JP5808244B2 - 増幅装置及びそれを用いた携帯端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源電圧から同時に複数の制御電圧を出力して送信信号を増幅する増幅装置及びそれを用いた携帯端末装置に関する。

携帯電話機やタブレット型コンピュータなどの無線通信可能な携帯端末装置においては、通信状態に応じて送信出力を変えるため、パワーアンプを備える。

例えば、特許文献１には、携帯端末装置において、パワーアンプに対して通信状態に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータにより降圧電圧を供給したり、ＤＣ−ＤＣコンバータをバイパスして電源電圧を直接パワーアンプに供給したりして、送信信号を増幅制御するものが開示されている。

図７は、この従来の変圧部とパワーアンプからなる増幅装置の一例を示すブロック図である。
変圧部１００は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１とスイッチ１０２からなる。パワーアンプ１０３に駆動制御信号を供給する場合、
（１）スイッチ１０２をＯＦＦにし、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１で電源電圧を変圧（降圧）した電圧を供給、
（２）スイッチ１０２をＯＮにし、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１をバイパスして、電源電圧をそのまま供給
のいずれかである。

特開２００８−２１１６４７号公報

しかしながら、従来の技術では、スイッチング素子をオン／オフすることにより電源電圧から供給される電圧（バッテリ電圧）と、ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される変圧された電圧の２種類の電圧を切り替えて出力することができるが、どちらか一方の電圧しか出力できず、同時に前記２種類の電圧を出力させることはできない。このため、複数系統の電源が必要なパワーアンプ１０３に対しては別電源が必要となるという課題がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、同時に複数の電圧をパワーアンプに出力して別電源を不要とする増幅装置およびそれを用いた携帯端末装置を提供しようとするものである。

本発明の増幅装置は、送信信号を増幅してアンテナへ供給する増幅部と、電源電圧を変圧して前記増幅部の増幅量を制御する駆動制御電圧を生成する変圧部と、を備え、
前記変圧部は、前記電源電圧を変圧して前記駆動制御電圧を前記増幅部に出力する変圧手段と、前記変圧手段に対して並列に設けられ、前記増幅部をオンさせるときに前記電源電圧を前記増幅部に出力する切替手段と、を備え、
前記増幅部は、前記送信信号の送信時に、前記切替手段から出力された前記電源電圧に応じて、オンし、オンしているときに、前記変圧手段から出力された前記駆動制御電圧に応じて、前記送信信号を増幅することを特徴とする。

また、本発明の増幅装置において、前記増幅部と前記変圧手段とは、通信に用いる複数の周波数帯に対応して複数設けられ、前記切替手段は、一つ設けられ、前記複数の増幅部をオンさせるときに前記電源電圧を前記複数の増幅部に出力し、前記複数の変圧手段は、前記複数の増幅部にそれぞれ前記駆動制御電圧を出力し、
前記複数の増幅部は、前記送信信号の送信時に、前記切替手段から出力された前記電源電圧に応じて、オンし、オンしているときに、前記複数の変圧手段からそれぞれ出力された前記駆動制御電圧に応じて、前記送信信号を増幅することを特徴とすることを特徴とする。

また、本発明の増幅装置において、前記切替手段である第１の切替手段の出力部分と前記変圧手段の出力部とに接続された第２の切替手段を更に備え、
前記第１の切替手段のみがオンしたときに、前記増幅部には、前記電源電圧、及び、前記駆動制御電圧として、それぞれ、第１の電圧、及び、前記第１の電圧が変圧された第２の電圧が供給され、
前記第１の切替手段と前記第２の切替手段とがオンしたときに、前記増幅部には、前記電源電圧、及び、前記駆動制御電圧として、前記第１の電圧が供給され、
前記第２の切替手段のみがオンしたときに、前記増幅部には、前記電源電圧、及び、前記駆動制御電圧として、それぞれ、前記第２の電圧が供給されることを特徴とする。

また、本発明は、前記増幅装置と、通信状態に応じて必要な送信出力が得られるように前記変圧部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする携帯端末装置である。

