JPH0964667A - 増幅器 - Google Patents

増幅器

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JPH0964667A
JPH0964667A JP7219232A JP21923295A JPH0964667A JP H0964667 A JPH0964667 A JP H0964667A JP 7219232 A JP7219232 A JP 7219232A JP 21923295 A JP21923295 A JP 21923295A JP H0964667 A JPH0964667 A JP H0964667A
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00Gain control in amplifiers or frequency changers
    • H03G3/20Automatic control
    • H03G3/30Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
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  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 利得切り替え時の信号瞬断が無く、しかも電
源電圧の利用効率が良くて利得の可変範囲が大きい増幅
器を提供すること。 【解決手段】 この増幅器では、可変利得増幅回路を含
む各可変利得器311 〜31n が各制御電源電圧Vc1
cn及び各利得制御信号Cg1〜Cgnの各々一つに基づい
て各入力信号Si1〜Sinの一つから各利得制御出力Sc1
〜Scnの一つを発生するが、利得制御器11では制御信
号Cを入力して各利得制御信号Cg1〜Cgnを出力する
際、各可変利得器311 〜31n の少なくとも2つの利
得を互いに逆方向に制御し、各電源制御器211 〜21
n では各利得制御信号Cg1〜Cgnの一つ及び電源電圧V
ccに基づいて各制御電源電圧Vc1〜Vcnを生成する際、
対応する可変利得増幅回路に各利得制御信号Cg1〜Cgn
の該当するものの利得が最小になったときに各制御電源
電圧Vc1〜Vcnの該当するものの印加を断にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として消費電力
に対する制限が厳しい移動体通信用送信機器等に使用さ
れる可変利得型の増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、移動体通信機器等では既設の信
号線等を用いた通信に比べて通信環境が様々な要因によ
り極めて劣悪になる。特に問題視される要因の一つには
受信信号の強度に関する大幅な変化が挙げられる。この
受信信号に関する強度の変化幅は、例えば自動車電話等
の場合であれば80dB〜100dB以上となる。
【0003】そこで、従来では伝送すべき情報を搬送波
の振幅方向に重畳することは極めて困難であるため、搬
送波信号の周波数を変調することにより搬送波に重畳し
て伝送している。このような変調は定振幅変調と呼ば
れ、飽和増幅等の非線形処理を行っても元の情報を再生
することが可能であり、又その際に生じる高調波成分も
バンドパスフィルタ等により容易に取り除くことができ
るため、送受信に共通して飽和増幅を行い、受信側にお
いては上述した受信信号の強度の大幅な変化を吸収し、
送信側においては非線形増幅の効率の良さを得ることで
電源電圧の有効的な利用を達成している。
【0004】ところが、近年では移動体通信分野の需要
増大に伴う伝送容量増加の必要性から周波数利用効率の
高い線形変調方式が注目されている上、従来では困難と
されていた搬送波の振幅方向へ情報の重畳を行う多値伝
送方式の採用も検討されている。このような線形変調方
式や多値伝送方式では、非線形処理を行うと占有帯域幅
が広がったり、或いは振幅方向に重畳した情報が消失し
てしまったりするため、線形増幅器等の線形処理によっ
て情報を伝送する必要がある。こうした事情により、上
述したような大きな信号強度の変化にも対応可能とする
ため、受信側において広範囲に及んで制御可能な可変利
得増幅器が必要となる。
【0005】加えて、DS−CDMA(Direct
Sequence Code Division Mu
ltiple Access)では、複数の移動局で同
一の周波数帯域を同時に使用するが、このとき各信号を
受信する基地局では全ての移動局からの信号が同程度の
強度で受信される必要がある。この問題は一般に遠近問
題と呼ばれ、例えば任意の移動局の信号強度が強い場
合、他の端末局の信号との分離が困難になり、実際の伝
送容量が著しく減少する。このため、端末局の送信電力
の制御を厳密に行う必要がある。この場合、送信側にお
いても送信電力を広範囲に及んで制御することが可能な
可変利得増幅器が必要となる。
【0006】このような可変利得増幅器を構成するため
