WO2011007481A1 - 振幅変調器 - Google Patents

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low
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前田昌克
池戸耐一
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パナソニック株式会社
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    • H04L27/02Amplitude-modulated carrier systems, e.g. using on-off keying; Single sideband or vestigial sideband modulation
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    • H04L27/10Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H04L27/12Modulator circuits; Transmitter circuits

Definitions

  • the present invention relates to an amplitude modulator, and more specifically, to a technology for widening a bandwidth while suppressing an increase in power consumption and an increase in chip area.
  • Non-patent documents 1 to 3 describe the conventional amplitude modulator in detail. Since most conventional amplitude modulators are composed of analog circuits, low power consumption due to CMOS miniaturization and chip area reduction cannot be expected as in digital circuits, and the characteristics of each component can be reduced. Since variations such as DC offset and group delay due to variations are large, a circuit for compensating for these is separately required to improve performance.
  • an object of the present invention is to provide an amplitude modulator that realizes a wide band while suppressing adverse effects caused by the wide band such as an increase in power consumption and an increase in chip area, and the amplitude modulator.
  • the present invention is directed to an amplitude modulator and a mobile phone including the amplitude modulator.
  • the amplitude modulator of the present invention receives a broadband source signal, branches it into two systems, one for low frequency and one for high frequency, and performs signal processing separately for each.
  • a signal processing unit that outputs a low-frequency source signal and a high-frequency source signal, and a first modulation unit that modulates the low-frequency source signal output by the signal processing unit and outputs a low-frequency modulation signal
  • a second modulation unit that modulates the high-frequency source signal output by the signal processing unit and outputs a high-frequency modulation signal, and a low-frequency modulation signal output by the first modulation unit.
  • the high-frequency modulation signal that is input to the first input terminal where only the region is effectively output and is output by the second modulation unit is input to the second input terminal where only the high-frequency region is output effectively,
  • the high frequency component of the signal input to the first input terminal By synthesizing the low-frequency component of the second input signal input to the terminal, characterized in that it comprises a composite output section that outputs a modulated signal corresponding to the source signal for the wideband next stage.
  • the first input terminal is a positive input terminal of an operational amplifier
  • a resistor is connected in series to the output terminal of the operational amplifier
  • a capacitor is connected in parallel to a line through the resistor
  • the tip of the line is connected to the gate of the output transistor to be the second input terminal
  • the drain of the output transistor is connected to the negative input terminal of the operational amplifier to be output to the next stage.
  • the signal processing unit includes a delay unit that performs a delay process on at least one of the low-frequency source signal and the high-frequency source signal so as to eliminate a timing shift in the combined output unit. It is characterized by that.
  • the signal processing unit includes a correction unit that corrects the high-frequency source signal so as to cancel output distortion measured in advance.
  • the source signal is multi-bit digital data
  • the signal processing unit converts the low-frequency and high-frequency 1-bit digital signals into the low-frequency source signal and the high-frequency source signal.
  • the first modulation unit receives a 1-bit digital signal for high frequency, shifts up the signal level, and outputs an analog voltage signal that is time-averaged as the modulation signal for high frequency
  • the two-modulation unit receives a low-frequency 1-bit digital signal, shifts up the signal level, and outputs an analog voltage signal obtained by averaging the signal level as the low-frequency modulation signal.
  • the mobile phone of the present invention includes an amplitude modulator of the present invention and a communication circuit that implements a call function using the amplitude modulator.
  • the source signal is divided into two systems, one for low frequency and one for high frequency, and each of the first input terminal for effectively outputting only the low frequency region and only the high frequency region are provided. Since the signals are input to the second input terminal for effective output and synthesized to generate a wideband output signal, wideband modulation can be realized without using an operational amplifier with wideband characteristics, and power consumption It is possible to suppress the adverse effects caused by the increase in bandwidth, such as the increase in the chip area and the chip area.
  • control such as control of gain and DC voltage can also be processed by a digital circuit as a digital signal, so that low power consumption and reduction in chip area can be expected by miniaturization of CMOS.
  • FIG. 1 is a diagram showing an appearance of a mobile phone 100 according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operating principle of a wideband amplitude modulator.
  • FIG. 3 is a diagram showing the result of simulating the response of the output Vout to the sine wave input using Equations 1 and 2, and shows the characteristics of the first input terminal that effectively outputs only the low frequency region.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a result of simulating the response of the output Vout with respect to the sine wave input by using Equations 1 and 2, and represents the characteristic of the second input terminal that effectively outputs only the high frequency region.
  • FIG. 1 is a diagram showing an appearance of a mobile phone 100 according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operating principle of a wideband amplitude modulator.
