一種卡類(lèi)終端的PCB熱設計方法

概述

　　隨著(zhù)3G/4G網(wǎng)絡(luò )的部署和在用戶(hù)終端上集成的功能應用越來(lái)越多，雖然終端平臺廠(chǎng)家利用更高的工藝和算法來(lái)降低功耗，但是終端平臺的功耗卻一直呈現上升的趨勢。我們做過(guò)的幾款終端產(chǎn)品功耗甚至已經(jīng)接近了4W，隨著(zhù)功耗的增加除了部分能量輻射到空中后，大部分的能量以熱的形式散發(fā)出去，同時(shí)用戶(hù)終端要求外形是越來(lái)小巧，與市面上的U盤(pán)的體積已經(jīng)非常的接近，在這么小體積內要耗散這么大的功耗，結構件的表面溫度是非常高的，已經(jīng)嚴重影響了用戶(hù)的體驗甚至影響到了系統的穩定性，因此在設計的時(shí)候，終端產(chǎn)品的PCB布局是非常重要的?？梢哉f(shuō)，一個(gè)良好的熱布局意味著(zhù)良好的系統性能和用戶(hù)體驗，也是產(chǎn)品能否通過(guò)歐美高端運營(yíng)商測試的非常重要的因素。

　　目前已經(jīng)可以見(jiàn)到很多常規的PCB布局方法，比如說(shuō)：熱點(diǎn)分散;發(fā)熱器件的位置要合理;高熱耗散器件在與基板連接時(shí)應盡能減少它們之間的熱阻;在每一層要多打孔。對PCB的熱設計也由此顯得很重要，因為塔決定著(zhù)PCB布局的好壞。本文介紹了一種根據熱源器件的功耗分析進(jìn)行PCB熱設計的方法，該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，在多個(gè)項目中都得到了使用，其效果良好。這種方法進(jìn)行PCB的熱設計分如下4步進(jìn)行。

　　第一步：估算發(fā)熱器件的功耗。

　　第二步：根據發(fā)熱器件的功耗計算發(fā)熱器件周?chē)啻蠓秶鷥炔荒苡衅渌l(fā)熱器件。

　　第三步：根據發(fā)熱器件的功耗計算發(fā)熱器件的實(shí)際工作結溫以及相對環(huán)境的溫升有多大。

　　第四步：根據第二步和第三步的數據進(jìn)行PCB的熱設計。

　　市場(chǎng)上卡類(lèi)終端的功耗現狀和面臨的挑戰

　　隨著(zhù)LTE無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的部署，下行的數據速率已經(jīng)達到并超過(guò)了1Gbps，要處理這么高的數據速率，數據終端必需要很高的數據處理能力，同時(shí)必然帶來(lái)功耗的增加。而我們正在研發(fā)的幾款產(chǎn)品均出現了熱的問(wèn)題，有幾款樣機在大速率數據傳輸時(shí)甚至在幾分鐘內就出現系統崩潰的現象，而這些問(wèn)題的根源就是發(fā)熱，熱設計已經(jīng)成為了卡類(lèi)終端的一個(gè)挑戰。蘋(píng)果公司iPAD產(chǎn)品的一個(gè)實(shí)例，大量用戶(hù)反饋其產(chǎn)品在較高環(huán)境下出現問(wèn)題，這從側面反映了熱設計對于終端產(chǎn)品的重要性。功耗熱已經(jīng)成為了工程師在產(chǎn)品設計的初期需要認真考慮的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

　　終端平臺的熱源器件主要有基帶芯片、射頻芯片、功放、電源管理芯片等，這些器件的功耗有的可以從廠(chǎng)商給的datasheet中查到，有的查不到，對于從datasheet中查不到功耗數據的熱源器件，需要根據經(jīng)驗或同類(lèi)項目的測試數據進(jìn)行估算，還可以直接向平臺提供商索取相關(guān)數據。表1為某項目主要熱功耗器件的功耗評估結果。

　　從表1的數據中我們可以看到一款數據卡的功耗已經(jīng)接近了4W，要想在U盤(pán)大小的結構件內耗散這么大的熱量，PCB的熱設計可以說(shuō)已經(jīng)成了產(chǎn)品能否可靠工作的一個(gè)至關(guān)重要的設計考量。

　　從表1的數據中我們可以看到一款數據卡的功耗已經(jīng)接近了4W，要想在U盤(pán)大小的結構件內耗散這么大的熱量，PCB的熱設計可以說(shuō)已經(jīng)成了產(chǎn)品能否可靠工作的一個(gè)至關(guān)重要的設計考量。