JP2012527853A

JP2012527853A - 適応パラメトリック電力増幅器保護回路

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Publication number: JP2012527853A
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Inventors: ハドジクリストス、アリストテレ; サホタ、ガーカンワル・エス．
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Publication date: 2012-11-08
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Abstract

例示的な実施形態において、デバイスは、対応するトランジスタブレークダウン閾値を有する電力ステージを有する無線周波数電力増幅器の前に結合されたゲインコントロールエレメントを含み、少なくとも１つの電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、少なくとも１つの電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、及び少なくとも１つの電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値を受け取るように構成され、パラメータ値を処理する第１のセクションと、対応するトランジスタブレークダウン閾値内において電力ステージに対する最適な電力追加効率（ＰＡＥ）によってゲインコントロールエレメントを調整するためにゲイン補正信号を発生する第２のセクションとを含んだ適応パラメトリックＰＡ保護回路を有する。

Description

本開示は、一般にエレクトロニクスに関し、より具体的には適応パラメトリック電力増幅器保護回路に関する。

セルラーデバイスのように信号を送信するために設計された通信デバイスにおいて、電力増幅器回路は典型的には、適切な送信ができるように所望の信号を増幅するために用いられる。電力増幅器回路は、例えば、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）技術或いはバイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）技術でインプリメントされるかもしれない。電力増幅器回路は、例えば、２以上のカスケードのゲインステージ、ドライバステージ及び電力ステージを備えている。電力ステージは、ＣＭＯＳ或いはＢＪＴトランジスタを含んでいるかもしれない。ＣＭＯＳ及びＢＪＴトランジスタはいずれもブレークダウン電圧を有し、それを越えるとトランジスタにダメージを与えることになるかもしれない。ブレークダウン電圧は、最大電圧であり、それがトランジスタの任意の２つの端子にまたがって加えられると、トランジスタダメージを生じさせるかもしれない。例えば、ＣＭＯＳトランジスタのドレイン及びソース端子、或いはＢＪＴトランジスタのコレクタ及びエミッタ端子を横切って加えられることができる最大電圧がある。ブレークダウン電圧を超えると、アバランシェ電流がトランジスタ内に生成され、それはトランジスタを流れる大きな電流となり、トランジスタにダメージを与えトランジスタ性能を劣化させるかもしれない大幅な熱の増加となる。トランジスタブレークダウンはまた、最大安全動作電圧がゲート−ドレイン電圧或いはゲート−ソース電圧といったトランジスタ端子の任意の他のペアにまたがると、生じ得る。ゲート−ドレイン電圧或いはゲート−ソース電圧がそれぞれのブレークダウン電圧を超えると、ゲート酸化物ブレークダウンが生じるかもしれない。酸化物ブレークダウンは、導電パスがトランジスタのゲート酸化物層を通ってアノードからカソードに生成されるときである。電力増幅器回路に用いられるトランジスタがダメージを受けると、トランジスタは予想できない状態で動作し或いは完全に動作を止めるかもしれない。それ故、電力増幅器回路の信頼性は、電力ステージで生じるトランジスタブレークダウン電圧によって深刻な影響を受ける。したがって、トランジスタ回路を設計するとき、トランジスタの端子にまたがる電圧がトランジスタのブレークダウン電圧を越えないように、回路を設計することが最も重要である。

しかしながら、電力増幅器回路の効率を最大にするために、電力増幅器回路の出力が、ネガティブ電圧供給値からポジティブ電圧供給値までの出力電圧スイングを生成することができる必要がある。多くの実施形態において、例えば、出力電圧スイングはバッテリー電圧の２倍よりも大きいかもしれない。例えば、デバイスバッテリーが４．２ボルトの電圧レベルを有しているとすると、電力増幅器回路は８．４ボルト以上の出力電圧スイングを生成することができる必要がある。しかしながら、典型的なトランジスタは、例えば、ブレークダウン領域に達する前に、端子にまたがる３ボルトまでしか耐えることができないかもしれない。電力増幅器回路トランジスタの端子にまたがって印加される電圧を緩和するために、複数のトランジスタがカスコード構成で結合されるかもしれない。カスコード構成は、例えば、カスコード構成で結合された３つのトランジスタを備えているかもしれず、それによって各トランジスタに印加される電圧を減少させるかもしれない。これは、各トランジスタがブレークダウン電圧に達することを防止するかもしれないが、トップトランジスタのドレイン−ゲート電圧は、出力電圧がピークであるときにダメージを生じさせるかもしれない。さらに、電力増幅器回路の出力がアンテナに取り付けられているとすると、アンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の変動は、電力増幅器回路の出力電圧をより一層大きな電圧レベルに増加させるかもしれない。最後に、デバイスバッテリーによって供給される電圧は、例えば、３．２ボルトから４．２ボルトまで変動するかもしれない。

したがって、電力増幅器回路トランジスタをブレークダウン電圧に達することから保護しながら、フル出力電圧スイング能力、ゆえに最大効率を与える電力増幅器回路の設計に対する要求がある。

図１は、通信信号を送信及び受信することが可能なコンベンショナルなトランシーバデバイスのブロック図である。図２は、第１の例示的実施形態に係り、図１に示された無線周波数（ＲＦ）電力増幅器デバイスの低レベルブロック図であり、電力ステージ電流、出力電圧、温度及び電力増幅器コントロール信号をモニタし、ドライバステージゲインを調整する電力増幅器保護回路を含んだ図である。図３は、第２の例示的実施形態に係り、図１に示されたＲＦ電力増幅器デバイス３０の低レベルブロック図であり、電力ステージ電流、各電力ステージトランジスタにまたがって印加される電圧、トップトランジスタのゲート−ドレイン電圧、温度及び電力増幅器コントロール信号をモニタし、ドライバステージゲイン、各電力ステージトランジスタに印加されるバイアス電圧、デジタルゲインコントロール及び電力増幅器ステータス信号を調整する電力増幅器保護回路を含んだ図である。図４は、第２の例示的実施形態に係り、図３に示された電力ステージの詳細な図であり、カスコード構成で結合された３つのトランジスタを備えた図である。図５は、図３に示された電力増幅器保護回路によって実行されるトランシーバロジック回路の動作フローを示すフローチャートである。