  • FIG. 3 is a diagram showing the result of simulating the response of the output Vout to the sine wave input using Equations 1 and 2, and shows the characteristics of the first input terminal that effectively
  • FIG. 5 is a diagram showing the result of simulating the response of the output Vout with respect to the sine wave input using Equations 1 and 2, and shows the overall characteristics of the amplitude modulator.
  • FIG. 6 is a diagram showing an outline of the amplitude modulator 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the present embodiment is an amplitude modulator used in a mobile phone or the like, and in order to realize wideband modulation, a wideband source signal is branched into two systems, low frequency and high frequency, and low frequency After the source signal is modulated, the signal is input to the first input terminal that effectively outputs only the low frequency region, and the delay adjustment and the correction process for canceling the distortion characteristics of the output transistor are applied to the high frequency source signal. After applying and modulating, the low-frequency component of the low-frequency modulated signal and the high-frequency component of the high-frequency modulated signal are input from the output transistor to the second input terminal that effectively outputs only the high-frequency region. And an output signal obtained by synthesizing is obtained.
  • FIG. 1 is a diagram showing an appearance of a mobile phone 100 according to the present invention.
  • the left figure in FIG. 1 shows the mobile phone 100 in a state where the flip is opened
  • the right figure shows the mobile phone 100 in a state where the flip is closed and folded.
  • a cellular phone 100 according to the first embodiment is a cellular phone having an opening / closing function by flip or the like, for example, and as shown in FIG. 1, an operation unit 101, an opening / closing unit 102, a first display unit 103, and a second display unit.
  • a display unit 104 is provided.
  • the operation unit 101 is an operation button such as a numeric keypad, and accepts a user operation, an input from the user, and the like.
  • the opening / closing part 102 is a part having an opening / closing function by flip, for example, and when the flip is closed, the second display part 104 and the operation part 101 are hidden inside and cannot be seen by the user.
  • the first display unit 103 is, for example, a sub LCD, and displays a part of information that the user wants to know in a state where the flip such as information on a clock or a caller at the time of incoming call is closed. It is placed in a position that can be seen regardless of the open / closed state.
  • the second display unit 104 is, for example, a main LCD, and displays all information to be displayed including the display contents by the first display unit 103.
  • the mobile phone 100 further includes an amplitude modulator (not shown) inside.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the principle of widening the bandwidth of the amplitude modulator.
  • the amplitude modulator 200 includes an operational amplifier 201 to which negative feedback is applied, a resistor 202 (“R” in the drawing) connected in series to the output terminal of the operational amplifier 201, and the resistor 202.
  • a capacitor 203 (“C” in the figure) connected in parallel to the line and a signal synthesizer 204 that synthesizes the test input signal V2 to the line are provided.
  • test input signal V2 1 [V]
  • FIG. 6 is a diagram showing an outline of the amplitude modulator 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the amplitude modulator 1 includes a signal processing unit 10 and a modulation synthesis unit 20.
  • the circuit PA of the next stage is connected to the output line of the modulation / synthesizing means 20 (because it is equivalently a resistance, it is indicated by a symbol of resistance in the figure).
  • the signal processing means 10 accepts a wideband source signal, branches it into two systems, one for low frequency and one for high frequency, and performs signal processing separately, respectively, to generate a low frequency source signal and a high frequency source signal. Are output.
  • the signal processing means 10 is a digital circuit group including a low-frequency delta-sigma modulation circuit 11, a delay circuit 12, a distortion correction circuit 13, and a high-frequency delta-sigma modulation circuit 14, and has a large number of 12 + 8 bits or the like.
  • Bit digital data is received as a broadband source signal, and two 1-bit digital signals for low frequency and high frequency are output.
  • the low-frequency delta-sigma modulation circuit 11 generates a low-frequency 1-bit digital signal from multi-bit digital data. Since a method for generating a 1-bit digital signal from multi-bit digital data is well known, detailed description is omitted.
  • the delay circuit 12 performs delay adjustment by delaying the low-frequency signal so that no deviation occurs between the high-frequency signal and the low-frequency signal when they are synthesized later. In order to adjust the fluctuation of the delay time due to temperature, an appropriate delay time is measured and stored in advance for each temperature, the temperature is monitored, and the delay time corresponding to the temperature at that time is used. Delay adjustment may be performed.
  • the distortion correction circuit 13 mainly performs a correction process for canceling out the distortion characteristics of the output transistor 31. Compared with the circuit shown in FIG.
  • the amplitude modulator 1 of FIG. 6 includes the output transistor 31, so that the high frequency component tends to attenuate more than the low frequency component due to the distortion characteristics of the output transistor 31.
  • the distortion characteristic is canceled by outputting a high frequency component larger by the amount attenuated in advance.
  • the high-frequency delta-sigma modulation circuit 14 generates a high-frequency 1-bit digital signal from the multi-bit digital data output from the distortion correction circuit 13.
