改善LTE PA效率/線性度 晶片商搶攻ET/DPD

作者: 黃耀瑋
2014 年 07 月 11 日

晶片商已將封包追蹤(Envelope Tracking, ET)和數位預失真(Digital Pre Distortion, DPD)方案,視為卡位4G戰場的重要武器。因應長程演進計畫(LTE)頻寬、速率大增,對手機功率放大器(PA)帶來的功耗和線性度設計挑戰,包括處理器、電源管理和射頻(RF)晶片商皆加碼研發新一代封包追蹤和DPD晶片,以輔助PA動態調整電壓及增益值(Gain),大幅改善LTE手機RF子系統效率。



NI自動化暨RF產品行銷經理潘建安認為,封包追蹤與DPD將逐漸成為LTE手機射頻子系統中不可或缺的功能。



美商國家儀器(NI)自動化暨RF產品行銷經理潘建安表示,雖然LTE為行動應用帶來更多發展空間,但也因技術規格躍升而引發諸多設計挑戰;其中,手機射頻子系統首當其衝,設計人員必須達成LTE高頻寬、高傳輸速率及多重輸入多重輸出(MIMO)天線的支援能力,同時有效控制PA功耗和線性度,因而掀起新一代封包追蹤、DPD技術導入需求。


事實上,封包追蹤和DPD早期係針對大型基地台設計,前者須具備封包偵測器(Envelope Detector)和電源調變器(Power Modulator),以因應不同的封包傳輸需求,動態調整PA供電壓,達到省電效果。至於後者則在數位訊號處理器(DSP)或現場可編程閘陣列(FPGA)中,導入查表式(LUT)或記憶多項式模型(Memory Polynomial Model)演算法,協助PA維持一定的線性度,以確保RF訊號品質。


隨著手機升級LTE、LTE-A需求湧現,行動晶片商和系統廠也開始聚焦這兩項技術,包括聯發科、高通(Qualcomm)和邁威爾(Marvell)等處理器業者,Nujira、RFMD、Skyworks、TriQuint與立積電子等射頻IP/晶片供應商,以及PMIC廠戴樂格(Dialog)皆大舉投入研發,揭開手機封包追蹤與DPD技術大戰的序曲。


其中,高通已率先在旗下RF360射頻解決方案中,新增封包追蹤晶片陣容,搭配其互補式金屬氧化物半導體(CMOS)PA,可因應LTE封包傳輸量需求動態調整PA驅動電壓,以節省電力;同時,聯發科則在旗下電源管理方案部門設立封包追蹤/DPD技術研發團隊,積極追趕高通的腳步。


無獨有偶,Skyworks和TriQuint等射頻元件供應商,也透過向Nujira授權封包追蹤IP的策略,開發新款支援該功能的PA及周邊射頻元件;至於Dialog更醞釀在下一代PMIC中整合封包功率追蹤或DPD功能,以瓜分LTE設計新商機。


潘建安分析,一般認為手機最耗電的部分首推顯示器,其實射頻子系統的耗電量也不分軒輊,而其中的PA就占高達50%以上功耗,遂成為影響手機續航力的元凶之一;尤其LTE與LTE-A將引進載波聚合(Carrier Aggregation)和MIMO等新技術,大幅增加手機射頻子系統的複雜度,因此一線手機品牌廠遂開始要求晶片商提供封包追蹤與DPD方案,並規畫於明年上市的旗艦機種中正式導入這兩項功能。


近期手機供應鏈業者對封包追蹤、DPD的測試驗證需求已顯著增溫,激勵儀器商競相卡位商機,其中,NI已搶先發布一套完整的PXI模組化量測方案,並與相關晶片商陸續展開合作。


潘建安強調,封包追蹤和DPD測試須串連射頻訊號產生器/分析儀、電源供應器、任意波形產生器、高速數位I/O和示波器等多元儀器,並嚴格要求同步誤差低於100微微秒(ps),將為傳統以單機儀器為主的量測方案帶來嚴峻考驗;此將刺激晶片商和系統廠擴大改搭PXI模組化設備,以縮減設備占位空間、投資成本,並透過PXI通訊協定達成各個儀器模組間的精準同步,提供可靠的測試結果。

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