“例示的（exemplary）”なる語句は、“例（example）、例（instance）、例証（illustration）として提供する”を意味するために、ここでは用いられる。“例示的（exemplary）”としてここで説明されるいかなる実施形態も、他の実施形態よりも好ましい或いは効果的であるとして必ずしも構成されない。

添付された図面に関連して以下に明らかにされる詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の説明として意図されており、本発明が実行されることのできる唯一の実施形態を表すことを意図していない。この説明を通して用いられる“例示的（exemplary）”なる語句は、“例（example）、例（instance）、例証（illustration）として提供する”を意味し、他の実施形態よりも好ましい或いは効果的であるとして必ずしも構成されるべきではない。詳細な説明は、発明の例示的な実施形態の全体的な理解を提供する目的のための特別の詳細を含んでいる。発明の例示的な実施形態が、これらの特別の詳細なしに実行されるかもしれないことは、当業者にとって明らかであろう。いくつかの例において、公知の構成及びデバイスは、ここに提示された例示的な実施形態の新規性を曖昧にすることを避けるために、ブロック図の形態で示されている。

提案された解決策は、ドライバステージ（driver stage）及び電力ステージ（power stage）を有するＲＦＣＭＯＳＰＡを用い、それは、Ｖ_ds3（電力ステージドレイン−ソース電圧値）、Ｖ_dg3（電力ステージドレイン−ゲート電圧値）、及びＩ_ds（電力ステージドレイン−ソース電流値）を受け取る適応パラメトリックＰＡ保護回路（adaptive parametric PA protection circuit）を含んでいる。ＰＡ保護回路は、対応するＣＭＯＳトランジスタブレークダウン電圧に達することなしにＲＦ−ＣＭＯＳＰＡ効率を最適化するために、ドライバ状態に対する直流（ＤＣ）バイアス電流を発生する。

ＰＡ保護回路は、例えば、ＲＦ−ＣＭＯＳＰＡ内にエンベッドされた（embedded）アナログコントロールループコントロールとしてインプリメントされるかもしれない。適応パラメトリックＰＡ保護回路は、ＲＦ−ＣＭＯＳＰＡ動作モード、動作無線周波数、動作温度、及び動作ＤＣ電圧の関数（function）として、Ｖ_ds3、Ｖ_dg3、及びＩ_dsに対する可変デジタル閾値によって構成されるかもしれない。可変デジタル閾値は、ベースバンドデジタルコントローラ又はプロセッサによって供給されるコントロール信号によって設定される。ＰＡ保護回路は、デジタルハードウェア又はソフトウェア内にインプリメントされ、アナログデジタル変換器によってパラメータ（Ｖ_ds3、Ｖ_dg3、Ｉ_ds、温度）を集め、直接的にデジタルコントロール信号によってドライバステージのＤＣバイアス電流をコントロールするかもしれない。ドライバステージに対するＤＣバイアス電流は、アナログコントロール信号を発生するためのデジタルアナログ変換器を用いてデジタルハードウェア又はソフトウェアによってコントロールされるかもしれない。

以下の説明及び対応する図面は、ＣＭＯＳトランジスタ回路の使用を述べているが、ここで説明される原理がＢＪＴトランジスタ回路にもまた適用され、ここで説明されるのと同一の利点を提供することは、当業者は明確に理解するであろう。

図１は、通信信号を送信及び受信することが可能なコンベンショナルなトランシーバデバイス１０のブロック図である。アンテナ１２は、無線周波数（ＲＦ）フロント−エンド１６に結合されている。アンテナ１２及びＲＦフロント−エンド１６間に結合された信号は、ＲＦＩ／Ｏ１４である。ＲＦフロント−エンド１６の出力は、トランシーバ２２のＲＸＲＦ入力端子に結合されている。ＲＦフロント−エンド１６及びトランシーバ２２のＲＸＲＦ入力端子間に結合された信号は、ＲＸＩｎ１８である。トランシーバ２２のＴＸ／ＲＸ信号及びコントロールステータス端子は、ベースバンドプロセッサ２４に結合されている。ベースバンドプロセッサ２４のプログラム及びストレージ端子は、メモリサブシステム２６のプログラム及びストレージ端子に結合されている。バッテリー２８は、ＲＦ電力増幅器３０に結合されている。バッテリー２８及びＲＦ電力増幅器３０間に結合された直流（ＤＣ）信号は、Ｖ_batt７２である。トランシーバ２２のＴＸＲＦ出力端子は、ＲＦ電力増幅器３０の入力端子に結合されている。トランシーバ２２のＴＸＲＦ出力端子及びＲＦ電力増幅器３０の入力端子間に結合された信号は、ＰＡＩｎ３２である。ＲＦＰＡコントロール信号２０及びＲＦＰＡステータス信号２１は、ＲＦ電力増幅器３０及びベースバンドプロセッサ２４間に結合されている。ＲＦ電力増幅器３０の出力は、ＲＦフロント−エンド１６に結合されている。ＲＦ電力増幅器３０の出力端子及びＲＦフロント−エンド１６間に結合された信号は、ＰＡｏｕｔ３４である。