  • the modulation / synthesizing means 20 receives the low-frequency source signal and the high-frequency source signal, modulates them separately, synthesizes them, and finally outputs the modulated signal corresponding to the broadband source signal. Output to the stage.
  • the combined output means composed of the operational amplifier 29, the filter 30, and the output transistor 31 synthesizes the high frequency component of the output of the first modulation means and the low frequency component of the output of the second modulation means, Finally, a modulated analog signal corresponding to the wideband digital data is output to the next stage.
  • the remaining configuration excluding the high-frequency storage circuit 23, the filter 24, and the coupling capacitor 25 from the modulation / synthesizing means 20 can be mounted together in a one-chip integrated circuit.
  • the high-frequency level shifter 21 shifts up the output level of the high-frequency 1-bit digital signal.
  • the output level is shifted up from 1.2V to 3.3V.
  • the high-frequency inverter driver 22 outputs a high-frequency 1-bit digital signal with logical inversion and high drive capability.
  • the high-frequency accumulation circuit 23 accumulates the output voltage of the high-frequency inverter driver 22, and generates an analog signal by outputting a voltage obtained by averaging the output signals with time.
  • the filter 24 removes unnecessary high-frequency components outside the use area from the high-frequency analog signal output from the high-frequency storage circuit 23.
  • the coupling capacitor 25 prevents a DC component from being transmitted by capacitively coupling a high-frequency analog signal.
  • the low frequency level shifter 26 shifts up the output level of the low frequency 1-bit digital signal. Here, the output level is shifted up from 1.2V to 3.3V.
  • the low-frequency inverter driver 27 outputs a low-frequency 1-bit digital signal with logical inversion and high drive capability.
  • the low frequency accumulation circuit 28 accumulates the output voltage of the low frequency inverter driver 27 and generates an analog signal by outputting a voltage obtained by averaging the output signals.
  • the output of the low-frequency storage circuit 28 is input to the plus side input terminal, the drain output of the output transistor 31 is input to the minus side input terminal, and negative feedback is applied. It is output.
  • the filter 30, together with the operational amplifier 29 and the output transistor 31, constitutes a broadband amplitude modulator as shown in FIG. 2, and a resistor is connected in series to the output terminal of the operational amplifier 29, and is parallel to the line via the resistor.
  • the output of the high-frequency storage circuit 23 is synthesized at the tip of the line (“VG” in FIG. 6) and connected to the gate of the output transistor 31.
  • the output transistor 31 is an Nch transistor, the source is connected to the power supply voltage, the drain is connected to the negative input terminal of the operational amplifier 29, and negative feedback is performed, and the output is output to the next stage.
  • the low frequency component of the analog signal input to the positive input terminal of the operational amplifier 29 and the high frequency component of the analog signal input to the gate of the output transistor 31 are combined to realize wideband amplitude modulation.
  • the analog signal for high frequency is capacitively coupled by the coupling capacitor 25, no DC component is transmitted to VG.
  • the analog signal for low frequency (including the DC component) is theoretically generated by the feedback effect of the operational amplifier 29 even if the potential difference (VGS) between VG and Vout fluctuates in a direct current due to a change in the outside air temperature. No distortion or signal degradation occurs.
  • the drain-source voltage (Ids) in the saturation region of the Nch transistor is expressed by the following Equation 3.
  • Ids k (VGS ⁇ Vt) 2 Equation 3
  • VGS is a potential difference between VG and Vout
  • k (1/2) ⁇ const ⁇ (W / L)
  • W is a gate width of the Nch transistor
  • L is a gate length
  • Vt is a threshold value. From Equation 3, it can be seen that the drain-source voltage (Ids) responds sensitively to fluctuations in the potential difference between VG and Vout. Since Vt has temperature dependency, it is desirable to perform some compensation processing.
  • wideband digital data is divided into high-frequency and low-frequency data, modulated separately after being subjected to digital processing, and each is used for high-frequency data.
  • Broadband can be realized without using an operational amplifier.
  • the amplitude modulator of the present invention can be used for any communication device and can realize wideband modulation exceeding the capability of an operational amplifier. Suitable for general-purpose mobile communication devices.