本発明によれば、複数の制御信号により制御される通信用増幅器を使用する場合は、変圧部が電源電圧をもとに同時に複数の制御電圧を出力可能であるため、別電源を備える必要が無いため、小型化やコスト面でも有利となる。
また、変圧部の駆動制御電圧も電源電圧として用いれば、変圧手段を使用しないため、ノイズが少なく、また電源電圧をそのまま駆動制御電圧として用いるので、増幅部の増幅も大きくできる。

携帯電話装置の第１実施形態を示すブロック図である。 第１実施形態の携帯電話装置の無線ＩＦ部を示すブロック図である。 電源電圧の定格電圧と時間による減衰を示す図である。 駆動制御電圧の制御電圧範囲と一通話中での電圧変化例を示す図である。 第２実施形態の無線ＩＦ部を示すブロック図である。 第３実施形態の変圧部を示すブロック図である。 従来の増幅装置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、携帯電話装置の第１実施形態を示すブロック図である。図２は、この携帯電話装置の無線ＩＦ部を示すブロック図である。

この携帯電話装置１０は、表示部１１、入力部１２、記憶部１３、インターフェイス部１４、アプリケーション処理部１５、制御部１６、電源部１７、無線処理部１８、無線ＩＦ部１９、アンテナ２０を備える。

表示部１１は、文字や映像などを表示するものであり、液晶パネルや有機ＥＬパネルで構成される。
入力部１２は、例えば、文字キーと、選択キー、確定キー等を有しており、操作者（使用者）は、入力部１２の操作により様々の入力を行う。なお、入力部１２は、表示部１１に設けたタッチパネルであってもよい。

記憶部１３は、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリで構成され、各種のデータやプログラム等を記憶する。
インターフェイス部１４は、ＩＣカード等の外部記憶媒体を装着接続したり、パソコン等の外部機器と接続したりして、データ通信などの機能を有する。また、通話等の音声入出力も含まれる。
アプリケーション処理部１５は、記憶部１３やインターフェイス部１４に装着された外部記憶媒体などに記憶されたアプリケーションプログラムに従ってデータ処理を行う。

制御部１６は、携帯電話装置１０の各部を総括的に制御するもので、ＣＰＵからなる。ＣＰＵは、携帯電話装置１０の本体を総括的に制御する制御手段として機能する中央処理装置である。
電源部１７は、各部に電源電圧を供給する。
無線処理部１８は、送信のために信号を変調したり、受信した信号を復調したり、無線通信の処理を実行する。
無線ＩＦ部１９は、アンテナ２０を介して信号の送受信を実行する。

図２に示すように、無線ＩＦ部１９は、変圧部３０、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band-pass filter）３３，３７、パワーアンプ（ＰＡ：Power Amplifier）３４、分波器３５、低雑音アンプ（ＬＮＡ: Low Noise Amplifier）３６を備える。

変圧部３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１とスイッチ３２から構成される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３１は、電源電圧を降圧し出力する。スイッチ３２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１に並列に配置され、電源電圧の出力をＯＮ／ＯＦＦする。このように変圧部３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１からの駆動制御電圧Ｖｃｃ２と、スイッチ３２からの電源電圧Ｖｃｃ１の２つを同時出力可能である。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３１とスイッチ３２は、制御部１６の制御信号により制御される。従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１のＯＮ／ＯＦＦやＶｃｃ２の電圧値、スイッチ３２のＯＮ／ＯＦＦが制御部１６により制御される。

電源電圧は、放電により電圧は下降するが、定格電圧を、例えば図３に示すように、４．２〜３．４Ｖの範囲とする。この電圧範囲で各部は正常に動作する。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１は、通信状態に応じてＰＡ３４の出力を制御するため、例えば図４に示すように、通信時間中に３．４〜１．０Ｖの範囲で電源電圧を降圧して出力する。

ＢＰＦ３３，３７は、送信信号や受信信号に対して所定の周波数成分を通過させる。
ＰＡ３４は、送信信号を変圧部からの出力により所定量増幅する。ＰＡ３４は、Ｖｃｃ１の電圧が印加された後、制御部１６からの制御信号によりＯＮ／ＯＦＦされ、Ｖｃｃ２により増幅出力を制御される。また、ＰＡ３４の詳細な動作制御は同様に制御部１６からの制御信号によりコントロールできるが、ここでは詳しい説明は省略する。
分波器３５は、所定の周波数毎に信号を分ける機能を有し、ここでは送信周波数と受信周波数に分波する。
ＬＮＡ３７は、アンテナで受けた微弱な電波（受信信号）に対して、ノイズを付加することなく増幅して出力する。

