智能手機(jī)省電秘訣：看如何從設(shè)計(jì)源頭來(lái)降低功耗

　　圖21：包絡(luò)跟蹤的控制電路

　　從輸入信號(hào)波形生成偏置信號(hào)波形，利用偏置信號(hào)波形對(duì)輸入功率放大器（PA）的電源電壓進(jìn)行微細(xì)控制。根據(jù)PA的輸出改變電源電壓，由此能以最高效率的電壓驅(qū)動(dòng)。（圖由本刊根據(jù)三菱電機(jī)的資料制作）

　　大幅削減耗電量

　　例如，如果使用英國(guó)Nujira公司供貨的包絡(luò)跟蹤用控制IC，耗電量可較未使用時(shí)削減40％～55％（圖22）?！芭cW-CDMA等相比，動(dòng)態(tài)范圍較大的LTE能進(jìn)一步降低耗電量”（Nujira公司現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)理Tamas Vlasits）。

　　圖22：包絡(luò)跟蹤的效果

　　Nujira公司的包絡(luò)跟蹤控制IC“NCT-L1100”封裝在4mm見(jiàn)方的BGA等中（a）。W-CDMA、HSUPA及LTE在23dBm輸出時(shí)的RF電路耗電量。導(dǎo)入包絡(luò)跟蹤技術(shù)，大幅降低了PA的耗電量。LTE的話可削減55％的耗電量（b）。（圖由本刊根據(jù)Nujira公司的資料制作）

　　包絡(luò)跟蹤用控制IC插入PA和RF收發(fā)器IC（或基帶處理LSI）之間使用?？刂艻C通過(guò)符合MIPI（Mobile Industry Processor Interface）標(biāo)準(zhǔn)的芯片間接口等控制 注2）。

　　注2） MIPI Alliance于2011年11約成立了旨在制定包絡(luò)跟蹤專用接口標(biāo)準(zhǔn)的工作組。預(yù)定制定從RF收發(fā)器IC或基帶處理LSI收發(fā)包絡(luò)信號(hào)的信號(hào)線標(biāo)準(zhǔn)。

　　在包絡(luò)跟蹤用控制IC領(lǐng)域另一家較受關(guān)注的公司是美國(guó)Quantance。該公司將自主開(kāi)發(fā)的技術(shù)命名為“qBoost”，計(jì)劃與PA廠商合作擴(kuò)大技術(shù)的應(yīng)用范圍。該公司稱，利用該技術(shù)可將功率附加效率提高至50％左右。

　　Quantance已經(jīng)與三菱電機(jī)展開(kāi)了合作。三菱電機(jī)前不久發(fā)布了尺寸僅3mm見(jiàn)方、可放大6頻帶的PA，設(shè)想與包絡(luò)跟蹤技術(shù)組合使用。組合使用后可確保最大40％的效率（圖23）。

　　圖23：支持6個(gè)頻帶，可確保40％的效率

　　三菱電機(jī)開(kāi)發(fā)的GaAs制PA尺寸只有3mm×3mm×1mm（a）。功率附加效率在1.7G～2GHz的6個(gè)頻帶中最大可確保40％（b）。（圖由本刊根據(jù)三菱電機(jī)的資料制作）

　　將來(lái)計(jì)劃配備于RF IC

　　包絡(luò)跟蹤技術(shù)不僅可以利用上述專用控制IC來(lái)支持，在不久的將來(lái)還計(jì)劃嵌入RF收發(fā)器IC等使用。富士通半導(dǎo)體預(yù)定2012年5月上旬開(kāi)始樣品供貨配備包絡(luò)跟蹤控制功能的多模及多頻型RF收發(fā)器IC“MB86L11A”。這是業(yè)界首款配備包絡(luò)跟蹤控制功能的RF收發(fā)器IC。此外，美國(guó)高通公司等從事智能手機(jī)芯片組業(yè)務(wù)的大企業(yè)好像也都在考慮標(biāo)配該技術(shù)。

