搜索什么是RF工程师的基本功（续）【转发】
2017-06-27 by:CAE仿真在线 来源:互联网
多年前曾有一次在国外出差,遇到一群工程师在讨论一个MCM(multi-chip-module)热耗问题,两家供应商的MCM,RF工程师在上头贴了热电偶测温度,测出来的温度差距挺大,完全无法用效率差异来解释。
我瞄了一眼,插了一句:“里面的RF PA是不是有一个是倒装(flip chip)的,另一个不是?”
一群人愣了一下,然后为头的那位老哥很兴奋的说:“I like this theory!”
十年前我在公司里做基站功放,那时候系统部专门招了一位博士来做热仿真,我记得刚开始打交道的时候,她就让我问供应商要他们的热仿真模型,不给的话就要各层材料的热阻和尺寸,然后自己建模做仿真。
其实之前我们估结温都很粗糙,在法兰盘(那时候PA module法兰安装的还是主流)上贴一个热电偶,测完温度拿厂商给的热阻一算拉倒。直到这位博士来了,我们才开始精细的计算热分布。
那时候RF工程师很多也是不懂热设计的,所以一开始闹了很多笑话:
问:“为啥不在芯片上面贴个散热片?(我脑海中忽然出现了Intel P4红泥小火炉)”
答:“瓷封里面是抽真空或者充惰性气体,加上瓷封本身也是热的不良导体,一级一级的串联热阻巨大,上面再贴散热片效果不佳。”
问:“那为啥FPGA上贴着好多?”
答:“FPGA的molding材料导热性相比真空、惰性气体或者陶瓷要好得多。”
问:“为啥非要我把PA竖着摆?我走线都不好走!”
答:“PA竖过来之后,从外面看可以跨三道(散热)齿,横着摆只能跨一道。”
再往后五年,又回到基站行业的时候,已经不是当年的菜鸟了,终于能坐下来跟热工程师一起讨论问题了。
回到最开始的那个问题,为什么我猜那个MCM里面的IC是倒装的?因为倒装芯片会有更多的热耗通过焊球直接向PCB方向扩散(对于通常没有散热片更没有水冷风冷的RF设计来说这是最合理的),相比传统的bonding wire模式(朝向PCB方向)热阻更低、散热效率更高。如果MCM的molding工艺差不多,那么在MCM上表面测到的温度显然不同。
我刚到Nokia的时候,还不怎么懂手机设计,有一次大家在一起讨论刚遇到的一个GSM modulation spectrum问题,大概是说在低温下调制谱在正负100多kHz左右的地方出现了鼓包,而且只有低温下会出现。
我的第一反应是:PA偏置电路自激。
当然,那时候没人理会我这个手机菜鸟的看法。还是按照正常处理流程,一级级查过来,最终还是确认问题在PA上,于是大家把出问题的PA切下来送回厂商分析去了。
过了两个星期,报告回来了:偏置电路上的运放自激。
我得说当时的同事们中间没有谁能比我见过更多的自激案例。做PA的天然就要与自激作斗争——我师傅经常笑话我两天之内烧掉五个管子的“光荣事迹”。
但是一般的PA自激,往往是出现不正常的输出功率甚至烧掉管子,如果要在正负100多kHz的地方造成稳定的频谱再生,这多半是有个100kHz左右的信号混到了PA里面产生了交调。
那么100kHz左右的信号,说明这个器件大概率是个普通模拟器件而不是RF元件,工作带宽或者频率阈值最多也就这么高。这种元件什么最多呢?运放类或者电压比较器,而在PA的偏置和控制电路里是比较常见的。
再加上最重要的一点:低温。低温下器件的增益会变高而稳定性降低,如果这个问题仅仅在低温下可见,那么就有可能是低温下的自激。
某次在工厂里有块板子坏了,工程师怀疑是FEM(front-end module)出了问题,就用万用表去量FEM的输出,果然是对地短路了,他认为是PA被击穿了,然后报告就这么写了出去。
我问了一下电流,他们回答电流偏大一点,但是并没有大的离谱,FEM表面也不是很烫。当时我就觉得那工程师量错了——不是说他测量结果有问题,而是说测量结果根本不说明问题。
有很多FEM在设计的时候,为了ESD的考虑,都会在输出口上放一个对地的电感;这个电感的好处是对射频相当于高阻,但是对静电放电可以成为泄放通路。那么用万用表直接量输出口,肯定会因为这个电感的存在而测量到对地短路。
对于PA来说,最糟糕的情况是发射极到集电极之间或者是源极到漏极之间被打穿,这时候量到的一定是对地短路。然而这种情况下第一是会出现大电流(GSM PA的VCC一般是通过一个MOS管直接接到电池供电上的),第二是PA会明显发烫;如果两者都没有出现,一般不是PA击穿。
这三个例子,有一个共同点:猜。
工程师在很多时候是找不到直接证据的,或者说获取直接证据有可能需要破坏现场。这时候就要靠猜,先猜一个或者几个合理的方向,再继续深入。
对于RF工程师而言,我们的专业领域是很狭窄的,所以在实际工程问题中,光凭RF知识解决问题往往困难重重。所以很多RF工程师都是杂家——沾边的、有关联的甚至是个人感兴趣的都去钻一钻,钻的多了,懂得(不管是皮毛还是深入)多了,猜对的准确率也就水涨船高。
延伸阅读:什么是RF工程师的基本功
作者介绍:
猪头是头猪,80年代人,射频攻城狮,闲时爱好码字儿,喜欢即兴发挥,也擅命题作文。现为FindRF特约专栏作者,自己也经营着一个低产微信公众号“猪头是头猪”(没错,正着念倒着念是一样的),公众号ID:Huey-Dewey-Louie(没错,就是唐老鸭的那三个侄子)
转自微信公众号:射频圈
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