受信モードにおける動作のときには、アンテナ１２が入力信号を受信し、それはＲＦフロント−エンド１６に結合される。受信された信号は、トランシーバ２２のＲＸＲＦ入力端子に結合される。トランシーバ２２は、受信された信号のＲＦ復調を行う。トランシーバ２２は、コントロールステータスを受信モードに設定し、復調されたベースバンドＲＸ信号をベースバンドプロセッサ２４に送る。ベースバンドプロセッサ２４は、ベースバンドＲＸ信号をデジタル的に復調し、メモリサブシステム２６に結果を記憶する。

送信モードにおける動作のときには、ベースバンドプロセッサ２４が送信情報をメモリサブシステム２６から受け取る。送信情報は、ベースバンドプロセッサ２４によってデジタル的に変調される。ベースバンドプロセッサ２４は、コントロールステータスを送信モードに設定し、デジタル的に変調された送信信号をトランシーバ２２に送る。トランシーバ２２は、送信信号のＲＦ変調を行う。送信信号は、トランシーバ２２のＴＸＲＦ出力端子からＲＦ電力増幅器３０の入力端子に結合される。ＲＦ電力増幅器３０は、送信信号を増幅し、送信信号の電力レベルを増加させる。送信信号は、ＲＦフロント−エンド１６の入力端子に結合される。送信信号は、アンテナ１２に結合される。送信信号は、アンテナ１２によって周囲の空間に放射される。

図２は、第１の例示的な実施形態に係り、図１に示されたＲＦ電力増幅器デバイス３０の低レベルブロック図であり、電力ステージ電流６２、出力電圧６４、温度１０２及び電力増幅器コントロール信号をモニタし、ドライバステージゲイン３６０を調整する電力増幅器保護回路１１０を備えている。

電力増幅器入力（ＰＡＩｎ）信号３２は、ＲＦ入力マッチングネットワーク４０の入力端子に結合されている。ＲＦ入力マッチングネットワーク４０の出力は、ドライバステージ５０の第１の入力端子に結合されている。ドライバステージ５０の出力端子は、電力ステージ６０の入力端子に結合されている。電力ステージ６０の出力端子は、ＲＦ出力マッチングネットワーク８０の入力端子、ＲＦ電力検出器９０の入力端子、及びインダクタ７０の第２の端子に結合されている。インダクタ７０の第１の端子は、電圧サプライＶ_batt７２に結合されている。ＲＦ出力マッチングネットワーク８０の出力端子は、電力増幅器出力信号３４を供給する。ＲＦ電力検出器９０の出力は、ＰＡ保護回路１１０の第１の入力端子に結合された出力信号Ｖ_outを供給する。電力ステージは、ＰＡ保護回路１１０の第２の入力端子に結合されたドレイン−ソース電流値Ｉ_ds６２を供給する。Ｉ_ds値は、電力ステージ６０内においてカスコード構成で結合されたトランジスタを流れる電流の量である。温度センサ１００は、ＰＡ保護回路１１０の第３の端子に結合された出力信号Ｔｅｍｐを供給する。ＲＦＰＡコントロール信号２０は、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１１８の入力端子に結合されている。ＤＡＣ１１８の第１、第２及び第３の出力端子は、ＰＡ保護回路１１０の第４、第５及び第６の入力端子にそれぞれ結合されている。ＤＡＣ１１８の第１の出力端子は、信号Ｉ_dsmaxを供給し、それは電力ステージ６０のトランジスタを流れることを許容された最大ドレイン−ソース電流を表している。ＤＡＣ１１８の第２の出力端子は、信号Ｖ_maxを供給し、それは許容された最大の電力ステージ６０の出力電圧を表している。ＤＡＣ１１８の第３の出力端子は、信号Ｔmaxを供給し、それは許容された最大動作温度を表している。ＰＡ保護回路１１０は、ドライバステージ５０の第２の入力に結合された出力ドライバゲインコントロール信号３６０を供給する。

ＲＦ入力マッチングネットワーク４０は、トランシーバブロック２２からのエネルギーの最大トランスファ（transfer）を供給する。ドライバステージ５０は、送信信号の増幅を与える。電力ステージ６０は、送信信号のさらなる増幅を与える。ＲＦ出力マッチングネットワーク８０は、電力ステージ６０からのエネルギーの最大トランスファをＲＦフロント−エンド１６に与える。インダクタ７０は、バッテリー電圧ソース７２と電力ステージ６０の出力端子６４との間のチョーク（choke）を与える。チョークは、ＲＦ信号に対するオープン回路接続を与えながら、ＤＣ信号に対するショート回路接続を与え、ＤＣ電流がバッテリー電圧ソース７２と電力ステージの出力端子６４との間を流れることのみを許容している。ＲＦ電力検出器９０は、電力ステージの出力端子６４上に存在する出力電力を測定し、電力ステージの出力端子６４上に存在する対応する電圧値を供給する。温度センサ１００は、デバイス温度を測定し、測定された温度に対応する信号１０２を供給する。温度センサ１００は、測定された温度と相関のある電圧、電流、抵抗或いはデジタル値を供給するかもしれない。

ＲＦＰＡコントロール信号２０は、ＰＡ保護回路１１０に、最大ドレイン−ソーストランジスタ電流レベル１１２、最大電力ステージ６０出力電圧レベル１１４及び最大温度値１１６を与える。ＲＦＰＡコントロール信号２０は、ＰＡ保護回路１１０に結合された複数のアナログ信号であるかもしれず、或いはデジタル信号を３つの別々のアナログ信号に変換するＤＡＣ１１８に結合されたデジタル信号であるかもしれない。

ＰＡ保護回路１１０は、測定された入力を、対応するＲＦＰＡコントロール入力と比較する。任意の測定された入力が、対応するＲＦＰＡコントロール入力と等しい或いは対応するＲＦＰＡコントロール入力よりも大きいとすると、ドライバステージ５０のゲインは、ドライバゲインコントロール信号３６０を調整することによって減少させられる。測定された入力のいずれも、対応するＲＦＰＡコントロール入力と等しくない或いは対応するＲＦＰＡコントロール入力よりも大きくないとすると、ドライバステージ５０のゲインは調整されない。

