射频工程师应该掌握的“猜”的技能

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