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标题: 手机PA与PCB板的热设计理论分析及应用 [打印本页]

作者: Edelweiss 时间: 2011-5-1 09:38
标题: 手机PA与PCB板的热设计理论分析及应用

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手机PA与PCB板的热设计理论分析及应用（PASSIONRFSOS）

【摘要】手机的PA 是对于整个发射电路来说非常重要，不仅仅因为它对发射指标,发射性能影响很大而且PA电流消耗占手机总电流的近60%以上,由于它本身的效率低,绝大多数能量都要以热能的方式消耗掉,从而PA也是手机发热的主要源头之一. PA应用无论是对发射性能的改善,整机电流消耗提高通话时间,还是由于PA 散热问题而关联到的PCB板及整机的热设计都有着很大的影响. 本文主要描述从热量传递的方面,通过热设计的一些基本理论和方法,对PCB板及手机的热设计提出分析与改善建议

【关键词】手机PCB热设计
随着手机,PDA等手持设备的普遍, 体积空间越来越来小, 电子器件的密度越来越高, 同时也就对于热设计的要求越来越高, 电子设备在工作期间所消耗的电能，除了有用功外，大部分转化成热量散发。
电子设备产生的热量，使内部温度迅速上升，如果不及时将该热量散发，设备会继续升温，器件就会因过热失效，电子设备的可靠性将下降。
由于CDMA 信号相对GSM信号来言对线形要求比较高，故多采用CLASS AB 型的功放，效率比较低，大功率下的理论效率最高不过40%远低于GSM功放的55% ，那也就是说对于CDMA PA 大于60% 的功率将以热能的形式消耗掉，
例如1.9G CX 77140 对于我们目前校准要求PA 的实际有效输出功率是27的dBm，约501mW , 而总体消耗功率为正常PA工作电压3.6V与消耗电流约450mA , 3.6*0.45=1.62W, PA 此时的效率约为0.501/1.62*100%=31% ，而以热的形式消耗的能量就高达 70% 1.1W, 这些热量如果不能及时迅速的散出去，就会很快提高PCB板的温度，产生手机严重的发热问题。更重要的是导致电子元器件的可靠性因温度升高而失效，也即系统可靠性大大降低。因此,对电子设备而言,即使是降低1℃,也将使其设备的失
效率降低一个可观的量值。例如,统计数据表明,民航的电子设备每降低1℃,其失效率将下降4%,可见温升的控制(热设计)是十分重要的问题。
目前国产手机都有长时间通话后发热比较大问题的, 热设计不仅仅是PCB 布局与电子器件发热的问题,还包括前期的ID设计, 结构的设计,这是一个整体的设计,要不然等手机出现了发热过大的问题后再希望通过其它补救措施来改进的话,会是非常难的,而且效果也不明显, 原来有个例子，是直板机设计,设计初期没考虑到热设计因素, 屏幕比较薄, 离PCB近, 而且PCB布局时屏幕的正下方的PCB板上就是整个手机里发热量最大占整机消耗电流近一半的PA, 在大功率通话几分钟后,PA温度就可达到60度, 这样热
量会通过PCB, LCD 迅速传递到屏幕上,而屏幕的位置正是贴近耳朵脸颊的位置,对温度升高比较敏感,当通话二十几分钟后, 屏幕的温度让人感觉非常不舒适. 所以从这个案例中我们看到,热设计的重要性。

1.1热设计的理论基础
现在的热设计主要遇到的挑战有更小体积便携产品的流行，封闭的结构没有流动的空气，功率消耗器件封装变小，没有传统的Heat Sinks. 所以现在的热设计主要的就是如何在去掉传统的Heat Sinks.后如何高效的进行PCB设计来解决只有较小封装，较小POWER PAD大功耗IC的散热问题以及影响整机温度的问题。
热传递主要分为，热传导，热对流，热辐射。
热传导：主要是热量通过材质间的直接传导传递。对于手机PCB，主要是PA等发热量比较大的器件通过PCB 横向或纵向直接传导热量。
热对流：热量从表面到静止或流动的空气传递。但由于手机PCB上，对PA PM 等器件都有屏蔽罩，罩的空气基本处于静止状态，所以对与手机PCB板来说，多为静止方式的热对流。
热辐射：热量通过表面向空间传递到另一个物体上，对于手机这种方式比较少。
对于温度传导我们首先要提出一个概念就是热阻，热量在不同介质材料中传导时也会有阻力一样的现象。对于PCB板如图2.4 我们可以建立一个简单的用热阻概念建立的模型以便以我们的分析。

作者: ANSYS 时间: 2011-5-1 09:38

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