この第１の実施形態は、電力ステージ６０のＩ_ds電流６２、出力電圧９２、及び動作温度１０２をモニタし、最適なドライバステージ５０のゲインセッティングを決定するためにモニタされた値をＲＦＰＡコントロール値と比較することにより、電力増幅器回路の信頼性あるパフォーマンスを確保する。

図３は、第２の例示的な実施形態に係り、図１に示されたＲＦ電力増幅器デバイス３０の低レベルブロック図であり、電力ステージ電流６２、各電力ステージトランジスタをまたいで印加される電圧６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、トップトランジスタ６８ａのゲート−ドレイン電圧、温度１０２、及びＲＦ電力増幅器コントロール信号Ｖ_dsmax１１４ａ、Ｉ_dsmax１１２ａ、Ｔ_{max v}１１６ａ、Ｖ_dgmax１４４ｂをモニタし、ドライバステージゲイン３６０ａ、各電力増幅器トランジスタに印加されるバイアス電圧７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、デジタルゲインコントロール３６０ｂ、及び電力増幅器ステータス信号２１を調整する適応パラメトリック電力増幅器（adaptive parametric power amplifier）（ＰＡ）保護回路１１０ａを備えている。

電力増幅器入力（ＰＡＩｎ）信号３２は、無線周波数（ＲＦ）入力マッチングネットワーク４０の入力端子に結合されている。ＲＦ入力マッチングネットワーク４０の出力は、ドライバステージ５０の第１の入力端子に結合されている。ドライバステージ５０の出力端子は、電力ステージ６０ａの入力端子に結合されている。電力ステージ６０ａの出力端子は、ＲＦ出力マッチングネットワーク８０の入力端子及びインダクタ７０の第２の端子に結合されている。インダクタ７０の第１の端子は、電圧サプライＶ_batt７２に結合されている。ＲＦ出力マッチングネットワーク８０の出力端子は、電力増幅器出力信号３４を供給する。電力ステージ６０ａは、ドレイン−ソース電流値Ｉ_ds６２を供給し、それはＰＡ保護回路１１０ａの第１の入力端子に結合されている。電力ステージ６０ａは、（カスコード（cascode）構成で結合されたトップトランジスタの）ドレイン−ゲートトランジスタ電圧Ｖ_dg3６８ａを供給し、それはＰＡ保護回路１１０ａの第２の入力端子に結合されている。Ｉ_ds値は、電力ステージ６０ａにおいてカスコード構成で結合されたトランジスタを流れる電流の量である。電力ステージ６０ａは、（カスコード構成で結合されたトップトランジスタの）ドレイン−ソース電圧Ｖ_ds3６６ａを供給し、それはＰＡ保護回路１１０ａの第３の入力端子に結合されている。電力ステージ６０ａは、（カスコード構成でそれぞれ結合されたミドル及びボトムトランジスタの）ドレイン−ソース電圧Ｖ_ds2６６ｂ及びＶ_ds1６６ｃを供給し、それはＰＡ保護回路１１０ａのそれぞれ第４及び第５の入力端子に結合されるかもしれない。温度センサ１００ａは、出力信号ＴｅｍｐＶ１０２ａを供給し、それはＰＡ保護回路１１０ａの第６の入力端子に結合される。ＲＦＰＡコントロール信号２０は、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１１８の入力端子に結合されている。ＤＡＣ１１８の第１、第２及び第３の出力端子は、ＰＡ保護回路１１０のそれぞれ第７、第８及び第９の入力端子に結合されている。ＤＡＣ１１８の第１の出力端子は、信号Ｉ_dsmaxを供給し、それは電力ステージ６０ａのトランジスタを流れることを許容された最大ドレイン−ソース電流を表している。ＤＡＣ１１８の第２の出力端子は、信号Ｖ_dsmaxを供給し、それは電力ステージ６０ａに用いられるトランジスタに対して許容された最大ドレイン−ソース電圧を表している。ＤＡＣ１１８の第３の出力端子は、信号Ｖ_dgmaxを供給し、それは電力ステージ６０ａに用いられるトップトランジスタに対して許容された最大ドレイン−ゲート電圧を表している。ＤＡＣ１１８の第４の出力端子は、信号Ｔ_maxを供給し、それは許容された最大動作温度を表している。ＰＡ保護回路１１０ａは、第１の出力ドライバゲインコントロール信号３６０ａを供給し、それはドライバステージ５０の第２の入力に結合されている。ＰＡ保護回路１１０ａは、第２の出力ゲインコントロール信号３６０ｂを供給している。ＰＡ保護回路１１０ａは、第３の出力ＲＦＰＡステータス信号を供給している。

ＲＦ入力マッチングネットワーク４０は、トランシーバブロック２２からのエネルギーの最大トランスファ（transfer）を与える。ドライバステージ５０は、送信信号の増幅を与える。電力ステージ６０ａは、送信信号のさらなる増幅を与える。ＲＦ出力マッチングネットワーク８０は、電力ステージ６０ａからＲＦフロント−エンド１６へのエネルギーの最大トランスファを与える。インダクタ７０は、バッテリー電圧ソース７２と電力ステージ６０ａの出力端子６４との間のチョーク（choke）を与える。チョークは、ＲＦ信号に対してオープン回路接続を与えながら、ＤＣ信号に対してショート回路接続を与え、ＤＣ信号がバッテリー電圧ソース７２と電力ステージの出力端子６４との間を流れることのみを許容する。ドレイン−ゲート６８ａ及びドレイン−ソース電圧６６ａ／６６ｂ／６６ｃは、ＰＡ保護回路１１０ａによって測定される。温度センサ１００は、デバイス温度を測定し、測定された温度に対応する信号を供給する。温度センサは、測定された温度に相関のある電圧、電流、抵抗或いはデジタル値を供給するかもしれない。