の関連技術としては、例えば特開昭58−83437号
公報に開示された送信電力制御方式が挙げられる。
【0007】図6は、この送信電力制御方式の系統を示
したブロック図である。ここでは前段の電力増幅器71
に接続された後段の電力増幅器72からの出力電力が方
向性結合器73から一部帰還されて検波器76へ伝送さ
れる構成とすることにより、制御回路75が検波器76
により検出された送信電力と基準電圧入力端子77で設
定された基準電圧とにより電力増幅器71の電源電圧を
制御することで電力増幅器72からの出力電力を制御す
る一方、送信電力を低下させる場合には切り替えスイッ
チ74を波線の方に接続して電力増幅器72からの電源
電圧の同時制御も可能にしている。
【0008】又、他の可変利得増幅器の関連技術として
は、特開昭60−212013号公報に開示された多段
増幅器が挙げられる。
【0009】図7は、この多段増幅器の基本構成を示し
たブロック図である。この多段増幅器では、4つの並列
接続された増幅器51〜54と4つの並列接続された増
幅器55〜58とが切り替えスイッチ59を介して対向
配置され、各増幅器55〜58の出力側に接続される切
り替えスイッチ60には検波器61が接続され、検波器
61に接続された選択決定回路62で切り替えスイッチ
59,60の切り替え制御を行う構成となっている。即
ち、この多段増幅器では、選択決定回路62が検波器6
1で検出された送信電力に応じて各増幅器51〜54と
各増幅器55〜58との増幅器群の中からそれぞれ特定
な増幅器を選択又は組み合わせ選択することによって全
体の利得制御を可能にしている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した可変利得増幅
器の関連技術では、何れの場合にも切り替えスイッチを
用いて利得を制御する際、過渡状態により大きなスパイ
ク性の雑音が発生したり、或いは信号経路が切り替わる
ことによる遅延量の変化が発生する可能性がある。この
ことは、連続信号を扱う場合に信号が瞬断する可能性が
あることを意味している。
【0011】又、特に図6で説明した送信電力制御方式
では、送信電力を低く設定する場合に電力増幅器の電源
電圧を制御することは、消費電流の低減化を期待できる
ことで移動体通信においては有利であるが、このような
電源電圧の制御によって電力増幅器の利得を制御する
と、電力増幅器の入出力の整合条件が変化して動作が不
安定になる危険性がある。一般に、電源電圧を大きく変
化させたときの電力増幅器の特性を保証することは極め
て困難である上、検波器によって出力電力を検出して全
体の利得を制御するためには、上述したように約80d
B〜100dBの広範囲において行う必要があるが、こ
れ程の広範囲に及んで切れ目なく動作する検波器を具現
することは通常極めて困難である。
【0012】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたもので、その技術的課題は、利得切り替え時の
信号瞬断が無く、しかも電源電圧の利用効率が良くて利
得の可変範囲が大きい増幅器を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、所定の
制御信号を入力して複数に分岐される利得制御信号を生
成出力する利得制御器と、複数の利得制御信号のうちの
何れか一つのもの及び所定の電源電圧に基づいてそれぞ
れ制御電源電圧を生成する複数の電源制御器と、可変利
得増幅回路及び遅延回路から成ると共に、複数の制御電
源電圧のうちの何れか一つのもの及び複数の利得制御信
号のうちの何れか一つのものに基づいて所定の入力信号
が複数に分岐されたもののうちの何れか一つからそれぞ
れ利得制御出力を発生する互いに並列接続された複数の
可変利得器とを含み、利得制御器は、複数の可変利得器
のうちの少なくとも2つに関する利得を互いに逆方向に
制御するものであり、複数の電源制御器は、それぞれ可
変利得増幅回路の対応するものに対して複数の利得制御
信号のうちの該当するものの利得が最も小さくなったと
きに複数の制御電源電圧のうちの該当するものの印加を
断にする増幅器が得られる。
【0014】又、本発明によれば、上記増幅器におい
て、複数の可変利得器には、遅延回路として、可変利得
増幅回路における遅延量の変化に対して該遅延量を可変
制御する可変遅延回路が用いられた増幅器が得られる。
【0015】更に、本発明によれば、上記増幅器におい
て、可変利得増幅回路は、所定の利得増幅を行う固定利
得増幅部と、固定利得増幅部の最大利得よりも絶対値で
大きな最大減衰量を持つ可変減衰部とを組み合わせて成
る増幅器が得られる。
【0016】これらの増幅器における入力側又は出力側
に可変増幅器を接続して増幅器を構成すること、更にこ
れらの増幅器を複数従属接続して増幅を構成することは
好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明の増
幅器について、図面を参照して詳細に説明する。
【0018】図1は、本発明の一実施例に係る増幅器の