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Abstract

 広帯域化のために生じる弊害を抑えつつ、広帯域化を実現する振幅変調器を提供する。 広帯域用の源信号を受け付けて低周波用と高周波用との2系統に分岐させ、それぞれ別々に信号処理を施して低周波用源信号と高周波用源信号とを出力する信号処理部と、低周波用源信号を変調して低周波用変調信号を出力する第1変調部と、高周波用源信号を変調して高周波用変調信号を出力する第2変調部と、低周波用変調信号を低周波領域のみが有効に出力される第1入力端子へ入力し、かつ高周波用変調信号を高周波領域のみが有効に出力される第2入力端子へ入力して、第1入力端子へ入力された信号の高周波成分と第2入力端子へ入力された信号の低周波成分とを合成して、広帯域用の源信号に対応する変調された信号を次段へ出力する合成出力部とを備える。

Description

振幅変調器
 本発明は、振幅変調器に関し、より特定的には、消費電力の増加やチップ面積の増大等を抑えつつ、広帯域化する技術に関する。
 近年、携帯電話の性能は格段に向上し、次々に新しい規格が制定されている。
 例えば次世代のLTE(Long Term Evolution)の規格に対応するためには振幅変調器の広帯域化が必須である。ところが、広帯域化した振幅変調器を従来の技術の延長線上において設計すると、非常に広帯域な特性を持つオペアンプが必要となり、消費電力の増加や、チップ面積の増大等が避けられず、また発振させないための位相補償も難しくなる。
 一方携帯電話は、電池の長寿命化、小型軽量化、及び低コスト化に対する要請が非常に強いため、消費電力の増加やチップ面積の増大は望ましくない。
 従来の振幅変調器に関しては、非特許文献1~3に詳細な記載がある。
 従来の振幅変調器は、大部分がアナログ回路によって構成されているため、デジタル回路のようにCMOS微細化による低消費電力化、及びチップ面積の縮小化が期待できず、また部品毎の特性のばらつきによるDCオフセットや群遅延等のばらつきが大きいので、性能を向上させようとすると、これらを補償する回路が別に必要となる。
A4-W Master-Slave Switching Amplitude Modulator for Class-E1 EDGE Polar Transmitters/IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS_II:EXPRESS BRIEFS,VOL.55,NO.5,MAY 2008、pp.484~488(エイ フォー ダブリュー マスタースレーブ スイィッチング アンプリチュード モジュレーター フォー クラスイーワン エッジ ポーラー トランスミッタース/アイスリーイー トランザクション オン サーキット アンド システムス トゥ:エキスプレス ブリーフス,ボリューム フィフティーファイブ,ナンバーファイブ,メイ トゥエンティエイト、484~488ページ) A 2 W CMOS Hybrid Switching Amplitude Modulator for EDGE Polar Transmitters/IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.42,NO.12,DECEMBER 2007、pp.2666~2676(エー トゥ ダブリュー シーモス ハイブリット スイッチング アンプリチュード モジュレーター フォー エッジ ポーラー トランスミッタース/アイスリーイー ジャーナル オブ ソリッドステート サーキッツ モリューム フォーティーントゥ ナンバートゥエルブ ディスセンバー トゥエンティセブン、2666~2676ページ) SIMPLE POLAR-LOOP TRANSMITTER FOR DUAL-MODE BLUETOOTH/IEEE International Symposium on Circuits and Systems 2005, pp.3966~3969, 2005(シンプル ポーラーループ トランスミッター オア デュアルモード ブルートゥース/アイスリーイー インターナショナル シンポジューム オン サーキッツ アンド システムス トゥエンティファイブ,3966~3969ページ)
 従って、広帯域な特性を持つ振幅変調器を従来の技術の延長線上において設計するのではなく、新しい技術による設計が望まれる。
 それ故に、本発明の目的は、従来と較べ、消費電力の増加や、チップ面積の増大等の広帯域化のために生じる弊害を抑えつつ、広帯域化を実現する振幅変調器、及び当該振幅変調器を備える携帯電話を提供することである。