ＲＦＰＡコントロール信号２０は、ＰＡ保護回路１１０ａに、最大ドレイン−ソーストランジスタ電流レベル１１２ａ、最大電力ステージトランジスタドレイン−ソース電圧１１４ａ、ドレイン−ゲート電圧１１４ｂ及び最大温度値１１６ｂを与える。ＲＦＰＡコントロール信号は、ＰＡ保護回路１１０ａに結合された複数のアナログ信号であるかもしれず、或いはデジタル信号を４つの別々のアナログ信号に変換するＤＡＣ１１８に結合されたデジタル信号であるかもしれない。

ＰＡ保護回路１１０ａは、３つの出力信号を供給する。ＰＡ保護回路１１０ａは、第１の出力ゲインコントロール信号３６０ａを供給する。ゲインコントロール信号３６０ａは、ドライバステージ５０のゲインを調整する。ＰＡ保護回路１１０ａは、第２の出力ゲインコントロール信号３６０ｂを供給する。ゲインコントロール信号３６０ｂは、トランシーバブロック２２或いはベースバンドプロセッシングブロック２４内に加えられるゲインを調整するために用いられることができる。ＰＡ保護回路１１０ａは、第３の出力ＲＦＰＡステータス信号２１を供給する。ＲＦＰＡステータス信号２１は、ＰＡ保護回路１１０ａに供給されるＲＦＰＡコントロール信号２０の調整を算出するためにベースバンドプロセッサ２４によってモニタされることができる。ＰＡ保護回路は、測定された入力を対応するＲＦＰＡコントロール入力と比較する。任意の測定された入力が、対応するＲＦＰＡコントロール入力に等しい或いは対応するＲＦＰＡコントロール入力よりも大きいとすると、ドライバステージ５０のゲインはドライバゲインコントロール信号３６０ａを調整することによって減少させられる。測定された入力がいずれも、対応するＲＦＰＡコントロール入力に等しくない或いは対応するＲＦＰＡコントロール入力よりも大きくないとすると、ドライバステージ５０のゲインは調整されない。

この第２の実施形態は、電力ステージ６０ａのＩ_ds電流６２ａ、トップトランジスタのドレイン−ゲート電圧６８ａ、トランジスタのドレイン−ソース電圧６６ａ／６６ｂ／６６ｃ、及び動作温度１０２ａをモニタし、最適なドライバステージ５０のゲインセッティングを決定するためにモニタされた値を対応するＲＦＰＡコントロール値と比較することにより、電力増幅器回路の信頼性あるパフォーマンスを確保する。

図４は、第２の例示的な実施形態に係り、図３に示された電力ステージ６０ａの詳細な図であり、カスコード（cascode）構成で結合された３つのトランジスタ１７５、１７０、１６０を備えている。

トランジスタ１７５、１７０及び１６０は、カスコード構成で結合されている。トランジスタ１７５のドレインは、電力ステージの出力６４に結合されている。トランジスタ１７５のソースは、トランジスタ１７０のドレインに結合されている。トランジスタ１７０のソースは、トランジスタ１６０のドレインに結合されている。トランジスタ１６０のソースは、グラウンドに結合されている。

各トランジスタ１６０、１６０ａ、１７０、１７５のゲートは、対応するキャパシティブなネットワークに結合されている。トランジスタ１６０及び１６０ａのゲートは、キャパシタ１１０の第２の端子及び抵抗１００の第２の端子に結合されている。ドライバステージの出力５２は、キャパシタ１１０の第１の端子に結合されている。バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１は、抵抗１００の第１の端子に結合されている。バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２は、抵抗１３０の第１の端子に結合されている。抵抗１３０の第２の端子は、トランジスタ１７０のゲート及びキャパシタ１２０の第１の端子に結合されている。キャパシタ１２０の第２の端子は、グラウンドに結合されている。バイアス電圧Ｖｂｉａｓ３は、抵抗１５０の第１の端子に結合されている。抵抗１５０の第２の端子は、トランジスタ１７５のゲート端子及びキャパシタ１４０の第１の端子に結合されている。キャパシタ１４０の第２の端子は、グラウンドに結合されている。

演算増幅器１８０は、トランジスタ１７５のドレイン−ゲート電圧を測定する。トランジスタ１７５のドレイン及び電力ステージの出力６４は、演算増幅器１８０への第１の入力に結合されている。トランジスタ１７５のゲートは、演算増幅器１８０への第２の入力に結合されている。演算増幅器１８０の出力端子は、ドレイン−ゲート電圧６８ａを供給する。ここで、図４に示された演算増幅器１８０は、演算増幅器に結合されたシングルエンドの検出器のペア或いは差動検出器（differential detector）を用いてインプリメントされるかもしれない。

演算増幅器１９０ａは、トランジスタ１７５のドレイン−ソース電圧を測定する。トランジスタ１７５のドレインは、演算増幅器１９０ａの第１の入力端子に結合されている。トランジスタ１７５のソースは、演算増幅器１９０ａの第２の入力端子に結合されている。演算増幅器１９０ａの出力は、ドレイン−ソース電圧６６ａを供給する。ここで、図４に示された演算増幅器１９０ａは、演算増幅器に結合されたシングルエンドの検出器のペア或いは差動検出器（differential detector）を用いてインプリメントされるかもしれない。