基本構成を示したブロック図である。この増幅器は、所
定の入力信号Si を入力して複数の入力信号Si1〜Sin
(因みに、ここでnは以下も同様であるように4以上の
自然数とする)として分岐出力する信号分配器10と、
所定の制御信号Cを入力して複数に分岐される利得制御
信号Cg1〜Cgnを生成出力する利得制御器11と、複数
の利得制御信号Cg1〜Cgnのうちの何れか一つのもの及
び所定の電源電圧Vccに基づいてそれぞれ制御電源電圧
c1〜Vcnを生成する複数の電源制御器211 〜21n
と、可変利得増幅回路及び遅延回路から成ると共に、複
数の制御電源電圧Vc1〜Vcnのうちの何れか一つのもの
及び複数の利得制御信号Cg1〜Cgnのうちの何れか一つ
のものに基づいて複数の入力信号Si1〜Sinのうちの何
れか一つのものからそれぞれ利得制御出力Sc1〜Scn
生成出力する互いに並列接続された複数の可変利得器3
1 〜31n と、複数の利得制御出力Sc1〜Scnを合成
して出力信号So を得る合成器41とを備えて成ってい
る。
【0019】ここで利得制御器11は、各可変利得器3
1 〜31n のうちの少なくとも2つに関する利得を互
いに逆方向に制御するものであり、複数の電源制御器2
1〜21n は、それぞれ可変利得増幅回路の対応する
ものに対して複数の利得制御信号Cg1〜Cgnのうちの該
当するものの利得が最も小さくなったときに複数の制御
電源電圧Vc1〜Vcnのうちの該当するものの印加を断に
する。
【0020】この増幅器では、入力信号Si が信号分配
器10によって各入力信号Si1〜Sinに分けられ、それ
ぞれ可変利得器311 〜31n へ入力される。又、利得
制御器11は制御信号Cに基づいて各利得制御信号Cg1
〜Cgnを発生する。各可変利得器311 〜31n では、
それぞれ利得制御信号Cg1〜Cgnに従ってその利得を変
化させてそれぞれ利得制御出力Sc1〜Scnを出力する
が、このとき各可変利得器311 〜31n には各電源制
御器211 〜21n から電源電圧Vccを制御電源電圧V
c1〜Vcnとしたものの一つが印加されている。合成器4
1では各利得制御出力Sc1〜Scnを合成して出力信号S
o を得る。
【0021】以下は、この増幅器における利得制御の手
順について説明する。単純な例として、可変利得器31
1 ,312 以外のもの(可変利得器313 〜31n )は
最小利得で且つ電源制御器213 〜21n により制御電
源電圧Vc3〜Vcnが断にされているものとする。又、可
変利得器311 は最大出力が大きく、可変利得器312
は最大出力が小さいものとし、それぞれの可変利得器3
1 ,312 の可変範囲は互いの最大出力差に対して充
分大きいものとする。
【0022】そこで、初期状態として可変利得器311
が最大利得で動作しており、可変利得器312 は最小利
得で且つ電源制御器212 により制御電源電圧Vc2が断
にされているものとすると、この状態から出力信号So
を小さくする場合、先ず制御信号Cに基づいて利得制御
器11により利得制御信号Cg1,Cg2を制御する。この
際、利得制御信号Cg1は可変利得器311 の利得が小さ
くなるように、利得制御信号Cg2は可変利得器312
利得が大きくなるように制御し始める。
【0023】次に、電源制御器212 により速やかに制
御電源電圧Vc2が印加される。しかしながら、まだ可変
利得器312 の利得は極めて小さい設定になっており、
可変利得器311 はまだ大きい利得を示しているため、
制御電源電圧VC2が印加されて可変利得器312 が動作
し始めた瞬間に発生する雑音は無視できる。引き続き、
制御電源電圧Vc1,Vc2がそれぞれ可変利得器311
312 に印加されている状態で、利得制御器11によっ
て徐々に利得制御が行われ、最終的に可変利得器311
は最小利得に,可変利得器312 は最大利得に制御され
る。
【0024】最後に、電源制御器211 によって速やか
に制御電源電圧Vc1が断にされて新しい定常状態にな
る。この場合も制御電源電圧Vc1が断にされ、可変利得
器311 が動作しなくなった瞬間に発生する雑音は無視
できる。合成器41は、それぞれ遅延量が等しくなるよ
うに設定された利得制御出力Sc1,Sc2を合成して出力
信号So として出力するが、このような手順により出力
信号So は可変利得器311 の最大出力から可変利得器
312 の最大出力に変化する。
【0025】このような制御手順に従えば、この増幅器
では出力遷移状態での出力信号So の変化状態を可変利
得制御器11によって制御できる。即ち、一般に最大出
力の大きな増幅器は消費電力が大きく、最大出力電力の
小さな増幅器は消費電力が小さいため、ここではそのと
きに必要な出力信号So の大きさに見合った消費電力の
可変利得器を選択することで電源電圧Vccの効率的な使
用が可能になる。
【0026】又、この増幅器では、定常状態での出力信
号So は動作している可変利得器の最大出力で決定して
いるが、各可変利得器の利得を最大利得時にのみ保証す
ることは、全ての可変利得範囲にわたって保証する場合
