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射频功放PA散热不好会导致什么？

射频学堂

1年前浏览363

文章从散热的角度，详细叙述了射频功率放大器PA管子下面的铺地影响，从而阐述散热不好会引发的一系列问题。正文如下：

以Thermal的角度来分析，当你下层有地的时候，PA散发的热，可以透过GND Via导到下层地，先把热散掉一部分，其余再散到Main GND。

如果下方不铺地的话，就成了这样：

我们知道，电阻与导线的长度成正比，导线越长，电阻越大，发热就越大

而我们又知道

Layer 1 => Main GND的GND Via长度肯定是比

Layer 1 => Layer 2的GND Via长度还要来的长

这意味着，如果你光靠Main GND来散热，那么GND Via的电阻会变大，(因为长度较长) 电阻越大，热就越不易传递。换言之，当你下层有铺地，热可以轻易透过GND Via传导过去(因为距离短电阻小)。但下层不铺地，那么热就不易透过GND Via传导过去(因为距离长电阻大)。此时散热效果就大打折扣，最糟情况是热都传不过去Main GND，全都聚集在PA下方

当PA散热不好时，又会发生什么呢？增益Gain 下降，相应的输出功率就变小。

温度越高，PA的线性度就越差，这样就导致发射信号变差。

如果是GSM/WCDMA/LTE这种对输出功率要求很严格的，可能须做温度补偿，使高温的输出功率，跟常温一样。一但这样，那情况更糟，因为这意味着，你要打更大的DAC / RGI，来达到Target Power，意即收发器的输出功率会变大，如下图：

而由下图可知，PA的input，其实就是DA的Output:

所以让DA的输出功率变大，意味着DA的线性度变差。换言之，可能此时PA input的ACLR, EVM就已经不好了，再经过PA这个最大的非线性贡献者，只会更加劣化。再加上高温使PA线性度变差，TX性能的劣化，就更雪上加霜

温度升高，热噪声变大，接收RX的灵敏度就会变差。

当然，GSM是分时多工，Tx跟RX不会同时运作，问题是，有可能RX运作，TX Off时，PCB温度，瞬间从高温降到常温吗? 当然不可能啊，即便TX Off，但PA所导致的PCB温度升高，会使RX灵敏度劣化。

四来是XO会因高温频偏，那么就容易有Frequency error了。

第五是倘若双工器又离PA特近，那主频功率会大幅衰减。因为Duplexer的频率响应，是会随温度而有所变动，如果离PA过近，散热又不好，一旦高温使其频率响应有所偏移，那么很可能主频的功率，会大幅衰减。

尤其是像FBAR这种Outband砍比较深的，更会有这种现象

第六就是VCO的Phase Noise会因高温变大，如下图 :

而由下图可知，Phase Noise大，会提升讯号的Noise Floor，意即信噪比会下降。

而信噪比又与EVM成反比，如下式[6] :

意即信噪比的下降，会导致EVM的劣化。

参考文献[1] WCDMA零中频发射机(TX)之调校指南与原理剖析, 百度文库[2] GSM射频接收机灵敏度之解析与研究, 百度文库
[3] 晶体振荡器(XO)与压控温补振荡器(VCTCXO)之比较, 百度文库
[4] TCXO, Temperature Compensated Crystal Oscillator
[5] 双工器(Duplexer)之Layout注意事项, 百度文库
[6] WCDMA之零中频接收机原理剖析大全, 百度文库
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来源：射频学堂