 本発明は、振幅変調器、及び当該振幅変調器を備える携帯電話に向けられている。そして上記課題を解決するために、本発明の振幅変調器は、広帯域用の源信号を受け付けて、これを低周波用と高周波用との2系統に分岐させ、それぞれ別々に信号処理を施して、低周波用源信号と高周波用源信号とを出力する信号処理部と、信号処理部により出力される前記低周波用源信号を変調して、低周波用変調信号を出力する第1変調部と、信号処理部により出力される前記高周波用源信号を変調して、高周波用変調信号を出力する第2変調部と、第1変調部により出力される前記低周波用変調信号を、低周波領域のみが有効に出力される第1入力端子へ入力し、かつ第2変調部により出力される前記高周波用変調信号を、高周波領域のみが有効に出力される第2入力端子へ入力して、第1入力端子へ入力された信号の高周波成分と、第2入力端子へ入力された信号の低周波成分とを合成して、前記広帯域用の源信号に対応する変調された信号を次段へ出力する合成出力部とを備えることを特徴とする。
 好ましくは、前記合成出力部において、前記第1入力端子はオペアンプのプラス側入力端子であり、前記オペアンプの出力端子に直列に抵抗が接続され当該抵抗を介したラインに並列にキャパシタが接続され、前記ラインの先が出力トランジスタのゲートと接続され前記第2入力端子となっており、前記出力トランジスタのドレインは前記オペアンプのマイナス側入力端子と接続され前記次段への出力となっていることを特徴とする。
 好ましくは、前記信号処理部は、低周波用源信号、または高周波用源信号の少なくとも一方に対して、これらの前記合成出力部におけるタイミングのずれが無くなるように、遅延処理を施す遅延部を含むことを特徴とする。
 好ましくは、前記信号処理部は、高周波用源信号に対して、予め測定しておいた出力歪みを相殺するように補正を施す補正部を含むことを特徴とする。
 好ましくは、前記源信号は多ビットデジタルデータであり、前記信号処理部は、低周波用と高周波用との2系統の1ビットデジタル信号を、前記低周波用源信号、及び前記高周波用源信号として出力し、前記第1変調部は、高周波用の1ビットデジタル信号を受け付けて、信号レベルをシフトアップし、これを時間平均したアナログ電圧信号を、前記高周波用変調信号として出力し、前記第2変調部は、低周波用の1ビットデジタル信号を受け付けて、信号レベルをシフトアップし、これを時間平均したアナログ電圧信号を、前記低周波用変調信号として出力することを特徴とする。
 また本発明の携帯電話は、本発明の振幅変調器、及び当該振幅変調器を用いて通話機能を実現する通信回路で構成される。
 以上のように、本発明においては、源信号を低周波用と高周波用との2系統に分岐させて、それぞれを、低周波領域のみを有効に出力させる第1入力端子、及び高周波領域のみを有効に出力させる第2入力端子へ入力して、これらを合成して広帯域な出力信号を生成するので、広帯域な特性を持つオペアンプを使用せずに広帯域な変調を実現することができ、消費電力の増加や、チップ面積の増大等の広帯域化のために生じる弊害を抑えることができる。
 また、本発明によれば、ゲイン、DC電圧の制御等の制御をデジタル信号のままデジタル回路により処理することもできるので、CMOS微細化による低消費電力化、及びチップ面積の縮小化が期待でき、また部品毎の特性のばらつきによるDCオフセットや群遅延等のばらつきを低減することができる。
図1は、本発明に係る携帯電話100の外観を示す図である。 図2は、広帯域な振幅変調器の動作原理を説明するための概略図である。 図3は、正弦波入力に対する出力Voutの応答を、式1、式2を用いてシミュレーションした結果を示す図であり、低周波領域のみを有効に出力させる第1入力端子の特性を表している。 図4は、正弦波入力に対する出力Voutの応答を、式1、式2を用いてシミュレーションした結果を示す図であり、高周波領域のみを有効に出力させる第2入力端子の特性を表している。 図5は、正弦波入力に対する出力Voutの応答を、式1、式2を用いてシミュレーションした結果を示す図であり、振幅変調器の総合的な特性を表している。 図6は、本発明の第1の実施形態に係る振幅変調器1の概略を示す図である。
 [第1の実施形態]
  <概要>
 本実施形態は、携帯電話等に用いられる振幅変調器であって、広帯域な変調を実現するために、広帯域用の源信号を低周波用と高周波用との2系統に分岐させて、低周波用の源信号を変調した後、低周波領域のみを有効に出力させる第1入力端子へ入力し、高周波用の源信号に、遅延調整と出力トランジスタの歪み特性を相殺するための補正処理とを施して変調した後、高周波領域のみを有効に出力させる第2入力端子へ入力し、出力トランジスタから、低周波用の変調された信号の低周波成分と、高周波用の変調された信号の高周波成分とが合成された出力信号を得るものである。
  <構成>
 図1は、本発明に係る携帯電話100の外観を示す図である。
 ここで図1の左の図は、フリップを開けた状態の携帯電話100を、右の図はフリップを閉じて折り畳んだ状態の携帯電話100を示す。
 第1の実施形態の携帯電話100は、例えば、フリップ等による開閉機能を有する携帯電話機であって、図1に示すように、操作部101、開閉部102、第1表示部103、及び第2表示部104を備える。
 操作部101は、テンキー等の操作ボタンであって、使用者の操作や使用者からの入力等を受け付ける。