次に、携帯電話装置１０の送信受信動作について、概略を説明する。
送信においては、使用者の入力部１２からの操作にしたがって送信処理を行う。それは通話であるのか、メールなどのパケット通信であるかは、使用者の操作に従って制御部１６が処理を進める。なお、使用者の指示に従い、制御部１６は記憶部１３からアプリケーションプログラムを読み込んで、アプリケーション処理部１５にデータ処理を行わせる。このデータは、無線処理部１８に送り、送信のために変調などの処理を行わせて無線ＩＦ部１９において必要な送信電力が得られるように増幅してアンテナ２０より送信を行う。

受信の場合は、アンテナ２０から受信した信号を増幅し、無線処理部１８にて、復調し、制御部１６は通話処理や表示部１１への表示等の処理を行う。

さて無線ＩＦ部１９では、次のような処理が行われる。
無線処理部１８で変調された送信信号は、ＢＰＦ３３にて所定の周波数成分だけ通過し、ＰＡ３４に入力する。変圧部３０は、通信状態に応じて送信信号を増幅するべく、制御部１６より制御信号を受ける。まず、ＰＡ３４をＯＮするため、スイッチ３２をＯＮし、電源電圧をＶｃｃ１としてＰＡ３４に印加するとともに、制御部１６は制御信号をコントメールしてＰＡ３４をＯＮにする。ＰＡ３４がＯＮした後、駆動制御電圧Ｖｃｃ２によりＰＡ３４の出力が制御される。
制御部１６は、通信状況に合わせてＤＣ−ＤＣコンバータ３１を制御してＶｃｃ２の電圧値を制御することにより、ＰＡ３４による送信信号を制御する。

ＰＡ３４が信号を送信中であるとした時、基地局等から送信される通信状況の情報により、制御部１６は、現在の送信中の送信出力が小さい場合、必要な送信出力が得られるまでＤＣ−ＤＣコンバータ３１を制御して、駆動制御電圧Ｖｃｃ２の電圧を上げる。逆に、また、制御部１６は、現在の送信中の送信出力が大きい場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１を制御して、駆動制御電圧Ｖｃｃ２の電圧を下げる。
このように出力制御された送信信号は、分波器３５を介してアンテナ２０から送信される。

また、アンテナ２０で受信された受信信号は、分波器３５を介してＬＮＡ３６に送られ、増幅される。ＢＰＦ３７で所定の周波数成分のみを通過させ、無線処理部１８に送る。

このように複数系統の電源が必要な通信用増幅器を使用する場合は、変圧部が電源電圧をもとに同時に複数の制御電圧を出力可能であるため、別電源を備える必要が無いため、小型化やコスト面でも有利となる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、３つの周波数帯（例えば、２ＧＨｚ、１．７ＧＨｚ、８００ＭＨｚ）に対応した携帯電話機であり、図５は、第２実施形態の無線ＩＦ部を示すブロック図である。

この無線ＩＦ部１９−２は、変圧部４０、ＢＰＦ３３−１〜３３−３、増幅部４４，分波器３５−１〜３５−３、スイッチ４５、ＬＮＡ３６−１〜３６−３、ＢＰＦ３７−１〜３７−３を備える。変圧部４０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１−１〜３１−３と、スイッチ３２を備える。増幅部４４は、ＰＡ３４−１〜３４−３を備える。

第１実施形態と異なるのは、３つの周波数帯に対応するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１と、ＢＰＦ３３，３４と、ＰＡ３４と、分波器３５と、ＬＮＡ３６と、それぞれ３つずつ備えた点である。これらの各機能は、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。また、スイッチ４５は、各周波数毎に、信号を選択するためのものである。

制御部１６は、変圧部４０においては、スイッチ３２をＯＮした後、制御部16からの制御信号により、ＰＡ３４−１〜３４−３のうち、使用する周波数のＰＡとし、かつ、使用する周波数に対応したＰＡを制御するＤＣ−ＤＣコンバータをＯＮにする。そして、必要な送信出力がＰＡにより得られるように、ＤＣ−ＤＣコンバータの駆動制御電圧を制御する。

