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5G行业终端与模组05 - 功耗与散热设计

姚家伟(X Labs) 发表于 2020-02-13 16:19:40 02-13 16:19
姚家伟(X Labs) 发表于 2020-02-13 16:19:40 2020/02/13
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【摘要】 5G行业终端与模组05 - 功耗与散热设计 相对于4G终端设备,5G设备在基带模组功耗上要提升很多,典型的4G模组的功耗在3W,5G模组典型功耗在7W,翻倍了。 功耗的增长不仅只是供电设计难度增大,还给散热、备电、噪声设计等增添了不小的难度。 传统的4G模组热耗较小,很多场景下散热、供电不需要做专门的设计,但是...

5G行业终端与模组05 - 功耗与散热设计

相对于4G终端设备,5G设备在基带模组功耗上要提升很多,典型的4G模组的功耗在3W5G模组典型功耗在7W,翻倍了。



功耗的增长不仅只是供电设计难度增大,还给散热、备电、噪声设计等增添了不小的难度。



传统的4G模组热耗较小,很多场景下散热、供电不需要做专门的设计,但是5G则不然,需要专门考虑。很多小的终端公司没有专门的散热设计团队,也不具备散热仿真和测试优化的能力,面对5G模组的散热方案不知道怎么下手,华为X Labs根据华为无线产品散热开发经验以及和合作伙伴项目中总结如下几个散热设计建议:

1、散热设计建议

(1)MH5000模组需要增加散热器或贴外壳散热。如果空间受限,建议通过结构设计上贴壳散热。

(2)模组与散热器之间需要有界面材料,推荐硅脂(导热系数≥3.3W/m2*K3.3W/m2*K或凝胶(导热系数≥3W/m2*K),散热效果上,硅脂>凝胶>导热垫。使用界面材料的时候,需要在样机首轮结构组装时,打开散热器重点检视界面材料是否接触良好,接触面积至少占到芯片面积70%以上。

(3)PCB 底部Bottom面大面铺铜,降热量分布开。增加PCB的含铜量可以减小电流损耗热阻和提升PCB的导热率,从源头和传播路径上上降低芯片温度。

 

2、温度传感器布局


        温度传感器是在温控设计上最重要的组件,根据温度传感器的上报数值不仅可以了解当前终端的工作状态,也可以根据温度传感器调整整机的业务负载,保障整机的性能可以发挥到最优。温度传感器如何布局呢?是不是直接放在最热的地方就好?显然不是,具体建议如下:

(1)布置在重点芯片周围,能够明显感知芯片温度变化。

比如MH5000芯片、主CPU、电源、电池组等等,也可以考虑直接用芯片自身的传感器最为温控参考。

(2)风冷方案在芯片下游位置。

在使用风冷散热的时候,需要将板载的温度传感器布置在芯片的下游,以确保可以显著感知芯片温度的变化。

(3)自然散热方案布置在芯片上方

在使用自然散热方案的时候,热量都是向上方传递,需要将板载的温度传感器布置在芯片的上方。同时,自然散热方案的终端需要正确安装和使用,比如小的密闭空间或是侧卧时,需要考虑温度规格降额使用。

 

3、温控设计


在散热设计上散热器、硬件设计是整体设计的“肉体”,而温控设计则是“灵魂”,直接关系到客户用的好不好。一个好的温控设计,建议做到如下的几点:

(1)根据芯片或PCB温度逐渐调节风扇转速

有些厂家为了减少设计难度,风扇不做调速处理,直接上电用,这样风扇会一直处于最大转速,一方面影响噪声和客户感受,另一方面也影响风扇的寿命。

(2)高温时根据芯片温度适当业务降额

好的温控设计会根据单板、芯片的温度来调整当前的业务负载,让设备整体的环境温度适应性更强,例如手机等PAD类终端产品的散热设计一般会布置许多个温度传感器,当设备主芯片温度过高时,会降低一些参数如屏幕亮度、分辨率等等,降低整体的热耗,保障设备可以可靠运行。

(3)风扇的1+1备份,考虑寿命周期内免维护

对于使用风扇的产品,需要考虑风扇的失效带来的影响,一般对于行业终端来说,风扇的成本微乎其微,可以考虑风扇1+1备份,整个生命周期内不用更换。

 

 

 

 

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