 開閉部102は、例えばフリップによる開閉機能を有する部分であり、フリップを閉じると、第2表示部104と操作部101とが、内側に隠されて使用者から見えなくなる。
 第1表示部103は、例えばサブLCDであり、時計や着信時の発信者に関する情報等のフリップを閉じた状態で使用者が知りたいであろう一部の情報を表示するものであり、フリップの開閉状態に関係なく見える位置に配置されている。
 第2表示部104は、例えばメインLCDであり、第1表示部103による表示内容を含む全ての表示すべき情報を表示するものである。
 また、携帯電話100は、さらに内部に振幅変調器(不図示)を備えている。
  <振幅変調器の動作原理の説明>
 図2は、振幅変調器における広帯域化の原理を説明するための概略図である。
 振幅変調器200は、図2に示すように、負帰還をかけたオペアンプ201と、オペアンプ201の出力端子に直列に接続された抵抗202(図中の「R」)と、抵抗202を介したラインに並列に接続されたキャパシタ203(図中の「C」)と、当該ラインにテスト入力信号V2を合成する信号合成器204とを備える。また、オペアンプ201の+(プラス)入力端子にテスト入力信号V1が入力され、信号合成器204の出力が、出力Voutとなるとともに、オペアンプ201の-(マイナス)入力端子に接続されて負帰還がかけられている。
 また入力信号の角速度ωを2π×10、2×2π×10、3×2π×10、・・・、2π×10、2×2π×10、3×2π×10、・・・、2π×10とすると、入力信号の電流値はS(ω)=ωiで表され、図2の振幅変調器200の出力Voutは、以下の式1、式2で表される。
 Vout=[A・F(ω)/{1+A・F(ω)}]V1
       +[1/{1+A・F(ω)}]V2 ・・・式1
 F(ω)=1/{C・R・S(ω)+1} ・・・式2
 また、オペアンプ201のゲインA=1000、抵抗202の抵抗値R=1×10[Ω]、キャパシタ203の容量C=1×10-8[F]とする。
 図3、図4、図5は、正弦波入力に対する出力Voutの応答を、上記式1、式2を用いてシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、出力|Vout(ω)|[V]を縦軸にし、入力信号の信号周波数ω/2π[Hz]を横軸にして、1×10~1×10の範囲における出力|Vout(ω)|[V]の値を計算している。また図3は、テスト入力信号V1=1[V]、テスト入力信号V2=0[V]として低周波領域のみを有効に出力させる第1入力端子の特性を表し、図4はテスト入力信号V1=0[V]、テスト入力信号V2=1[V]として高周波領域のみを有効に出力させる第2入力端子の特性を表し、図5は、テスト入力信号V1=1[V]、テスト入力信号V2=1[V]として振幅変調器200の総合的な特性を表している。
 図3より、テスト入力信号V1だけを入力したときには、出力|Vout(ω)|[V]は、入力信号の信号周波数が3×10辺りからより高い周波数になるほど減衰し、これより低い周波数においては減衰がなく出力されることがわかる。
 図4より、テスト入力信号V2だけを入力したときには、入力信号の信号周波数が1.5×10辺りからより高い周波数になるほど出力|Vout(ω)|[V]が増加し、これより低い周波数においてはほとんど出力されないことがわかる。
 また図5より、テスト入力信号V1とテスト入力信号V2とを両方入力したときには、お互いの減衰する箇所を補い合うことになり、入力信号の信号周波数が低い周波数から高い周波数まで、出力|Vout(ω)|[V]の減衰がなく、一様に出力されることがわかる。
  <構成>
 図6は、本発明の第1の実施形態に係る振幅変調器1の概略を示す図である。
 振幅変調器1は、信号処理手段10、変調合成手段20から構成されている。ここで図6には変調合成手段20の出力ラインに次段の回路PA(等価的に抵抗なので、図中に抵抗の記号にて記載)を接続している。
 信号処理手段10は、広帯域用の源信号を受け付けて、これを低周波用と高周波用との2系統に分岐させ、それぞれ別々に信号処理を施して、低周波用源信号と高周波用源信号とを出力するものである。本実施形態では、信号処理手段10は、低周波用デルタシグマ変調回路11、遅延回路12、歪み補正回路13、及び高周波用デルタシグマ変調回路14を備えるデジタル回路群であり、12+8ビット等の多ビットデジタルデータを広帯域用の源信号として受け付けて、低周波用と高周波用との2系統の1ビットデジタル信号を出力する。
 低周波用デルタシグマ変調回路11は、多ビットデジタルデータから低周波用の1ビットデジタル信号を生成する。なお、多ビットデジタルデータから1ビットデジタル信号を生成する方法は周知なので、詳しい説明は割愛する。
 遅延回路12は、高周波用の信号と低周波用の信号との間に、後で合成したときにずれが生じないように、低周波用の信号に遅延をかけて遅延調整を行う。なお、温度による遅延時間の変動分を調整するために、予め温度毎に適切な遅延時間を測定して記憶しておき、温度をモニタして、その時々の温度に応じた遅延時間を用いて遅延調整を行うようにしてもよい。
