JPH1051243A

JPH1051243A - 増幅器

Info

Publication number: JPH1051243A
Application number: JP9123257A
Authority: JP
Inventors: Bill Vassilakis; バシラキスビル; Singh Hans Ravinder; シンハンスラビンダー
Original assignee: Whitaker LLC
Current assignee: Whitaker LLC
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ＡＢ級増幅器の高効率を維持しつつ、その直
線性を改善する電力増幅用増幅器を提供すること。【解決手段】増幅器１はＡＢ級動作する相互接続され
たトランジスタ２、３を有すると共にＭＰＵコントロー
ラ４を具える。ＭＰＵコントローラ４は、増幅器１の入
出力関係を予め測定して、直線性補償用データを取得す
る。このデータに基づき、各入力信号レベルに対応する
トランジスタ２、３のバイアスを自動的に設定し、直線
性の優れた増幅器１を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は増幅器、特に効率の
高い線形（リニア）電力増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】無線（ワイヤレス）通信システムにより
データ伝送するには、デジタル変調技法を用いて高スペ
クトル効率及びスペクトル利用を行っている。無線通信
システムの基地局の増幅器は、アナログ伝送システムで
使用する増幅器に比較して一層直線性（リニアリティ）
が優れていなければならない。米国では連邦通信委員会
（ＦＦＣ）スペクトル再生（リジェネレーション）に関
し特定の制約を課している。これら制約は、使用電力、
チャンネル当たりのユーザ数、その他の要件につき規格
を満足しなければならない。増幅器は、斯るＦＦＣ規格
を満足するのみならず、無線データ通信用増幅器は入出
力電力のある範囲内で線形でなければならない。

【０００３】増幅器はその動作特性に基づき種々のクラ
スにグループ分けされている。Ａ級増幅器では、入出力
信号は入力信号に対して常に対応する値であり、優れた
直線性で動作しなければならないが、高い熱損失により
効率が低下する。更に、ドーマント伝送時に入力パワー
がない場合でも熱放出を行う。斯る増幅器はデジタルシ
ステムに好適であるが、データ伝送にそれを使用するこ
とは、その低効率故に制限される。

【０００４】ＡＢ級増幅器は、入力信号サイクルの１８
０°以上の期間中オンとなる。そのサイクルタイムが短
い為に、その直線性の正確な制御を犠牲にすることで高
効率を得ている。典型効率が２５％の斯るＡＢ級増幅器
はＱフェーズシスト（移相）キーング（即ちＱＰＳＫ）
及びコードディビジョンマルチプルアクセス（ＣＤＭ
Ａ）伝送システム等のデジタル伝送システムに好適であ
る。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】既知の技法によると、増幅器
の直線性は増幅器の相互変調（インターモジュレーショ
ン）電力と出力電力との関係をグラフにして示す。この
相互変調電力は増幅器により伝送される信号の歪により
生じる。Ａ級増幅器では、歪による相互変調電力は増幅
器の出力電力の増加に比例して増加する。グラフ化する
と、相互変調電力対出力電力は直線状であり、程度の差
はあれ、ある傾斜をもった直線で表される。ＡＢ級増幅
器の場合には、歪による相互変調電力対出力電力のグラ
フは、中央部分の狭い範囲では直線であるが、その両側
にあっては、この中央部分の直線の延長線又は接線に対
してかい離する円弧（アーク）状のグラフとなる。即
ち、ＡＢ級増幅器は狭い範囲のみで線形であり、それか
ら出力が大きい場合及び小さい場合共に直線性が劣化す
る特性を有することとなる。２０ｄＢ以上の範囲にわた
って、僅か２〜３ｄＢの電力の変動も許容不可能である
用途には不適である。

【０００６】従って、本発明の目的は、出力電力の広い
範囲にわたって良好な直線性が得られると共に高効率且
つ低相互変調を維持する電力増幅器を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明によると、増幅器に
自動利得制御（ＡＧＣ）を設け、入出力電力レベルの検
出値に基づいてＡＧＣを行って、高効率且つ良好な直線
性の出力を広い範囲にわたり提供する。

【０００８】本発明の好適実施例によると、マイクロプ
ロセッサ（ＭＰＵ）を設け、ＡＢ級増幅器を構成する２
個のトランジスタの入出力電力関係を検出測定する。こ
の検出入力電力に基づいて適切なバイアスをこれらトラ
ンジスタに与える。入力電力及び出力電力の検出値に基
づいてＭＰＵにより増幅器のゲイン（利得）を維持す
る。２段トランジスタの場合、ＡＢ級増幅器の出力は各
トランジスタの電圧伝達特性よりも一層直線性が良好に
なる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の増幅器の好適実施
例を添付図を参照して詳細に説明する。

【００１３】先ず図１を参照して説明する。増幅器１は
ＡＢ級増幅動作をする１対のトランジスタ２、３を含
み、更にこれらトランジスタ２、３にはＭＰＵコントロ
ーラ４が接続されている。ＡＢ級増幅器自体については
米国ニューヨーク州のジョンウィレイアンドソンズ
社が１９７７年及び１９８４年に出版した「アナログ集
積回路の解析と設計」第２版（ポールＲ．グレイ及びロ
バートＧ．マイヤ共著の３２６，３６６，７５５及び７
５６頁に説明されているので、これを参照されたい。

