5G手機功耗高 寄望氮化鎵解方

國立交通大學電機工程學系特聘教授兼系主任陳科宏。

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。