 歪み補正回路13は、主に出力トランジスタ31の歪み特性を相殺するための補正処理を行う。図2に示した回路と比べ、図6の振幅変調器1には出力トランジスタ31があるので、出力トランジスタ31の歪み特性によって、高周波成分が低周波成分に較べてより減衰する傾向があるため、予め減衰する分だけ高周波成分を大きめに出力することにより当該歪み特性を相殺するのである。
 高周波用デルタシグマ変調回路14は、歪み補正回路13により出力される多ビットデジタルデータから高周波用の1ビットデジタル信号を生成する。
 変調合成手段20は、低周波用源信号と高周波用源信号とを受け付けて、それぞれ別々に変調を行い、これらを合成して最終的に広帯域用の源信号に対応する変調された信号を次段へ出力するものである。本実施形態では、高周波用レベルシフタ21、高周波用インバータドライバ22、高周波用蓄積回路23、フィルタ24、カップリングコンデンサ25、低周波用レベルシフタ26、低周波用インバータドライバ27、低周波用蓄積回路28、オペアンプ29、フィルタ30、及び出力トランジスタ31を備え、低周波用と高周波用との2系統の1ビットデジタル信号を受け付けて、高周波用レベルシフタ21、高周波用インバータドライバ22、高周波用蓄積回路23、フィルタ24、及びカップリングコンデンサ25からなる第1変調手段が、高周波用の1ビットデジタル信号をD級増幅し、低周波用レベルシフタ26、低周波用インバータドライバ27、及び低周波用蓄積回路28からなる第2変調手段が低周波用の1ビットデジタル信号をD級増幅し、オペアンプ29、フィルタ30、及び出力トランジスタ31からなる合成出力手段が、第1変調手段の出力の高周波成分と第2変調手段の出力の低周波成分とを合成して、最終的に広帯域用のデジタルデータに対応する変調されたアナログ信号を次段へ出力する。ここで、変調合成手段20から、高周波用蓄積回路23、フィルタ24、及びカップリングコンデンサ25を除いた残りの構成は、ワンチップの集積回路にまとめて搭載することができる。
 高周波用レベルシフタ21は、高周波用の1ビットデジタル信号の出力レベルをシフトアップする。ここでは出力レベルを、1.2Vから3.3Vへシフトアップする。
 高周波用インバータドライバ22は、高周波用の1ビットデジタル信号を、論理反転を伴い、高いドライブ能力を持たせて出力する。
 高周波用蓄積回路23は、高周波用インバータドライバ22の出力電圧を蓄積し、出力信号を時間平均した電圧を出力することによりアナログ信号を生成する。
 フィルタ24は、高周波用蓄積回路23より出力される高周波用のアナログ信号から、利用領域外の不要な高周波成分を除去する。
 カップリングコンデンサ25は、高周波用のアナログ信号を容量結合することにより、DC成分が伝達されないようにしている。
 低周波用レベルシフタ26は、低周波用の1ビットデジタル信号の出力レベルをシフトアップする。ここでは出力レベルを、1.2Vから3.3Vへシフトアップする。
 低周波用インバータドライバ27は、低周波用の1ビットデジタル信号を、論理反転を伴い、高いドライブ能力を持たせて出力する。
 低周波用蓄積回路28は、低周波用インバータドライバ27の出力電圧を蓄積し、出力信号を時間平均した電圧を出力することによりアナログ信号を生成する。
 オペアンプ29は、低周波用蓄積回路28の出力がプラス側入力端子に入力され、出力トランジスタ31のドレイン出力が、マイナス側入力端子に入力されて負帰還がかけられているとともに、次段への出力となっている。
 フィルタ30は、オペアンプ29、及び出力トランジスタ31とともに、図2に示したような広帯域な振幅変調器を構成し、オペアンプ29の出力端子に、直列に抵抗が接続され、抵抗を介したラインに並列にキャパシタが接続されて、ラインの先(図6中の「VG」)に、高周波用蓄積回路23の出力が合成されて、出力トランジスタ31のゲートに接続されている。
 出力トランジスタ31は、Nchトランジスタであり、ソースが電源電圧に接続され、ドレインがオペアンプ29のマイナス側入力端子と接続されて負帰還をかけるとともに、次段への出力となっている。
 ここで、オペアンプ29のプラス側入力端子に入力されたアナログ信号の低い周波数成分と、出力トランジスタ31のゲートに入力されたアナログ信号の高い周波数成分とが合成されて、広帯域な振幅変調が実現される。
 また、高周波用のアナログ信号はカップリングコンデンサ25により容量結合されているので、VGまでDC成分が伝達されない。また、低周波用のアナログ信号(DC成分を含む)は、VG-Vout間の電位差(VGS)が外気温の変化等により直流的に変動しても、オペアンプ29のフィードバック効果により、原理的に歪みや信号の劣化が生じない。
 なお、Nchトランジスタの飽和領域におけるドレイン-ソース間電圧(Ids)は以下の式3のように表される。
 Ids=k(VGS-Vt) ・・・式3
 ここで、VGSはVG-Vout間の電位差、k=(1/2)×const×(W/L)、WはNchトランジスタのゲート幅、Lはゲート長、Vtは閾値である。
