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5G手机功耗高 寄望氮化镓解方

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国立交通大学电机工程学系特聘教授兼系主任陈科宏。

迈入5G-IoT高频时代,相关设备及手机的功耗挑战愈形严苛。解决功耗难题的途径或是从材料、或是从电源管理技术着手。交通大学电机工程学系特聘教授兼系主任陈科宏致力研究5G电源管理技术,他提到「封包追踪(Envelope Tracking;ET)」技术在5G手机电源管理中扮演重要角色。

陈科宏进一步说明指出,过去在3G和4G通讯时代,手机供电出现的电压差很小,因此由功率放大器(PA)自行处理即可,然而到了5G通讯,平均能量与峰值能量的差异可能高达8~9dB,也就是峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio;PAPR)较高,导致效率降低,由功率放大器自行吸收的后果就是功耗遽增,手机大部分电力会被射频功率放大器吃掉。

到了5G时代,加大电池容量已不足以应付功耗增加的问题,势必要采用封包追踪技术做为解方。不过,目前的半导体主流CMOS并非实现封包追踪的理想制程,因此整体趋势是朝向采用氮化镓(GaN)宽能隙材料的方向发展。相较于CMSO,GaN的优点包括导通电阻小、功率密度高、耐热性佳等,封包追踪效率较佳,且由于体积小可减少散热设计成本,这些优点都使得GaN成为5G手机导入封包追踪技术的希望所寄。

另外,陈科宏也提到5G基地台无线供电问题。5G基地台的布建密度高,若采用电缆线供电,施工难度与成本都不低,因此目前各方研究都是朝无线供电发展,其中要克服的难题,除了墙壁厚度和功率加大外,发射与接收两端的阻抗匹配也有待克服。

陈科宏说明,现在动态阻抗匹配的传输协定频率是6.78MHz,这对电力无线传输而言难度颇高,目前看起来的可能解方也是使用GaN,能让阻抗匹配可以最佳化,进而减少高压元件的使用,整体系统成本可望降低。