Seguimiento de sobres

El seguimiento de envolvente ( ET ) describe un enfoque para el diseño de amplificadores de radiofrecuencia (RF) en el que la tensión de alimentación aplicada al amplificador de potencia de RF se ajusta continuamente para garantizar que el amplificador funcione con la máxima eficiencia para la potencia requerida en cada instante de transmisión. ^{[ 1 ]}

Un amplificador de RF convencional diseñado con un voltaje de alimentación fijo funciona de manera más eficiente solo cuando opera en compresión .

Los amplificadores que funcionan con una tensión de alimentación constante se vuelven menos eficientes a medida que aumenta el factor de cresta de la señal, porque el amplificador pasa más tiempo funcionando por debajo de la potencia máxima y, por lo tanto, pasa más tiempo funcionando por debajo de su eficiencia máxima.

La necesidad de una mayor eficiencia surge particularmente a medida que los esquemas de modulación se vuelven más complejos y aumenta su relación de potencia pico a promedio. Los esquemas de modulación más antiguos, basados ​​en la modulación de fase o frecuencia sin información de amplitud en la señal, pueden usar amplificadores que se fuerzan a compresión y ofrecen altos niveles de eficiencia. En 2014, las estaciones base de comunicaciones móviles consumían aproximadamente el 1 % de la electricidad mundial. ^{[ 2 ]}

En cambio, muchos sistemas de comunicación nuevos, desde WiMAX hasta LTE , sí utilizan información de amplitud. El amplificador no puede funcionar en compresión, ya que la información de amplitud se distorsiona. Estos amplificadores solo pueden alcanzar su máxima eficiencia en los picos de la amplitud. El resto del tiempo, la potencia se disipa innecesariamente. ^{[ 3 ]}

Por lo tanto, las señales con una alta relación entre la potencia pico y la potencia promedio implican que se alcanzan bajos niveles de eficiencia, y el exceso de energía se desperdicia, en última instancia, en forma de calor.

El seguimiento de envolvente ajusta el voltaje aplicado a un amplificador de potencia de RF para entregar la potencia necesaria en ese instante. La información de la envolvente se obtiene del módem IQ y se transmite a una fuente de alimentación de seguimiento de envolvente para proporcionar el voltaje requerido. ^{[ 4 ]} Las fuentes de alimentación de seguimiento de envolvente se pueden dividir en dos categorías principales: seguidores continuos y discretos. ^{[ 5 ]} Los seguidores continuos permiten un rendimiento máximo en el amplificador de potencia de RF al mantenerlo continuamente en compresión a medida que varía la envolvente de la señal, pero tienen el inconveniente de utilizar componentes lineales e ineficientes. Los seguidores discretos, como el Power-DAC, ^{[ 5 ]} cuantifican la envolvente en pasos de voltaje discretos que se pueden generar eficientemente con convertidores de conmutación, pero resultan en una menor eficiencia del amplificador de potencia, especialmente para un número bajo de niveles.

En 2013, Qualcomm se convirtió en la primera empresa en lanzar un chip con dicha tecnología, que afirmó ser el primero de la industria para dispositivos móviles 3G y 4G LTE. ^{[ 6 ]} R2 Semiconductor se convirtió en la primera empresa de ET de la industria en lanzar un teléfono con ET en el Samsung Galaxy S5 Mini . ^{[ 7 ]}

A septiembre de 2014, al menos 16 teléfonos empleaban ET, incluidos el Samsung Galaxy Note 3 , el Galaxy S5 Mini , ^{[ 7 ]} el Nexus 5 y el iPhone 6. ^{[ 8 ]} Otros fabricantes de componentes que evaluaban la tecnología incluían R2 Semiconductor, Mediatek , RF Micro Devices , Skyworks , Texas Instruments , Analog Devices , Nujira y Eta Devices. ^{[ 2 ]}

Eta Devices, una empresa derivada del MIT con sede en Cambridge, Massachusetts, está preparando un módulo de estación base y un chip que, según afirma, reduce el consumo de batería y funciona bien en aplicaciones de alto ancho de banda. La compañía asegura que el chip ayuda a disminuir el consumo de electricidad en un 20 % y la generación de calor hasta en un 30 %. El enfoque de Eta aumenta la eficiencia a costa de un mayor ruido de señal. La compañía utiliza procesamiento digital de señales avanzado para solucionar este problema. La estación base de Eta es un poco más pequeña que una caja de zapatos y es el primer transmisor 4G LTE en alcanzar una eficiencia promedio superior al 70 %, en comparación con el típico 45 % al 55 %. ^{[ 2 ]}

• El tutorial de seguimiento de sobres incluye un vídeo y todos los aspectos del seguimiento de sobres.
• Zhancang Wang, "Amplificadores de potencia con seguimiento de envolvente para comunicaciones inalámbricas", Artech House, MA: Boston, 2014.
• R2 Semiconductor Startup trabaja en tecnología de seguimiento de envolvente