 式3より、ドレイン-ソース間電圧(Ids)は、VG-Vout間の電位差の変動に敏感に反応することがわかる。またVtには温度依存性があるので、何らかの補償処理を行うことが望ましい。例えば、工場出荷前に、周辺温度を変えながら、測定用の入力信号の周波数別にVG-Vout間の電位差を測定し、測定値に基づいて、周辺温度毎に、帯域全般に亘る補正テーブルを作成しておく。そして動作時には、周辺温度を測定し、周辺温度に応じた補正テーブルを読み出して、歪み補正回路13により、周波数領域毎に補正処理を行わせることもできる。
  <まとめ>
 以上のように、本実施形態に係る振幅変調器によれば、広帯域用のデジタルデータを高周波用と低周波用とに分けて、別々にデジタル処理を施した後で変調し、それぞれを高周波用の第1入力端子と低周波用の第2入力端子とに入力して、周波数特性が一様になるように合成するので、広い帯域の全般に亘って性能を発揮するよう高性能で高価なオペアンプを使用することなく、広帯域化を実現することができる。
 本発明の振幅変調器は、あらゆる通信機器に利用可能であり、またオペアンプの能力を超えた広帯域な変調を実現できるので、特に低コスト化、及び低消費電力化が期待される携帯電話等の汎用の携帯通信機器に適している。
 1  振幅変調器
 10  信号処理手段
 11  低周波用デルタシグマ変調回路
 12  遅延回路
 13  歪み補正回路
 14  高周波用デルタシグマ変調回路
 20  変調合成手段
 21  高周波用レベルシフタ
 22  高周波用インバータドライバ
 23  高周波用蓄積回路
 24  フィルタ
 25  カップリングコンデンサ
 26  低周波用レベルシフタ
 27  低周波用インバータドライバ
 28  低周波用蓄積回路
 29  オペアンプ
 30  フィルタ
 31  出力トランジスタ
 100  携帯電話
 101  操作部
 102  開閉部
 103  第1表示部
 104  第2表示部
 200  振幅変調器
 201  オペアンプ
 202  抵抗
 203  キャパシタ
 204  信号合成器

Claims (6)

  1.  広帯域用の源信号を受け付けて、これを低周波用と高周波用との2系統に分岐させ、それぞれ別々に信号処理を施して、低周波用源信号と高周波用源信号とを出力する信号処理部と、
     信号処理部により出力される前記低周波用源信号を変調して、低周波用変調信号を出力する第1変調部と、
     信号処理部により出力される前記高周波用源信号を変調して、高周波用変調信号を出力する第2変調部と、
     第1変調部により出力される前記低周波用変調信号を、低周波領域のみが有効に出力される第1入力端子へ入力し、かつ第2変調部により出力される前記高周波用変調信号を、高周波領域のみが有効に出力される第2入力端子へ入力して、第1入力端子へ入力された信号の高周波成分と、第2入力端子へ入力された信号の低周波成分とを合成して、前記広帯域用の源信号に対応する変調された信号を次段へ出力する合成出力部とを備えることを特徴とする、振幅変調器。
  2.  前記合成出力部において、
     前記第1入力端子はオペアンプのプラス側入力端子であり、
     前記オペアンプの出力端子に、直列に抵抗が接続され、当該抵抗を介したラインに並列にキャパシタが接続され、
     前記ラインの先が、出力トランジスタのゲートと接続され、前記第2入力端子となっており、
     前記出力トランジスタのドレインは、前記オペアンプのマイナス側入力端子と接続され、前記次段への出力となっていることを特徴とする、請求項1に記載の振幅変調器。
  3.  前記信号処理部は、
     低周波用源信号、または高周波用源信号の少なくとも一方に対して、これらの前記合成出力部におけるタイミングのずれが無くなるように、遅延処理を施す遅延部を含むことを特徴とする、請求項1に記載の振幅変調器。
  4.  前記信号処理部は、
     高周波用源信号に対して、予め測定しておいた出力歪みを相殺するように補正を施す補正部を含むことを特徴とする、請求項1に記載の振幅変調器。
  5.  前記源信号は、多ビットデジタルデータであり、
     前記信号処理部は、低周波用と高周波用との2系統の1ビットデジタル信号を、前記低周波用源信号、及び前記高周波用源信号として出力し、
     前記第1変調部は、高周波用の1ビットデジタル信号を受け付けて、信号レベルをシフトアップし、これを時間平均したアナログ電圧信号を、前記高周波用変調信号として出力し、
     前記第2変調部は、低周波用の1ビットデジタル信号を受け付けて、信号レベルをシフトアップし、これを時間平均したアナログ電圧信号を、前記低周波用変調信号として出力することを特徴とする、請求項1に記載の振幅変調器。
  6.  請求項1~5のいずれか1項に記載の振幅変調器と、
     前記振幅変調器を用いて、通話機能を実現する通信回路とを備える、携帯電話。
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