演算増幅器１９０ｂは、トランジスタ１７０のドレイン−ソース電圧を測定するために用いられるかもしれない。トランジスタ１７０のドレインは、演算増幅器１９０ｂの第１の入力端子に結合されている。トランジスタ１７０のソースは、演算増幅器１９０ｂの第２の入力端子に結合されている。演算増幅器１９０ｂの出力は、ドレイン−ソース電圧６６ｂを供給する。ここで、図４に示された演算増幅器１９０ｂは、演算増幅器に結合されたシングルエンドの検出器のペア或いは差動検出器（differential detector）を用いてインプリメントされるかもしれない。

演算増幅器１９０ｃは、トランジスタ１６０のドレイン−ソース電圧を測定するために用いられるかもしれない。トランジスタ１６０のドレインは、演算増幅器１９０ｃの第１の入力端子に結合されている。トランジスタ１６０のソースは、演算増幅器１９０ｃの第２の入力端子に結合されている。演算増幅器１９０ｃの出力は、ドレイン−ソース電圧６６ｃを供給する。ここで、図４に示された演算増幅器１９０ｃは、演算増幅器に結合されたシングルエンドの検出器のペア或いは差動検出器（differential detector）を用いてインプリメントされるかもしれない。

上述したトランジスタの端子電圧の測定の組み合わせは、種々の動作要求に対して調整されるかもしれない。当業者は、上記の説明から、このトランジスタ端子電圧モニタリング手法を用いることの利点を理解するであろう。

図５は、図３に示された電力増幅器保護回路１１０ａによって実行される、トランシーバロジック回路の動作フローを示したフローチャートである。ステップ４０２において、ベースバンドプロセッサ２４は、トランシーバ２２及びＲＦＰＡ３０ａを活性化し（activate）、ＰＡ保護回路１１０ａを構成する。ステップ４０４において、保護回路１１０ａのトランジスタブレークダウン電圧値が、最適なＰＡＥ、デバイス信頼性に対して設定され（１１２ａ、１１４ａ、１１４ｂ、１１６ａ）、ＲＦＰＡステータス２１（＝０）がクリアされる。ステップ４０６において、ＰＡ保護回路１１０ａが、電力ステージのドレイン−ソース電圧パラメータ値（Ｖds3 ６６ａ、Ｖds2 ６６ｂ（オプショナル）、Ｖds1 ６６ｃ（オプショナル））を検出する。ステップ４０８において、ＰＡ保護回路１１０ａが、電力ステージのドレイン−ゲート電圧パラメータ値Ｖdg3 ６８ａを検出する。ステップ４１０において、ＰＡ保護回路１１０ａが、電力ステージのドレイン−ソース電流パラメータ値Ｉds ６２ａを検出する。ステップ４１２において、ＰＡ保護回路が、ＲＦ電力増幅器３０ａの動作温度パラメータ値ＴｅｍｐＶ１０２ａを検出する。ステップ４１４において、ＰＡ保護回路１１０ａが、測定されたパラメータ値が対応するトランジスタブレークダウン閾値よりも小さいか否かを決定する。測定されたパラメータ値が対応するトランジスタブレークダウン閾電圧よりも小さい場合には、ステップ４０４に戻る。測定されたパラメータ値が対応するトランジスタブレークダウン閾電圧よりも小さくない場合には、ステップ４１６に進む。ステップ４１６において、ＰＡ保護回路１１０ａは、対応する測定されたパラメータ値及びトランジスタブレークダウン閾値間の最大デルタ（maximum delta）に比例してゲインコントロール（１又は２）３６０ａ又は３６０ｂ信号を下げ、ＲＦＰＡステータス２１（＝１）をセットする。

上述した適応パラメトリック電力増幅器回路の例示的な実施形態は、電力ステージがＣＭＯＳトランジスタブレークダウン電圧を越えないようにしながら、高効率を与えるために用いられるかもしれない。集積度が高められる結果となり、それ故、種々の通信テクノロジーに対する性能要求を満たしつつデバイスサイズ及びコストが減少する。

当業者は、情報及び信号が、任意の種々の異なったテクノロジー及びテクニックを用いて表現されるかもしれないことを理解するであろう。例えば、上記説明によって及ぼされるかもしれないデータ、インストラクション、コマンド、インフォメーション、信号、ビット、シンボル及びチップが、電圧、電流、電磁波、磁気フィールド或いは粒子（particle）、光学フィールド或いは粒子、或いはそれらの任意の組み合わせによって表現されるかもしれない。

当業者はさらに、ここで開示された実施形態に関連して述べられた種々の例証的なロジカルブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムステップが、電子的ハードウェア、コンピュータソフトウェア、或いは両者の組み合わせとしてインプリメントされるかもしれないことを、認識するであろう。このハードウェア及びソフトウェアの互換性を明確に示すため、種々の例証的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路及びステップが、それらの機能性（functionality）の観点から上述されている。そのような機能性がハードウェア或いはソフトウェアとしてインプリメントされるか否かは、全体のシステムにインポーズされた特別のアプリケーション及びデザイン制約に依存する。当業者は、各特別のアプリケーションのための各種の方法において、説明された機能をインプリメントするかもしれないが、そのようなインプリメンテーションの決定は、本発明の例示的な実施形態の範囲からの逸脱を引き起こすものとして解釈すべきではない。

ここで開示された実施形態に関連して述べられた種々の例証的なロジカルブロック、モジュール及び回路は、ここで述べられた機能を実行するように設計された、汎用目的プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又は他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート又はトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、或いはそれらの任意の組み合わせによって、インプリメント或いは実行されるかもしれない。汎用目的プロセッサはマイクロプロセッサであるかもしれないが、代替的に、プロセッサは、任意のコンベンショナルプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、或いはステートマシーンでもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと関連した１以上のマイクロプロセッサ、或いは任意の他のそのような構成として、インプリメントされるかもしれない。