【００１４】図１の増幅器１を参照すると、ＲＦ（無線
周波数）入力端子５にＲＦ入力信号を受け、前段トラン
ジスタ２の入力に結合（入力）される。このＲＦ入力端
子５の入力ＲＦ電圧は第１フィードラインモニタ６にも
印加され、逆バイアスされたダイオード７を介してＭＰ
Ｕコントローラ４の入力ＲＦ電圧（ｉｎｐｕｔｄｅｔ
ｅｃｔ）端子８に入力される。

【００１５】増幅器１の出力ＲＦ端子９は後段トランジ
スタ３の出力に結合されている。また、この出力ＲＦ端
子９の出力は第２フィードライン１０にも印加され、逆
バイアスされたダイオード１１を介してＭＰＵコントロ
ーラ４の出力検出（ｏｕｔｐｕｔｄｅｔｅｃｔ）端子
１２へ入力される。この出力検出端子１２は増幅器１の
ＲＦ出力を検出する。

【００１６】この特定実施例にあっては、各トランジス
タ２、３は図示せずもエミッタ１３、コレクタ１４及び
ベース１５を含むバイポーラトランジスタである。ベー
スバイアス端子１６は各トランジスタ２、３のベース１
５に接続され且つＭＰＵコントローラ４のバイアス１、
２（Ｂｉａｓ１、２）に夫々接続されている。各バイア
ス端子１６のバイアス電圧はＭＰＵコントローラ４から
のバイアス制御電圧である。ＭＰＵコントローラ４によ
り検出された入力出力電力レベルにより、両ＡＢ級トラ
ンジスタ２、３のバイアス点は適合調整されて、入力Ｒ
Ｆ電圧に対応して線形ＲＦ出力を出力するよう変更され
るので、このＡＢ級増幅器の直線性は単一ＡＢ級トラン
ジスタ２、３のいずれよりも良好となる。

【００１７】従って、本発明の好適実施例の増幅器によ
ると、使用するトランジスタのバイアスレベルを検出し
た入力レベルに応じて最適動作をするようダイナミック
（動的）制御することを特徴とする。バイアス適合リー
ドを使用し、各トランジスタ自身の直線性よりも優れた
直線性の増幅器を実現する。一方の増幅器段（例えば初
段）は他の増幅器（例えば後段）への入力を予め歪ませ
て、最終出力が例えばＣＤＭＡ伝送等のデジタル変調に
必要な特性が得られるようにする。

【００１８】ＡＢ級トランジスタ動作用にダイナミック
バイアス調整することにより、既知のＡＢ級動作で得ら
れた以上の優れた直線性が得られ、しかも高効率という
ＡＢ級増幅器の利点を維持享受することができる。しか
も、少ない部品点数により、安価に広いダイナミックレ
ンジの動作が得られる。これを行う為のＭＰＵコントロ
ーラ４のソフトウェアを開発して、アラーム（警報）発
生、温度最適化制御等のフレキシビリティを最大化する
ことが可能になる。

【００１９】次に、図２を参照して本発明の増幅器を更
に詳細に説明する。図２は図１のＭＰＵコントローラ４
の内部構成を少し詳細にブロック図で示す。

【００２０】ＭＰＵコントローラ４は例えば、米国アリ
ゾナ州チャンドラのマイクロチップテクノロジ社が市販
するＭｉｃｒｏｃｈｉｐＰＩＣ１６Ｃ７３型であ
る。このＭＰＵコントローラ４は２８ピンの集積回路
（ＩＣ）であり、例えば、後述する型式の制御テーブル
に記録されているプログラム情報を記憶（ストア）する
内部メモリを含んでいる。

【００２１】図２に示す如く、中央処理ユニット（ＣＰ
Ｕ）１７はマルチチャンネルＡＤＣ（アナログ・デジタ
ル変換器）１８により増幅器１の各種動作パラメータを
モニタ（監視）する。これにより増幅器１のアナログ動
作パラメータがサンプング（抽出）され、デジタル信号
に変換される。これらパラメータはＲＦ入力電力レベ
ル、出力電力レベル、温度及び電流等であり、これら全
てがトランジスタ２、３の出力電力を左右する。

【００２２】ＭＰＵコントローラ４の主要機能は、トラ
ンジスタ２、３のバイアスを自動調節して、増幅器１の
直線性を最善にすることである。特にＭＰＵコントロー
ラ４はＡＤＣ１８からの信号を受けるＣＰＵ１７を有す
る。ＡＤＣ１８は例えば検出したＲＦ入力及び出力信号
を受ける入力電力端子１９、各トランジスタ２、３の温
度検出値を受ける入力温度端子（１個のみを図示）２
０、各トランジスタ２、３の電流検出値を受ける電流端
子（１個のみを図示）２１等の各種入力端子１９〜２１
を有する。これら温度モニタ２２及び電流モニタ２３は
図１に示す如く、各トランジスタ２、３に設けられ、Ａ
ＤＣ１８の対応する入力端子２０、２１に検出温度及び
電流値を入力する。

