续航续航续航！智能手机电池续航时间短怎么办？包络跟踪技术有办法！
发布时间：2017-11-20 10:44:41
来源：Qorvo官方微信
智能手机在今年正式进入全面屏之年，而智能手机的电池续航时间迎来了更巨大的挑战。智能手机中的锂聚合物电池无法满足高要求用户不断增长的需求，越来越大的屏幕尺寸和越来越多的需要显示屏常亮应用，例如视频、导航、游戏等正给移动设备的电池续航时间带来越来越大的压力。
未来，智能手机的平均屏幕尺寸将达到5.5英寸至6英寸之间的峰值，屏幕增大后电池容量和体积也需要随之增大。反映到智能手机 PCB 板上，留给其他组件的物理空间越来越小。电池容量虽然仍有提升空间但却不会永远持续上升，因此手机 OEM 厂商必须从各个方向考虑来提升电池续航时间。
其中一个办法，就是通过为耗电的 LTE 无线电设备使用先进的电源管理技术来实现。射频前端(RFFE)消耗了手机电池续航时间的 15% 到 40%，而且在 RFFE 中，功率放大器（PA）是一种贪婪的电量消耗者，因此降低这部分的功耗已经成为延长移动设备使用寿命的一个关键技术。
目前手机上常用的有两种 PA 的省电技术，一种是平均功率跟踪技术（APT），另外一种是包络跟踪（ET），如上图所示。
两种技术的手段都是尽量使 PA 在满足线性等指标的基础上，给 PA 供最低的电压，提供 PA 仅需要的能量，这样能减小能量的浪费，延长电池的使用时间，APT 相对比较粗糙，ET 比较精细。
APT 电压追踪的是平均功率，但是由于 3G/4G 是调幅的技术，信号的幅度不是一个固定的值，如上图所示有波峰，有波谷，用一个电压来追踪信号的平均功率的话，必然要使电压满足高功率（波峰处）的线性要求，对于相对较小的功率来讲，这个电压给的有多余的，多余的部分就会浪费掉，如上左面的图所示，黄色的部分能量是浪费的。
ET 追踪的是包络里的每一个功率电平，给包络里的每一个功率算一个最合适的电压，高的功率给相对较高的电压，低的功率给相对较低的电压，这样每一个功率点都有一个最优的电压，能量浪费的比较少，从而达到很好的省电目的。
可以比较一下上面两张图黄色区域，ET 技术浪费的能量要比 APT 少很多。
ET 技术的原理是，让功放的供电电压随输入信号的包络变化。从工作方式上来看，ET放大器就是根据输入射频信号的包络幅度来决定放大器供电电压。当小包络时采用低电压供电，大包络时采用高电压供电。从而使放大器在不同输入功率时，损耗减小，达到高效率。ET 可改善射频功率放大器的能效，因为它可以追踪所需功率，有别于目前的固定功率系统，包络跟踪技术被越来越广泛地运用于优化射频 PA 的功率附加效率 (PAE)。ETPA 技术的解决方式是采用非恒定的 RF 包络和高效的峰均功率比（PAPR），简而言之，ET 技术能够实现自适应功率放大输出。
通过动态调整输入电压到 PA 来匹配所需的功率，ET IC 正在改变 RFFE 的功率效率。自2013年推出以来，ET ICs 已在高端智能手机市场普及，而且他们也越来越多地渗透到中端手机中。市场研究机构 IHS 指出，未来几年，高端以及中高端智能手机市场将成为智能手机行业中增长最快的细分市场，这将为 ET 解决方案提供一个未来发展的机会。
IHS Markit 预计启用包络追踪 IC 智能手机出货量将从2015年的4.11亿增长到2021年的7.48亿，年复合增长率超过10%。由于其目前在高端智能手机的普及以及在中高端的产品中越来越流行，预计2021年配备包络追踪 ICs 的智能手机将占出货总量的42%。ET 的好处已经在最新高端手机中实现，包括三星 Galaxy S7，小米5等。在这些产品型号中，校准和个性化仍然很昂贵，但很明显，大量的经验将节省成本，并随着时间的推移简化制造过程。
另一方面，随着智能手机市场接近 5G 时代，ET ICs 的重要性也随之不断增强。未来的智能手机将需要闭环包络追踪解决方案以获得足够高的能效，在使用 5G 功能时为最终用户提供可更长的电池使用时间。与智能手机射频前端类似，拥有更深的系统专业技术的供应商将处于有利地位，抓住包络追踪的发展机会。
ET设计面临的挑战
随着 ET 技术的发展，工程师发现半导体具有“记忆效应”，即器件的失真取决于前10~20ns的射频功率，而器件通道中的瞬时温度会影响失真。数字预失真（DPD）是保证 ET 工作的重要部分。DPD 补偿允许工程师选择较小的 PA 以及使之在信号峰值期间进一步压缩，所以 DPD 可以提高效率。
除了失真，由于应用于电源的宽带调制器的性能不完善，ET 会产生带外噪声。除此之外，ET 需要在基带芯片、电源 IC 和 PA 之间进行紧密协调，这三个部件必须仔细平衡，以控制电源电压和射频波形之间的增益和时间延迟。对延迟进行精确校准在数亿台手机的生产中至关重要，实现这种严格的控制需要收发器、PA 和电源供应商互相妥协。
除此之外，在生产制造时 ET 也与基本技术一样具有挑战性。例如在过去几年中将 ET 引入到大批量手机生产时，在校准时间延迟和增益设置以及温度增益等方面都存在问题。
Qorvo 高性能 RF 解决方案可简化设计、减少产品占用面积、节省电力、提高系统性能并加速载波聚合技术的部署。射频前端技术 RF Fusion 和 RF Flex 系列解决方案都经过优化，可借助行业领先的 ET PMIC 提供出色性能，同时还为下一代收发载波聚合功能提供全面支持，助力 OEM 旗舰机型的性能提升。RF Fusion 解决方案包含业内唯一的完整参考平台，以支持所有具有包络跟踪功能的领先手机芯片组。
通过Qorvo 的 ET 技术，PA 可以不断调整实时峰值效率以达到输出功率的需求，使高功率设备实现发热更少、电池寿命更长、信号质量更好、网络覆盖范围更广的特性。
目前Qorvo 的 ET 技术已被广泛部署采用，并且是即时可用的解决方案。这也是 Qorvo 的众多优势射频技术之一，与其他技术一起，引领新一代连接设备的射频创新浪潮，帮助物联网提高效率，实现一个更节能的世界。
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