に比べて容易である。従って、従来技術のように検波器
によって出力電力を検出して利得制御にフィードバック
(帰還)する必要性が無くなる。
【0027】更に、連続した利得可変範囲が必要な場合
でも図1に示すような構成の増幅器の入力側,又は出力
側に可変増幅器を追加すれば対応できる。このとき、追
加する可変増幅器の可変利得範囲は、少なくとも2つの
逆方向に利得制御される可変利得器の最大利得差より若
干広くするだけで良い。このため、追加した可変増幅器
の利得を全可変範囲に及んで保証することはそれほど困
難ではない。このような増幅器の場合、並列接続された
各可変利得器311 〜31n のうちの一つだけを最大利
得で動作させ、その他のものに対する制御電源電圧の印
加を全て断にし、動作させないような制御を行う場合に
おいても、全体の利得を連続して可変することが可能と
なる。
【0028】図2は、上述した各可変利得器311 〜3
n の基本構成に関する一例を可変利得器31として示
したブロック図である。この可変利得器31において、
可変利得増幅回路311は入力信号Si を入力とし、利
得制御信号Cg によりその利得を制御した可変出力Sc
´を出力する。この可変出力Sc ´は遅延回路312に
より遅延量の調整が行われて利得制御出力Sc となる。
ここでは可変利得増幅回路311及び遅延回路312に
電源電圧Vccより生成された制御電源電圧Vcが印加さ
れているが、可変利得器31が受動回路のみで構成され
ている場合は制御電源電圧Vc が印加される必要は無
い。
【0029】図3は、上述した可変利得器31における
可変利得増幅回路311の利得を変化させた場合、その
遅延量も変化する場合を対策した他の可変利得器31の
構成を例示したブロック図である。即ち、ここでは図2
に示した遅延回路312に代え、可変利得増幅回路31
1における遅延量の変化に対してその遅延量を可変制御
するための可変遅延回路313が用いられている。この
構成の場合、利得制御信号Cg により利得を制御すると
同時に可変遅延回路313を使用して遅延量も制御する
ので、利得が変化しても可変利得器31全体としての遅
延量が一定に保たれることになる。
【0030】図4は、上述した可変利得増幅回路311
の回路構成例を示したブロック図である。この可変利得
増幅回路311は、所定の利得増幅を行う固定利得増幅
部322と、この固定利得増幅部322の最大利得より
も絶対値で大きな最大減衰量を持つ可変減衰部321,
323とを組み合わせて成っている。ここでは、入力信
号Si が可変減衰部321に入力され、続いて固定利得
増幅部322に送られた後、可変減衰部323を通って
可変出力Sc ´となる。この可変利得増幅回路311で
の利得は可変減衰部321,323により決定される。
【0031】この場合、先に述べた利点に加えて、以下
に述べる利点がある。即ち、可変利得増幅回路311
は、上述した利得制御の手順から明らかであるように、
その利得が最小の時にのみ制御電源電圧Vc の印加状態
又は断状態が発生する。可変利得増幅回路311の利得
を最小にしたとき、可変減衰部321,323の減衰量
は最大になっている。この状態で制御電源電圧Vc が印
加若しくはは断にされることにより、固定利得増幅部3
22の入出力インピーダンスが変化しても減衰部32
1,323の減衰量が大きいため、入力信号Si 及び可
変出力Sc ´に対する影響は少ない。これにより、上述
した可変利得器31及び増幅器全体の動作を一層安定な
ものとすることができる。
【0032】図5は、上述した各電源制御器211 〜2
n の基本構成に関する一例を電源制御器21として示
したブロック図である。この可変利得器31では、P−
chFET213のゲート電圧をN−chFET214
により制御することにより電源電圧Vccを制御電源電圧
c として接続又は断にするものである。因みに、P−
chFET213のゲート側は電源電圧Vccとの間で抵
抗212を介して接続されている。
【0033】即ち、この電源制御器21では、利得制御
信号Cg が比較器211に入力され、抵抗215,21
6の比によって決まる闘値を越えたときにN−chFE
T214及びP−chFET213がオンし、電源電圧
ccが制御電源電圧Vc として接続され、逆に利得制御
信号Cg がその闘値よりも小さくなったときに電源電圧
ccが制御電源電圧Vc から断にされる。
【0034】尚、上述した図3並びに図4で説明した可
変利得器31や図5で説明した電源制御器21の構成を
用いた増幅器に関しても、その増幅器における入力側又
は出力側に可変増幅器を接続した構成の増幅器とするこ
とにより、全体の利得を連続して可変することが可能と
なるし、このような何れの増幅器に関しても複数従属接
続して増幅装置を構成すれば利得可変幅を広くすること
が可能となる。
【0035】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の増幅器
によれば、利得制御器で各可変利得器のうちの少なくと