【００２３】次に増幅器１の動作を説明する。ＭＰＵコ
ントローラ４は後述する如く開発さた制御テーブルに記
録された情報に基づいてプログラムされる。ＣＰＵ１７
はプラグラムされた情報を、増幅器１の動作中にトラン
ジスタ２、３のモニタ６、１０、２２、２３をモニタし
て得た検出情報と比較する。ＣＰＵ１７の出力は、デジ
タルアナログ変換器（ＤＡＣ）２６を介して出力端子２
４、２５から得られ、図１の増幅器１のトランジスタ
２、３のバイアス制御電圧（ＢｉａｓＣｏｎｔｒｏ
ｌ）とゲイン制御電圧（ＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）を
供給する。

【００２４】増幅器１の線形動作はＲＦ出力電力が入力
ＲＦ電力の変動に対して線形に変化するようにする為に
好ましい。各トランジスタ２、３は非線形動作し、これ
により出力電力は入力電力の変動に対して非線形に変化
する。

【００２５】本発明の好適実施例によると、増幅器１を
構成する各トランジスタ２、３の出力電力の変動は入力
ＲＦ電力のある範囲にわたり測定される。これら測定さ
れる入力ＲＦ電力の範囲にわたるＲＦ出力の測定値を示
すテーブル（表）を作成する。このテーブルを制御テー
ブルとして使用し、ＭＰＵコントローラ４のＣＰＵ１７
のプログラミングを行う。必要に応じて他の測定値も考
慮してプログラミングしてもよい。例えば、各トランジ
スタ２、３につき温度モニタ２２により温度をモニタし
てもよい。また、電流は各トランジスタ２、３につき電
流モニタ２３によりモニタ可能である。制御テーブル
は、トランジスタ２、３が冷却している場合、通常状態
及び高温状態の各々の場合に分けて作成するのが好まし
い。

【００２６】各トランジスタ２、３のゲインは、ＭＰＵ
コントローラ４により設定され。検出したＲＦ電力レベ
ルに応じてバイアス制御電圧を各トランジスタ２、３に
供給する。ＭＰＵコントローラ４は、ＤＡＣ２６を介し
て各トランジスタ２、３に制御信号を設定し、希望する
出力電力レベルを得る。ＭＰＵコントローラ４が温度及
び電流検出値を含めてプログラミングするようテーブル
を開発すると、トランジスタ２、３のゲインは、これら
検出された温度及び電流値に従って設定される。ここ
で、トランジスタ２、３の温度や電流は継続して各モニ
タ２２、２３によりモニタされる。

【００２７】以上本発明の増幅器の好適実施例を説明し
たが、本発明は斯る実施例のみに限定されるべきではな
く、必要に応じて種々の変更が可能であることが当業者
には容易に理解できよう。

【００２８】

【発明の効果】本発明の増幅器によると、ＭＰＵコント
ローラを用いて、トランジスタを含む増幅器の入出力関
係を予め求めて、この関係式（テーブル）から各入力信
号に対するトランジスタの最適バイアス設定値を求め、
ＡＢ級動作をする増幅器の直線性（リニアリティ）を自
動的に調節する。これにより，ＡＢ級増幅器としての高
効率を維持しつつ、その直線性をデジタル通信等に必要
とする高レベルに維持することが可能になる。

【００２９】また、本発明の増幅器によると、ＡＢ級で
動作するトランジスタの温度を測定し、前述した入出力
信号間の特性のみならずトランジスタの動作温度に基づ
いてトランジスタの最適バイアス値を自動的に設定する
ことが可能である。従って、この増幅器はオン直後の冷
却状態、通常温度状態及び高温状態に応じてトランジス
タのバイアスを夫々適正値とすることが可能である。そ
のためトランジスタの温度状態のいかんを問わず直線性
の優れた増幅器を得ることが可能になる。

【００３０】これらトランジスタのバイアス制御はＭＰ
Ｕ（マイクロプロセッサユニット）コントローラを用い
て自動的に行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の増幅器の好適実施例の構成図。

【図２】図１の増幅器に使用するＭＰＵコントロー
ラの内部ブロック図。

【符号の説明】

１増幅器２、３トランジスタ４ＭＰＵコントローラ７入力検出手段８出力検出手段２２温度計測手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＡＢ級動作をする相互接続された１対のト
ランジスタを含む増幅器において、前記増幅器の入出力関係を予め測定する手段と、該手段の測定結果に基づき前記増幅器の入力信号に応じ
て前記トランジスタのバイアス電圧を制御して前記増幅
器の直線性を補償する手段と、を具えることを特徴とする増幅器。
【請求項２】ＡＢ級動作をするトランジスタを含む増幅
器において、該増幅器の入出力関係を予め測定し記憶する手段と、前記トランジスタの温度測定手段と、前記入出力関係測定手段及び前記温度測定手段に基づき
前記トランジスタの最適バイアス設定手段とを具え、前記増幅器への入力信号及び前記トランジスタの温度に
基づき前記トランジスタのバイアスを最適に設定するこ
とを特徴とする増幅器。