5G手机功耗高 寄望氮化镓解方

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基站无线供电问题。5G基站的布建密度高，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。