も2つに関する利得を互いに逆方向に制御すると共に、
各電源制御器でそれぞれ各可変利得器に備えられる可変
利得増幅回路の対応するものに対して利得制御信号のう
ちの該当するものの利得が最も小さくなったときに制御
電源電圧のうちの該当するものの印加を断にする構成と
しているので、従来技術のように検波器によって出力電
力を検出して利得制御にフィードバック(帰還)する必
要が無くなる。結果として、利得切り替え時の信号の瞬
断が無い上、電源電圧の利用効率が良くて利得の可変範
囲が大きい優れた特性の増幅器が具現されるようにな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る増幅器の基本構成を示
したブロック図である。
【図2】図1に示す増幅器に備えられる可変利得器の基
本構成の一例を示したブロック図である。
【図3】図1に示す増幅器に備えられる可変利得器の基
本構成の他例を示したブロック図である。
【図4】図2又は図3に示す可変利得器に備えられる可
変利得増幅回路の回路構成例を示したブロック図であ
る。
【図5】図1に示す増幅器に備えられる電源制御器の基
本構成の一例を示したブロック図である。
【図6】従来の可変利得増幅器を構成するための関連技
術として、送信電力制御方式の系統を示したブロック図
である。
【図7】従来の他の可変利得増幅器を構成するための関
連技術として、多段増幅器の基本構成を示したブロック
図である。
【符号の説明】
10 信号分配器 11 利得制御器 21,211 〜21n 電源制御器 31,311 〜31n 可変利得器 41 合成器 51〜58 増幅器 59,60,74 切り替えスイッチ 61,76 検波器 62 選択決定回路 71,72 電力増幅器 73 方向性結合器 75 制御回路 77 基準電圧入力端子 211 比較器 212,215,216 抵抗 213 P−ch FET 214 N−ch FET 311 可変利得増幅回路 312 遅延回路 313 可変遅延回路 321,323 可変減衰部 322 固定利得増幅部 C 制御信号 Cg ,Cg1〜Cgn 利得制御信号 Sc ,Sc1〜Scn 利得制御出力 Si ,Si1〜Sin 入力信号 So 出力信号 Vc ,Vc1〜Vcn 制御電源電圧 Vcc 電源電圧

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の制御信号を入力して複数に分岐さ
    れる利得制御信号を生成出力する利得制御器と、前記複
    数の利得制御信号のうちの何れか一つのもの及び所定の
    電源電圧に基づいてそれぞれ制御電源電圧を生成する複
    数の電源制御器と、可変利得増幅回路及び遅延回路から
    成ると共に、前記複数の制御電源電圧のうちの何れか一
    つのもの及び前記複数の利得制御信号のうちの何れか一
    つのものに基づいて所定の入力信号が複数に分岐された
    もののうちの何れか一つからそれぞれ利得制御出力を発
    生する互いに並列接続された複数の可変利得器とを含
    み、前記利得制御器は、前記複数の可変利得器のうちの
    少なくとも2つに関する利得を互いに逆方向に制御する
    ものであり、前記複数の電源制御器は、それぞれ前記可
    変利得増幅回路の対応するものに対して前記複数の利得
    制御信号のうちの該当するものの利得が最も小さくなっ
    たときに前記複数の制御電源電圧のうちの該当するもの
    の印加を断にすることを特徴とする増幅器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の増幅器において、前記複
    数の可変利得器には、前記遅延回路として、前記可変利
    得増幅回路における遅延量の変化に対して該遅延量を可
    変制御する可変遅延回路が用いられたことを特徴とする
    増幅器。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の増幅器において、前記可
    変利得増幅回路は、所定の利得増幅を行う固定利得増幅
    部と、前記固定利得増幅部の最大利得よりも絶対値で大
    きな最大減衰量を持つ可変減衰部とを組み合わせて成る
    ことを特徴とする増幅器。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3の何れか一つに記載の増幅
    器,及び該増幅器における入力側に接続された可変増幅
    器から成ることを特徴とする増幅器。
  5. 【請求項5】 請求項1〜3の何れか一つに記載の増幅
    器,及び該増幅器における出力側に接続された可変増幅
    器から成ることを特徴とする増幅器。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5の何れか一つに記載の増幅
    器を複数従属接続して成ることを特徴とする増幅装置。
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