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5G手機功耗高 寄望氮化鎵解方

2019/09/05 - DIGITIMES企劃

邁入5G-IoT高頻時代,相關設備及手機的功耗挑戰愈形嚴苛。解決功耗難題的途徑或是從材料、或是從電源管理技術著手。交通大學電機工程學系特聘教授兼系主任陳科宏致力研究5G電源管理技術,他提到「封包追蹤(Envelope Tracking;ET)」技術在5G手機電源管理中扮演重要角色。

陳科宏進一步說明指出,過去在3G和4G通訊時代,手機供電出現的電壓差很小,因此由功率放大器(PA)自行處理即可,然而到了5G通訊,平均能量與峰值能量的差異可能高達8~9dB,也就是峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio;PAPR)較高,導致效率降低,由功率放大器自行吸收的後果就是功耗遽增,手機大部分電力會被射頻功率放大器吃掉。

到了5G時代,加大電池容量已不足以應付功耗增加的問題,勢必要採用封包追蹤技術做為解方。不過,目前的半導體主流CMOS並非實現封包追蹤的理想製程,因此整體趨勢是朝向採用氮化鎵(GaN)寬能隙材料的方向發展。相較於CMSO,GaN的優點包括導通電阻小、功率密度高、耐熱性佳等,封包追蹤效率較佳,且由於體積小可減少散熱設計成本,這些優點都使得GaN成為5G手機導入封包追蹤技術的希望所寄。

另外,陳科宏也提到5G基地台無線供電問題。5G基地台的佈建密度高,若採用電纜線供電,施工難度與成本都不低,因此目前各方研究都是朝無線供電發展,其中要克服的難題,除了牆壁厚度和功率加大外,發射與接收兩端的阻抗匹配也有待克服。

陳科宏說明,現在動態阻抗匹配的傳輸協定頻率是6.78MHz,這對電力無線傳輸而言難度頗高,目前看起來的可能解方也是使用GaN,能讓阻抗匹配可以最佳化,進而減少高壓元件的使用,整體系統成本可望降低。


圖說:國立交通大學電機工程學系特聘教授兼系主任陳科宏。