０）をさらに含んで構成され、前記補助パルスは格納された補助パルス・データの゛セットからの選択に依存することを特徴とする上記の任意の請求項記載のパルス型電力増幅器。

１３、前記制御手段と前記発生手段とに結合され、電力増幅器の出力電力を検出する検出手段（１１０，１０７）と、前記制御手段と、この制御手段からの出力（Ｖｃｏｎｔｒｏｆ）に応答して出力電力パルスを与える電力増幅手段とによって構成される帰還ループをさらに含んで構成され、前記発生手段は、立ち上がり遷移パルス直前に補助パルスを発生して、遅延なしに前記制御手段を起動し、それにより立ち上がり遷移位相の前に帰還ループを起動することを特徴とする上記の任意の請求項記載のパルス型電力増幅器。

１４、前記制御手段と前記発生手段とに結合され、電力増幅器の出力電力を検出する検出手段（２１０，２０７）をさらに含んで構成され、前記制御手段は、第１入力、比較的一定した基準電圧に結合された第２人力および前記制御信号を与える出力を有する積分手段（２０２）からなり、前記第１人力は増幅器出力電力波形を定める時変信号を受信し、かつ、前記検出手段から出力電力信号を受信すべく結合されていることを特徴とする上記の任意の請求項記載のパルス型電力増幅器（２００，３００）。

国際調査報告１−ｍＡｗ＋、、、１−Ｎｓ　ＰＣ””Ｐ９１１”５８５

Claims

【特許請求の範囲】

１．無線周波信号を増幅するパルス型電力増幅器であって：増幅器出力電力を制御する制御信号を発生し、立ち上がりおよび立ち下がり遷移位相を有する出力電力パルスを与える制御手段；および出力電力パルスの遷移位相を調整するため、前記制御手段に印加される補助パルス信号を発生する発生手段；によって構成されることを特徴とするパルス型電力増幅器。
２．前記補助パルスの発生は、前回の出力電力パルスの被測定パラメータに依存することを特徴とする請求項１記載のパルス型電力増幅器。
３．前記発生手段は、前回の出力電力パルスが所定の出力電力レベルに達するのに要する時間を測定し、かつ、この測定時間に従って次の出力電力パルスの補助パルス信号を発生する上うに構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のパルス型電力増幅器。
４．前記発生手段は、被測定パルスに応答して前記補助パルスの大きさを制御することを特徴とする請求項２または３記載のパルス型電力増幅器。
５．前記補助パルスの発生は、現在の出力電力パルスのパラメータに依存することを特徴とする請求項１記載のパルス型電力増幅器。
６．前記発生手段は、出力電力パルスの電力レベルがいつ閾値電力レベルを越えるかを判断し、それに応答して補助パルスを発生し、出力電力パルスの遷移位相を調整することを特徴とする請求項５記載のパルス型電力増幅器。
７．前記補助パルスは、出力電力パルスの立ち下がり遷移位相の直前に前記制御手段に印加されることを特徴とする請求項６記載のパルス型電力増幅器。
８．前記制御手段と前記発生手段とに結合され、電力増幅器の出力電力を検出する検出手段をさらに含んで構成され、前記発生手段は：前記検出手段に結合され、電力増幅器の出力電力を表す信号を受信する第１入力と、第１基準信号に結合された第２入力とを有する第１比較器であって、前記検出手段によって検出された出力電力信号が前記第１基準信号に等しい場合に、出力信号を発生する第１比較器；第１比較器の出力とクロックとに結合され、出力を有する第１ラッチであって、第１比較器からの出力信号を受信することに応等して、クロック信号の値をラッチすべく構成された第１ラッチ；第１基準クロック信号に結合された第１入力と、前記ラッチの前記出力に結合された第２入力と、出力とを有する第２比較器；および前記第２比較器の出力と前記制御手段とに結合された可変充電パルス発生手段；をさらに含んで構成され、前記第２比較器は、ラッチされたクロック信号と前記第１基準クロック信号との比較に従って出力信号を与え、それにより前記可変充電パルス発生手段は、第２比較器からの出力信号に応答する大きさを有する立ち上がり遷移位相の開始直前に補助パルスを発生することを特徴とする上記の任意の請求項記載のパルス型電力増幅器。
９．前記制御手段と前記発生手段とに結合され、電力増幅器の出力電力を検出する検出手段をさらに含んで構成され、前記発生手段は：制御手段から制御信号を受信する第１入力と、第２基準信号に結合された第２入力とを有する第３比較手段であって、受信制御信号が第２基準信号よりも大きい場合に、出力信号を発生する第３比較器；第３比較器の出力とクロックとに結合され、出力を有する第２ラッチであって、第３比較器からの出力信号を受信することに応答してクロック信号の値をラッチすべく構成された第２ラッチ；第２基準クロック信号に結合された第１入力と、第２ラッチの前記出力に結合された第２入力と、出力とを有する第４比較器；および前記第４比較器の出力と前記制御手段とに結合された可変放電パルス発生手段；をさらに含んで構成され、前記第４比較器は、ラッチされたクロック信号と前記第２基準クロック信号との比較に従って出力信号を与え、それにより前記放電パルス発生手段は、第４比較器からの出力信号に応答する大きさを有する立ち下がり遷移位相を調整する補助パルスを発生することを特徴とする上記の任意の請求項記載のパルス型電力増幅器。
１０．前記可変充電パルス発生手段は、前記第２比較器からの出力に応答して、制御手段に印加される補助充電パルス信号の大きさを表す信号を発生する第１カウント手段によって構成され、前記可変放電パルス発生手段は、前記第４比較器からの出力に応答して、制御手段に印加される補助放電パルス信号の大きさを表す信号を発生する第２カウント手段によって構成されることを特徴とする請求項８および９記載のパルス型電力増幅器。
１１．前記第１カウント手段および第２カウント手段のそれぞれは、補助パルスの大きさの異なるレベルを表す一連の値のうちの一つの値を発生することを特徴とする請求項１０記載のパルス型電力増幅器。
１２．前記発生手段は、パルス型電力増幅器の異なる動作パラメータに相当する所定の補助パルス・データのセットを格納する格納手段をさらに含んで構成され、前記補助パルスは格納された補助パルス・データのセットからの選択に依存することを特徴とする上記の任意の請求項記載のパルス型電力増幅器。
１３．前記制御手段と前記発生手段とに結合され、電力増幅器の出力電力を検出する検出手段と、前記制御手段と、この制御手段からの出力に応答して出力電力パルスを与える電力増幅手段とによって構成される帰還ループをさらに含んで構成され、前記発生手段は、立ち上がり遷移パルス直前に補助パルスを発生して、遅延なしに前記制御手段を起動し、それにより立ち上がり遷移位相の前に帰還ループを起動することを特徴とする上記の任意の請求項記載のパルス型電力増幅器。
１４．前記制御手段と前記発生手段とに結合され、電力増幅器の出力電力を検出する検出手段をさらに含んで構成され、前記制御手段は、第１入力，比較的一定した基準電圧に結合された第２入力および前記制御信号を与える出力を有する積分手段からなり、前記第１入力は増幅器出力電力波形を定める時変信号を受信し、かつ、前記検出手段から出力電力信号を受信すべく結合されていることを特徴とする上記の任意の請求項記載のパルス型電力増幅器。