智能手機省電秘訣：看如何從設計源頭來降低功耗

　　圖21：包絡跟蹤的控制電路

　　從輸入信號波形生成偏置信號波形，利用偏置信號波形對輸入功率放大器（PA）的電源電壓進行微細控制。根據PA的輸出改變電源電壓，由此能以最高效率的電壓驅動。（圖由本刊根據三菱電機的資料制作）

　　大幅削減耗電量

　　例如，如果使用英國Nujira公司供貨的包絡跟蹤用控制IC，耗電量可較未使用時削減40％～55％（圖22）。“與W-CDMA等相比，動態范圍較大的LTE能進一步降低耗電量”（Nujira公司現場應用經理Tamas Vlasits）。

　　圖22：包絡跟蹤的效果

　　Nujira公司的包絡跟蹤控制IC“NCT-L1100”封裝在4mm見方的BGA等中（a）。W-CDMA、HSUPA及LTE在23dBm輸出時的RF電路耗電量。導入包絡跟蹤技術，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Nujira公司的資料制作）

　　包絡跟蹤用控制IC插入PA和RF收發器IC（或基帶處理LSI）之間使用。控制IC通過符合MIPI（Mobile Industry Processor Interface）標準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跟蹤專用接口標準的工作組。預定制定從RF收發器IC或基帶處理LSI收發包絡信號的信號線標準。

　　在包絡跟蹤用控制IC領域另一家較受關注的公司是美國Quantance。該公司將自主開發的技術命名為“qBoost”，計劃與PA廠商合作擴大技術的應用范圍。該公司稱，利用該技術可將功率附加效率提高至50％左右。

　　Quantance已經與三菱電機展開了合作。三菱電機前不久發布了尺寸僅3mm見方、可放大6頻帶的PA，設想與包絡跟蹤技術組合使用。組合使用后可確保最大40％的效率（圖23）。

　　圖23：支持6個頻帶，可確保40％的效率

　　三菱電機開發的GaAs制PA尺寸只有3mm×3mm×1mm（a）。功率附加效率在1.7G～2GHz的6個頻帶中最大可確保40％（b）。（圖由本刊根據三菱電機的資料制作）

　　將來計劃配備于RF IC

　　包絡跟蹤技術不僅可以利用上述專用控制IC來支持，在不久的將來還計劃嵌入RF收發器IC等使用。富士通半導體預定2012年5月上旬開始樣品供貨配備包絡跟蹤控制功能的多模及多頻型RF收發器IC“MB86L11A”。這是業界首款配備包絡跟蹤控制功能的RF收發器IC。此外，美國高通公司等從事智能手機芯片組業務的大企業好像也都在考慮標配該技術。

　　不過，包絡跟蹤也存在課題。由于電源電壓高速切換，信號的失真特性會劣化，相鄰通道的漏電功耗可能會增大。作為解決對策，瑞薩電子通過提前使發送信號失真（預失真）減輕了劣化，瑞薩電子認為“需要探討類似的補償技術”。

　　提高元件自身的效率

　　還有廠商打算通過提高PA元件自身的特性來提高效率，以降低耗電量。例如美國威訊聯合半導體（RF Micro Devices）于2012年2月底發布了可將LTE發送時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，富士通半導體2011年底開始供貨多頻型PA，通過在PA元件中利用與富士通研究所共同開發的高耐壓晶體管“EBV-Transistor”提高了效率。這是一款利用CMOS技術設計的PA，能夠通過一個封裝支持W-CDMA和HSPA利用的3個頻帶的放大（圖24）。據富士通半導體介紹，使用頻率較高的中低輸出時的效率非常高。

　　圖24：富士通的CMOS制PA支持3個頻帶

　　富士通半導體開發的CMOS制PA利用一枚芯片實現了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，而是通過導入RF電路的周邊技術來降低電力損耗的案例，比如插入隔離器來減少反射波。

　　隔離器是僅通過單向信號的部件，如果在PA和天線之間插入隔離器，可以阻止從天線側逆流進入的信號。

　　最近的智能手機天線一般設置在機身側面等，天線阻抗會隨著用戶握持方法的不同而大幅變動。因此，RF發送部會產生阻抗不匹配現象，從而導致PA的輸出信號作為反射波返回，這會使S/N惡化。

　　反射越多，PA的發送電力越大，所以會導致耗電量的增加。插入隔離器可以去除反射波，從而降低耗電量。

　　使用隔離器會導致部件數量增加。因此，海外的終端廠商大都不愿意采用。不過開發商期待，隨著對降低RF電路耗電量的關注度越來越高，采用的海外終端廠商也會增加。比如，隔離器開發企業之一村田制作所開發出了將PA、濾波器以及隔離器（穩定器）收納在一個封裝內的PA模塊，并且已開始供貨（圖25）。該公司通過集成化縮小了產品尺寸，并以此為優勢向日本國內外的終端廠商積極促銷。

　　圖25：將隔離器內置于PA模塊