　　不過(guò)，包絡(luò)跟蹤也存在課題。由于電源電壓高速切換，信號(hào)的失真特性會(huì)劣化，相鄰?fù)ǖ赖穆╇姽目赡軙?huì)增大。作為解決對(duì)策，瑞薩電子通過(guò)提前使發(fā)送信號(hào)失真（預(yù)失真）減輕了劣化，瑞薩電子認(rèn)為“需要探討類似的補(bǔ)償技術(shù)”。

　　提高元件自身的效率

　　還有廠商打算通過(guò)提高PA元件自身的特性來(lái)提高效率，以降低耗電量。例如美國(guó)威訊聯(lián)合半導(dǎo)體（RF Micro Devices）于2012年2月底發(fā)布了可將LTE發(fā)送時(shí)的功率附加效率提高至42～44％左右的PA“ultra-high efficiency PA” 注3）。

　　注3）可用于放大W-CDMA的頻帶1、2、3、4、5、8，以及LTE的頻帶4、7、11、13、17、18、20、21。

　　另外，富士通半導(dǎo)體2011年底開(kāi)始供貨多頻型PA，通過(guò)在PA元件中利用與富士通研究所共同開(kāi)發(fā)的高耐壓晶體管“EBV-Transistor”提高了效率。這是一款利用CMOS技術(shù)設(shè)計(jì)的PA，能夠通過(guò)一個(gè)封裝支持W-CDMA和HSPA利用的3個(gè)頻帶的放大（圖24）。據(jù)富士通半導(dǎo)體介紹，使用頻率較高的中低輸出時(shí)的效率非常高。

　　圖24：富士通的CMOS制PA支持3個(gè)頻帶

　　富士通半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)的CMOS制PA利用一枚芯片實(shí)現(xiàn)了W-CDMA/HSPA的頻帶Ⅰ（2.1GHz頻帶）、頻帶Ⅴ（850MHz頻帶）、頻帶Ⅸ（1.7GHz頻帶）的放大。尺寸為4mm×3.5mm×0.7mm。

　　減少反射波降低耗電量

　　另外還有不在PA上下工夫，而是通過(guò)導(dǎo)入RF電路的周邊技術(shù)來(lái)降低電力損耗的案例，比如插入隔離器來(lái)減少反射波。

　　隔離器是僅通過(guò)單向信號(hào)的部件，如果在PA和天線之間插入隔離器，可以阻止從天線側(cè)逆流進(jìn)入的信號(hào)。

　　最近的智能手機(jī)天線一般設(shè)置在機(jī)身側(cè)面等，天線阻抗會(huì)隨著用戶握持方法的不同而大幅變動(dòng)。因此，RF發(fā)送部會(huì)產(chǎn)生阻抗不匹配現(xiàn)象，從而導(dǎo)致PA的輸出信號(hào)作為反射波返回，這會(huì)使S/N惡化。

　　反射越多，PA的發(fā)送電力越大，所以會(huì)導(dǎo)致耗電量的增加。插入隔離器可以去除反射波，從而降低耗電量。

　　使用隔離器會(huì)導(dǎo)致部件數(shù)量增加。因此，海外的終端廠商大都不愿意采用。不過(guò)開(kāi)發(fā)商期待，隨著對(duì)降低RF電路耗電量的關(guān)注度越來(lái)越高，采用的海外終端廠商也會(huì)增加。比如，隔離器開(kāi)發(fā)企業(yè)之一村田制作所開(kāi)發(fā)出了將PA、濾波器以及隔離器（穩(wěn)定器）收納在一個(gè)封裝內(nèi)的PA模塊，并且已開(kāi)始供貨（圖25）。該公司通過(guò)集成化縮小了產(chǎn)品尺寸，并以此為優(yōu)勢(shì)向日本國(guó)內(nèi)外的終端廠商積極促銷。

　　圖25：將隔離器內(nèi)置于PA模塊