このように、複数のＰＡを有する場合でも、ＤＣ−ＤＣコンバータをそれに対応できるよう複数と、スイッチを一つ設けることにより、制御部１６によってコントロールでき、さらに複数の別電源を設ける必要もなく小型化に有利である。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、変圧部が第１実施形態と異なるのみで、他は同じである。図６は、第３実施形態の変圧部を示すブロック図である。

第２実施形態の変圧部６０は、第１実施形態の変圧部のスイッチ３２−１に、さらにスイッチ３２−２を加えたものである。スイッチ３２−２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１とスイッチ３２−１の出力部分に接続している。ＤＣ−ＤＣコンバータ３１とスイッチ３２−１，３２−２のＯＮ／ＯＦＦと、出力電圧Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２についての表は次のようになる。ここで電圧Ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１を出力する駆動制御電圧であり、電圧Ｂは電源電圧である。

スイッチ３２−１およびスイッチ３２−２をＯＮするとＶｃｃ1とＶｃｃ２両方から電源電圧を出力できる。こうすることにより、ＰＡ３４を最大電圧で駆動できると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１を用いないので、ノイズ等の影響も少なくできるという利点がある。

上記の実施の形態においてはＰＡの動作を含め、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。ＤＣ−ＤＣコンバータについても降圧を例として説明したが、昇降圧タイプでも同様の効果を得ることができる。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

１０ 携帯電話装置
１１ 表示部
１２ 入力部
１３ 記憶部
１４ インターフェイス部
１５ アプリケーション処理部
１６ 制御部
１７ 電源部
１８ 無線処理部
１９ 無線ＩＦ部
２０ アンテナ
３０ 変圧部
３１ コンバータ
３２ スイッチ
３５ 分波器
４０ 変圧部
４４ 増幅部
４５ スイッチ
６０ 変圧部

Claims (4)

1. 送信信号を増幅してアンテナへ供給する増幅部と、
   電源電圧を変圧して前記増幅部の増幅量を制御する駆動制御電圧を生成する変圧部と、
   を備え、
   前記変圧部は、
   前記電源電圧を変圧して前記駆動制御電圧を前記増幅部に出力する変圧手段と、
   前記変圧手段に対して並列に設けられ、前記増幅部をオンさせるときに前記電源電圧を前記増幅部に出力する切替手段と、
   を備え、
   前記増幅部は、
   前記送信信号の送信時に、前記切替手段から出力された前記電源電圧に応じて、オンし、
   オンしているときに、前記変圧手段から出力された前記駆動制御電圧に応じて、前記送信信号を増幅することを特徴とする増幅装置。
2. 前記増幅部と前記変圧手段とは、通信に用いる複数の周波数帯に対応して複数設けられ、
   前記切替手段は、一つ設けられ、前記複数の増幅部をオンさせるときに前記電源電圧を前記複数の増幅部に出力し、
   前記複数の変圧手段は、前記複数の増幅部にそれぞれ前記駆動制御電圧を出力し、
   前記複数の増幅部は、
   前記送信信号の送信時に、前記切替手段から出力された前記電源電圧に応じて、オンし、
   オンしているときに、前記複数の変圧手段からそれぞれ出力された前記駆動制御電圧に応じて、前記送信信号を増幅することを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
3. 前記変圧部は、
   前記切替手段である第１の切替手段の出力部分と前記変圧手段の出力部とに接続された第２の切替手段
   を更に備え、
   前記第１の切替手段のみがオンしたときに、前記増幅部には、前記電源電圧、及び、前記駆動制御電圧として、それぞれ、第１の電圧、及び、前記第１の電圧が変圧された第２の電圧が供給され、
   前記第１の切替手段と前記第２の切替手段とがオンしたときに、前記増幅部には、前記電源電圧、及び、前記駆動制御電圧として、前記第１の電圧が供給され、
   前記第２の切替手段のみがオンしたときに、前記増幅部には、前記電源電圧、及び、前記駆動制御電圧として、それぞれ、前記第２の電圧が供給されることを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の増幅装置と、
   通信状態に応じて必要な送信出力が得られるように前記変圧部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする携帯端末装置。

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