ここで開示された実施形態に関連して述べられた方法或いはアルゴリズムのステップは、ハードウェアで直接、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュール、或いは２つの組み合わせで実現されるかもしれない。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、エレクトリカリプログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、エレクトリカリイレーザブルプログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤＲＯＭ、或いは任意の他の形態の公知の記憶媒体に存在するかもしれない。例示的な記憶媒体が、プロセッサが記憶媒体から情報を読み出し及び記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。或いは、記憶媒体は、プロセッサと一体であるかもしれない。プロセッサ及び記憶媒体は、ＡＳＩＣに存在するかもしれない。ＡＳＩＣは、ユーザーターミナルに存在するかもしれない。或いは、プロセッサ及び記憶媒体は、ユーザーターミナル内のディスクリートコンポーネントとして存在するかもしれない。

１以上の例示的な設計において、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、或いはそれらの任意の組合せでインプリメントされるかもしれない。ソフトウェアでインプリメントする場合、機能は、１以上の命令又はコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶するか、或いはコンピュータ可読媒体を介して伝達されるかもしれない。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体との両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体であるかもしれない。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、もしくは他の光学ディスク記憶、磁気ディスク記憶、もしくは他の磁気記憶デバイス、又は、命令もしくはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを運搬または記憶するために使用でき、コンピュータによってアクセスできる他の任意の媒体を備えることができる。さらに、任意の接続は、コンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、又は赤外線、無線、及びマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、又は他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、又は赤外線、無線、及びマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。ここで使用されるディスク（disk）及びディスク（disc）は、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光学ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク及びブルーレイディスクを含み、ディスク（disk）は通常、データを磁気的に再生し、ディスク（disc）は、データをレーザで光学的に再生する。上記の組合せもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。

開示された例示的な実施形態の前述の説明は、当業者が本開示を作成または使用できるようにするために提供される。これらの例示的な実施形態への種々の変更は、当業者に容易に明らかになり、ここで定義された包括的な原理は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用されるかもしれない。それ故、本発明は、ここで示された実施形態に限定されることは意図されておらず、ここで開示された原理および新規な特徴に矛盾しない最も広い範囲で扱われるべきものである。

