智能手机省电秘诀：看如何从设计源头来降低功耗

　　图21：包络跟踪的控制电路

　　从输入信号波形生成偏置信号波形，利用偏置信号波形对输入功率放大器（PA）的电源电压进行微细控制。根据PA的输出改变电源电压，由此能以最高效率的电压驱动。（图由本刊根据三菱电机的资料制作）

大幅削减耗电量

　　例如，如果使用英国Nujira公司供货的包络跟踪用控制IC，耗电量可较未使用时削减40％～55％（图22）。“与W-CDMA等相比，动态范围较大的LTE能进一步降低耗电量”（Nujira公司现场应用经理Tamas Vlasits）。

　　图22：包络跟踪的效果

　　Nujira公司的包络跟踪控制IC“NCT-L1100”封装在4mm见方的BGA等中（a）。W-CDMA、HSUPA及LTE在23dBm输出时的RF电路耗电量。导入包络跟踪技术，大幅降低了PA的耗电量。LTE的话可削减55％的耗电量（b）。（图由本刊根据Nujira公司的资料制作）

　　包络跟踪用控制IC插入PA和RF收发器IC（或基带处理LSI）之间使用。控制IC通过符合MIPI（Mobile Industry Processor Interface）标准的芯片间接口等控制 注2）。

　　注2） MIPI Alliance于2011年11约成立了旨在制定包络跟踪专用接口标准的工作组。预定制定从RF收发器IC或基带处理LSI收发包络信号的信号线标准。

　　在包络跟踪用控制IC领域另一家较受关注的公司是美国Quantance。该公司将自主开发的技术命名为“qBoost”，计划与PA厂商合作扩大技术的应用范围。该公司称，利用该技术可将功率附加效率提高至50％左右。

　　Quantance已经与三菱电机展开了合作。三菱电机前不久发布了尺寸仅3mm见方、可放大6频带的PA，设想与包络跟踪技术组合使用。组合使用后可确保最大40％的效率（图23）。

　　图23：支持6个频带，可确保40％的效率

　　三菱电机开发的GaAs制PA尺寸只有3mm×3mm×1mm（a）。功率附加效率在1.7G～2GHz的6个频带中最大可确保40％（b）。（图由本刊根据三菱电机的资料制作）

将来计划配备于RF IC

　　包络跟踪技术不仅可以利用上述专用控制IC来支持，在不久的将来还计划嵌入RF收发器IC等使用。富士通半导体预定2012年5月上旬开始样品供货配备包络跟踪控制功能的多模及多频型RF收发器IC“MB86L11A”。这是业界首款配备包络跟踪控制功能的RF收发器IC。此外，美国高通公司等从事智能手机芯片组业务的大企业好像也都在考虑标配该技术。

　　不过，包络跟踪也存在课题。由于电源电压高速切换，信号的失真特性会劣化，相邻通道的漏电功耗可能会增大。作为解决对策，瑞萨电子通过提前使发送信号失真（预失真）减轻了劣化，瑞萨电子认为“需要探讨类似的补偿技术”。

提高元件自身的效率

　　还有厂商打算通过提高PA元件自身的特性来提高效率，以降低耗电量。例如美国威讯联合半导体（RF Micro Devices）于2012年2月底发布了可将LTE发送时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的频带1、2、3、4、5、8，以及LTE的频带4、7、11、13、17、18、20、21。

　　另外，富士通半导体2011年底开始供货多频型PA，通过在PA元件中利用与富士通研究所共同开发的高耐压晶体管“EBV-Transistor”提高了效率。这是一款利用CMOS技术设计的PA，能够通过一个封装支持W-CDMA和HSPA利用的3个频带的放大（图24）。据富士通半导体介绍，使用频率较高的中低输出时的效率非常高。

　　图24：富士通的CMOS制PA支持3个频带

　　富士通半导体开发的CMOS制PA利用一枚芯片实现了W-CDMA/HSPA的频带Ⅰ（2.1GHz频带）、频带Ⅴ（850MHz频带）、频带Ⅸ（1.7GHz频带）的放大。尺寸为4mm×3.5mm×0.7mm。

减少反射波降低耗电量

　　另外还有不在PA上下工夫，而是通过导入RF电路的周边技术来降低电力损耗的案例，比如插入隔离器来减少反射波。

　　隔离器是仅通过单向信号的部件，如果在PA和天线之间插入隔离器，可以阻止从天线侧逆流进入的信号。

　　最近的智能手机天线一般设置在机身侧面等，天线阻抗会随着用户握持方法的不同而大幅变动。因此，RF发送部会产生阻抗不匹配现象，从而导致PA的输出信号作为反射波返回，这会使S/N恶化。

　　反射越多，PA的发送电力越大，所以会导致耗电量的增加。插入隔离器可以去除反射波，从而降低耗电量。

　　使用隔离器会导致部件数量增加。因此，海外的终端厂商大都不愿意采用。不过开发商期待，随着对降低RF电路耗电量的关注度越来越高，采用的海外终端厂商也会增加。比如，隔离器开发企业之一村田制作所开发出了将PA、滤波器以及隔离器（稳定器）收纳在一个封装内的PA模块，并且已开始供货（图25）。该公司通过集成化缩小了产品尺寸，并以此为优势向日本国内外的终端厂商积极促销。

　　图25：将隔离器内置于PA模块