智能手機在今年正式進入全面屏之年，而智能手機的電池續(xù)航時間迎來了更巨大的挑戰(zhàn)。智能手機中的鋰聚合物電池?zé)o法滿足高要求用戶不斷增長的需求，越來越大的屏幕尺寸和越來越多的需要顯示屏常亮應(yīng)用，例如視頻、導(dǎo)航、游戲等正給移動設(shè)備的電池續(xù)航時間帶來越來越大的壓力。

 

未來，智能手機的平均屏幕尺寸將達到5.5英寸至6英寸之間的峰值，屏幕增大后電池容量和體積也需要隨之增大。反映到智能手機 PCB 板上，留給其他組件的物理空間越來越小。電池容量雖然仍有提升空間但卻不會永遠持續(xù)上升，因此手機 OEM 廠商必須從各個方向考慮來提升電池續(xù)航時間。

 

其中一個辦法，就是通過為耗電的 LTE 無線電設(shè)備使用先進的電源管理技術(shù)來實現(xiàn)。射頻前端(RFFE)消耗了手機電池續(xù)航時間的 15% 到 40%，而且在 RFFE 中，功率放大器（PA）是一種貪婪的電量消耗者，因此降低這部分的功耗已經(jīng)成為延長移動設(shè)備使用壽命的一個關(guān)鍵技術(shù)。

 

目前手機上常用的有兩種 PA 的省電技術(shù)，一種是平均功率跟蹤技術(shù)（APT），另外一種是包絡(luò)跟蹤（ET），如上圖所示。

 

兩種技術(shù)的手段都是盡量使 PA 在滿足線性等指標的基礎(chǔ)上，給 PA 供最低的電壓，提供 PA 僅需要的能量，這樣能減小能量的浪費，延長電池的使用時間，APT 相對比較粗糙，ET 比較精細。

 

APT 電壓追蹤的是平均功率，但是由于 3G/4G 是調(diào)幅的技術(shù)，信號的幅度不是一個固定的值，如上圖所示有波峰，有波谷，用一個電壓來追蹤信號的平均功率的話，必然要使電壓滿足高功率（波峰處）的線性要求，對于相對較小的功率來講，這個電壓給的有多余的，多余的部分就會浪費掉，如上左面的圖所示，黃色的部分能量是浪費的。

 

ET 追蹤的是包絡(luò)里的每一個功率電平，給包絡(luò)里的每一個功率算一個最合適的電壓，高的功率給相對較高的電壓，低的功率給相對較低的電壓，這樣每一個功率點都有一個最優(yōu)的電壓，能量浪費的比較少，從而達到很好的省電目的。

 

可以比較一下上面兩張圖黃色區(qū)域，ET 技術(shù)浪費的能量要比 APT 少很多。

 

ET 技術(shù)的原理是，讓功放的供電電壓隨輸入信號的包絡(luò)變化。從工作方式上來看，ET放大器就是根據(jù)輸入射頻信號的包絡(luò)幅度來決定放大器供電電壓。當(dāng)小包絡(luò)時采用低電壓供電，大包絡(luò)時采用高電壓供電。從而使放大器在不同輸入功率時，損耗減小，達到高效率。ET 可改善射頻功率放大器的能效，因為它可以追蹤所需功率，有別于目前的固定功率系統(tǒng)，包絡(luò)跟蹤技術(shù)被越來越廣泛地運用于優(yōu)化射頻 PA 的功率附加效率 (PAE)。ETPA 技術(shù)的解決方式是采用非恒定的 RF 包絡(luò)和高效的峰均功率比（PAPR），簡而言之，ET 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)功率放大輸出。

通過動態(tài)調(diào)整輸入電壓到 PA 來匹配所需的功率，ET IC 正在改變 RFFE 的功率效率。自2013年推出以來，ET ICs 已在高端智能手機市場普及，而且他們也越來越多地滲透到中端手機中。市場研究機構(gòu) IHS 指出，未來幾年，高端以及中高端智能手機市場將成為智能手機行業(yè)中增長最快的細分市場，這將為 ET 解決方案提供一個未來發(fā)展的機會。