Claims

対応するトランジスタブレークダウン閾値を有する電力ステージを有する無線周波数（ＲＦ）電力増幅器（ＰＡ）に結合させるためのデバイスであって、
ゲインコントロールエレメントと、
少なくとも１つの電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、少なくとも１つの電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、及び少なくとも１つの電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値の入力を受け取る適応パラメトリックＰＡ保護回路であって、前記パラメータ値を処理する第１のセクションと、前記対応するトランジスタブレークダウン閾値内において前記電力ステージに対する最適な電力追加効率（power added efficiency）（ＰＡＥ）によって前記ゲインコントロールエレメントを調整するためにゲイン補正信号を発生する第２のセクションとを含む適応パラメトリックＰＡ保護回路と、
を備えたデバイス。
前記電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値は、前記電力ステージに接続された少なくとも１つのカレントミラーを通して前記適応パラメトリックＰＡ保護回路に結合されている
請求項１のデバイス。
前記ＲＦＰＡは、集積回路（ＩＣ）内のＲＦ相補的金属酸化物シリコン（ＲＦ−ＣＭＯＳ）トランジスタによってインプリメントされている
請求項１のデバイス。
前記電力ステージは、前記電力ステージ内の複数のＲＦ−ＣＭＯＳトランジスタを横切る前記電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値を分割し、複数の前記対応するＣＭＯＳトランジスタブレークダウン閾値内において前記電力ステージを動作させるためにスタックされた複数のＲＦ−ＣＭＯＳトランジスタを備える
請求項３のデバイス。
前記電力ステージは、前記電力ステージ内の複数のＲＦ−ＣＭＯＳトランジスタを横切る前記電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値を分割し、複数の前記対応するＣＭＯＳトランジスタブレークダウン閾値内において前記電力ステージを動作させるための並列な複数のＲＦ−ＣＭＯＳトランジスタを備える
請求項３のデバイス。
前記適応パラメトリックＰＡ保護回路は、前記対応するＣＭＯＳトランジスタブレークダウン閾値内において前記電力ステージドレイン−ソース及び前記電力ステージドレイン−ゲートを横切るＲＦ電圧スイングを制限するために前記ゲイン補正信号を調整する
請求項３のデバイス。
前記適応パラメトリックＰＡ保護回路は、アナログコントロールループとしてインプリメントされている
請求項２のデバイス。
前記適応パラメトリックＰＡ保護回路は、少なくとも２つの入力パラメータ値に基づいて前記ゲインコントロールエレメントの前記ゲイン補正信号を調整するための対応するトランジスタブレークダウン閾値を有する
請求項２のデバイス。
前記適応パラメトリックＰＡ保護回路は、共通のＲＦＰＡ集積回路（ＩＣ）内の前記電力ステージとともにエンベッドされている（embedded）
請求項２のデバイス。
前記適応パラメトリックＰＡ保護回路に対する前記対応するトランジスタブレークダウン閾値は、前記ＲＦＰＡの動作温度、動作周波数及び動作モードに基づいて変更される
請求項８のデバイス。
前記ＲＦＰＡは、ＲＦＰＡコントロール信号を有するベースバンドプロセッサを組み入れた無線通信デバイス内で使用され、前記ＲＦＰＡコントロール信号は、前記適応パラメトリックＰＡ保護回路の動作に対する前記トランジスタブレークダウン閾値の少なくとも１つを変更する
請求項１０のデバイス。
前記適応パラメトリックＰＡ保護回路は、前記ＲＦＰＡコントロール信号を前記適応パラメトリックＰＡ保護回路の動作に対する少なくとも１つのアナログトランジスタブレークダウン閾値に変換するためのデジタルアナログ変換器を含む
請求項１１のデバイス。
前記適応パラメトリックＰＡ保護回路は、デジタル適応パラメトリックＰＡ保護回路へのデジタル入力として、少なくとも１つの電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、少なくとも１つの電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、及び少なくとも１つの電力ステージバイアス電流パラメータ値を測定するためのアナログデジタル変換器を含む
請求項１２のデバイス。
前記デジタル適応パラメトリックＰＡ保護回路は、共通のＲＦＰＡＩＣ内にエンベッドされたハードウェアステートマシンとしてインプリメントされている
請求項１３のデバイス。
前記デジタル適応パラメトリックＰＡ保護回路は、前記ベースバンドプロセッサの一部である
請求項１３のデバイス。
前記デジタル適応パラメトリックＰＡ保護回路は、前記ベースバンドプロセッサのコントロール下のハードウェアステートマシンとしてインプリメントされている
請求項１５のデバイス。
前記デジタル適応パラメトリックＰＡ保護回路は、前記ベースバンドプロセッサのコントロール下で実行されるソフトウェア内にインプリメントされている
請求項１５のデバイス。
前記ゲインコントロールエレメントは、前記ＲＦＰＡの前記電力ステージの前の少なくとも１つのドライバステージを含む
請求項１のデバイス。
前記ゲインコントロールエレメントは、前記ＲＦＰＡの前記電力ステージの前の少なくとも１つの可変ＲＦ減衰器を含む
請求項１のデバイス。
前記ゲインコントロールエレメントは、少なくとも１つの可変ゲインＲＦミキサを含む
請求項１のデバイス。
前記ゲインコントロールエレメントは、少なくとも１つの可変アナログベースバンド増幅器を含む
請求項１のデバイス。
前記ゲインコントロールエレメントは、少なくとも１つの可変アナログベースバンド減衰器を含む
請求項１のデバイス。
前記ゲインコントロールエレメントは、少なくとも１つの可変デジタルベースバンドマルチプライヤを含む
請求項１のデバイス。
前記ゲインコントロールエレメントは、少なくとも１つの可変デジタルベースバンドディバイダを含む
請求項１のデバイス。
前記ゲインコントロールエレメントは、前記ＲＦＰＡの前の少なくとも１つの他の送信回路エレメントのゲイン調整のための少なくとも１つの可変バイアス信号を含む
請求項１のデバイス。
少なくとも１つの電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、少なくとも１つの電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、及び少なくとも１つの電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値の入力を、ＲＦ電力レベルで送信する無線通信デバイス内の無線周波数電力増幅器（ＲＦＰＡ）の電力ステージから取得することと、
前記電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、前記電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、及び前記電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値を、対応するトランジスタブレークダウン閾値と比較することと、
少なくとも１つの前記電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、前記電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、又は前記電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値が、前記対応するトランジスタブレークダウン閾値よりも大きいときに、ＲＦＰＡステータス信号をアサートにする（assert）ことと、
前記電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、前記電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、及び前記電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値の全てが、最適な電力ステージＰＡＥを維持しながら、前記対応するトランジスタブレークダウン閾値よりも小さくなるまで、前記アサートにされたＲＦＰＡステータス信号に応答して、前記無線通信デバイス送信電力レベルを減少させることと、
をコンピュータに実行させるためのコードを備えたコンピュータ読み取り可能な媒体を含んだコンピュータプログラム製品。
少なくとも１つの電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、少なくとも１つの電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、及び少なくとも１つの電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値を、ＲＦ電力レベルで送信する無線周波数電力増幅器（ＲＦＰＡ）の電力ステージから取得する手段と、
前記電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、前記電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、及び前記電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値を、対応するトランジスタブレークダウン閾値と比較する手段と、
少なくとも１つの前記電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、前記電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、又は前記電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値が、前記対応するトランジスタブレークダウン閾値よりも大きいときに、ＲＦＰＡステータス信号をアサートにする（assert）手段と、
前記電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、前記電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、及び前記電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値の全てが、最適な電力ステージＰＡＥを維持しながら、前記対応するトランジスタブレークダウン閾値よりも小さくなるまで、前記アサートにされたＲＦＰＡステータス信号に応答して、前記ＲＦ電力レベルを減少させる手段と、
を備えた無線通信デバイス。
ベースバンドプロセッサコントロールを介する適応パラメトリックＰＡ保護のための手段を
さらに備えた請求項２７のデバイス。
ハードウェアステートマシンコントロールを介する適応パラメトリックＰＡ保護のための手段を
さらに備えた請求項２７のデバイス。
少なくとも１つの電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、少なくとも１つの電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、及び少なくとも１つの電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値を、ＲＦ電力レベルで送信する無線周波数電力増幅器（ＲＦＰＡ）の電力ステージから取得することと、
前記電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、前記電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、及び前記電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値を、対応するトランジスタブレークダウン閾値と比較することと、
少なくとも１つの前記電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、前記電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、又は前記電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値が、前記対応するトランジスタブレークダウン閾値よりも大きいときに、ＲＦＰＡステータス信号をアサートにする（assert）ことと、
前記電力ステージドレイン−ソース電圧パラメータ値、前記電力ステージドレイン−ゲート電圧パラメータ値、及び前記電力ステージドレイン−ソース電流パラメータ値の全てが、最適な電力ステージＰＡＥを維持しながら、前記対応するトランジスタブレークダウン閾値よりも小さくなるまで、前記アサートにされたＲＦＰＡステータス信号に応答して、前記ＲＦ電力レベルを減少させることと、
を備えた無線通信デバイス内の方法。
ベースバンドプロセッサコントロールを介する適応パラメトリックＰＡ保護を
さらに備えた請求項３０の方法。
ハードウェアステートマシンコントロールを介する適応パラメトリックＰＡ保護を
さらに備えた請求項３０の方法。