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COMM
RADIO FREQUENCY
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- ELETTRONICA OGGI 453 - APRILE 2016
Envelope Tracking:
uno sguardo in profondità
N
ella maggior parte delle applicazioni di amplificatori
RF, l’efficienza ha un notevole impatto sulla pro-
gettazione. In un trasmettitore RF, la maggior parte
della potenza viene utilizzata dagli amplificatori di potenza
(PA): tipicamente, più del 50% della potenza di ingresso
viene dissipata. Pertanto, il miglioramento dell’efficienza
negli amplificatori di potenza RF è un nodo cruciale di
numerose attività di ricerca e l’Envelope Tracking (ET) rap-
presenta un’ottima soluzione. Altre tecniche utilizzate sono il
Crest Factor Reduction (CFR) e Digital Pre-Distortion (DPD).
L’efficienza di un ET è migliorata variando la tensione di ali-
mentazione di un amplificatore in sincronismo con l’invilup-
po del segnale RF. Le caratteristiche fondamentali di uscita
di un amplificatore di potenza RF, quali la potenza, efficienza,
guadagno e fase, dipendono da due ingressi di controllo: po-
tenza di ingresso RF e tensione di alimentazione.
L’efficienza di un amplificatore dipende, inoltre, dalla forma
d’onda e il modo in cui esso opera. Per i sistemi di trasmis-
sione dati utilizzati oggi come UMTS, HSPA e 4G LTE, le forme
d’onda RF che vengono utilizzate incorporano una compo-
nente di ampiezza in aggiunta agli elementi di fase e, quindi,
richiedono un amplificatore lineare. La situazione peggiora
se il picco di rapporto medio è elevato (Fig. 1), ossia la for-
ma d’onda ha livelli di picco superiori rispetto alla media e
l’amplificatore deve essere in grado di accogliere i picchi di
segnale mentre ancora sono in esecuzione a un livello medio
di bassa potenza. Durante i picchi, l’amplificatore richiede la
piena tensione per poter fornire la potenza necessaria senza
incorrere in errori vari, ma durante i periodi con livelli più
bassi non è richiesta questa tensione e una certa potenza
viene dissipata nel dispositivo. L’amplificatore richiede solo
una tensione minore per fornire i livelli più bassi di potenza
e, quindi, lavorando con la tensione più elevata per tutto il
tempo, vi è uno spreco inutile di energia. Envelope Tracking
è una tecnica che richiede una tensione di alimentazione
dello stadio finale PA modulata dinamicamente con l’invilup-
po del segnale in ingresso. In questo caso il PA può operare,
in ogni momento, più vicino al livello di picco e migliorare
drasticamente l’efficienza del sistema, riducendo la quantità
di energia dissipata sotto forma di calore (Fig. 2). QFE1100
di Qualcomm è stato il primo sistema ET per un dispositivo
mobile 4G (Samsung Galaxy 3); con l’avvento del quale si
sono aperte molte strade verso altre generazioni di sistemi a
inseguimento per dispositivi mobili.
Schema a blocchi del sistema tradizionale
Uno schema tradizionale di amplificatore RF è visualizzato
in figura 3 ed è composto da un sistema in cui viene crea-
to il segnale modulato e convertito alla frequenza finale. In
Maurizio Di Paolo Emilio
L’Envelope Tracking (ET) descrive un approccio
a Radio Frequenza (RF) per amplificatori
di potenza con l’obiettivo di regolare
continuamente la tensione di alimentazione
applicata, per assicurare il corretto funzionamento
dell’amplificatore alla massima efficienza
richiesta in ogni istante di trasmissione
Fig. 1 - Esempio di segnale con picchi di elevata energia