 

IHS Markit 預(yù)計啟用包絡(luò)追蹤 IC 智能手機出貨量將從2015年的4.11億增長到2021年的7.48億，年復(fù)合增長率超過10%。由于其目前在高端智能手機的普及以及在中高端的產(chǎn)品中越來越流行，預(yù)計2021年配備包絡(luò)追蹤 ICs 的智能手機將占出貨總量的42%。ET 的好處已經(jīng)在最新高端手機中實現(xiàn)，包括三星 Galaxy S7，小米5等。在這些產(chǎn)品型號中，校準和個性化仍然很昂貴，但很明顯，大量的經(jīng)驗將節(jié)省成本，并隨著時間的推移簡化制造過程。

 

另一方面，隨著智能手機市場接近 5G 時代，ET ICs 的重要性也隨之不斷增強。未來的智能手機將需要閉環(huán)包絡(luò)追蹤解決方案以獲得足夠高的能效，在使用 5G 功能時為最終用戶提供可更長的電池使用時間。與智能手機射頻前端類似，擁有更深的系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)的供應(yīng)商將處于有利地位，抓住包絡(luò)追蹤的發(fā)展機會。

 

ET設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)

 

隨著 ET 技術(shù)的發(fā)展，工程師發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體具有“記憶效應(yīng)”，即器件的失真取決于前10~20ns的射頻功率，而器件通道中的瞬時溫度會影響失真。數(shù)字預(yù)失真（DPD）是保證 ET 工作的重要部分。DPD 補償允許工程師選擇較小的 PA 以及使之在信號峰值期間進一步壓縮，所以 DPD 可以提高效率。

 

除了失真，由于應(yīng)用于電源的寬帶調(diào)制器的性能不完善，ET 會產(chǎn)生帶外噪聲。除此之外，ET 需要在基帶芯片、電源 IC 和 PA 之間進行緊密協(xié)調(diào)，這三個部件必須仔細平衡，以控制電源電壓和射頻波形之間的增益和時間延遲。對延遲進行精確校準在數(shù)億臺手機的生產(chǎn)中至關(guān)重要，實現(xiàn)這種嚴格的控制需要收發(fā)器、PA 和電源供應(yīng)商互相妥協(xié)。

 

除此之外，在生產(chǎn)制造時 ET 也與基本技術(shù)一樣具有挑戰(zhàn)性。例如在過去幾年中將 ET 引入到大批量手機生產(chǎn)時，在校準時間延遲和增益設(shè)置以及溫度增益等方面都存在問題。

 

Qorvo 高性能 RF 解決方案可簡化設(shè)計、減少產(chǎn)品占用面積、節(jié)省電力、提高系統(tǒng)性能并加速載波聚合技術(shù)的部署。射頻前端技術(shù) RF Fusion 和 RF Flex 系列解決方案都經(jīng)過優(yōu)化，可借助行業(yè)領(lǐng)先的 ET PMIC 提供出色性能，同時還為下一代收發(fā)載波聚合功能提供全面支持，助力 OEM 旗艦機型的性能提升。RF Fusion 解決方案包含業(yè)內(nèi)唯一的完整參考平臺，以支持所有具有包絡(luò)跟蹤功能的領(lǐng)先手機芯片組。

通過Qorvo 的 ET 技術(shù)，PA 可以不斷調(diào)整實時峰值效率以達到輸出功率的需求，使高功率設(shè)備實現(xiàn)發(fā)熱更少、電池壽命更長、信號質(zhì)量更好、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍更廣的特性。

 

目前Qorvo 的 ET 技術(shù)已被廣泛部署采用，并且是即時可用的解決方案。這也是 Qorvo 的眾多優(yōu)勢射頻技術(shù)之一，與其他技術(shù)一起，引領(lǐng)新一代連接設(shè)備的射頻創(chuàng)新浪潮，幫助物聯(lián)網(wǎng)提高效率，實現(xiàn)一個更節(jié)能的世界。