對于無線接入點或客戶端設備（CPE），在FCC認證之前，很難充分考慮熱管理及其影響的參數。為了避免由于干擾，共存或射頻前端（RFFE）線性造成的最后時刻變化的麻煩，必須要使用組件的熱參數進行設計。這篇博文解釋了Wi-Fi前端設計面臨的最大的挑戰--熱量。

提高智能家居的負載力

目前的家庭平均有12個客戶端或物聯網（IoT）產品互相通信，但這些數字在未來幾年會增加。 英特爾認為，到2020年，家庭用戶數量將增加到50家，而Gartner 預測到2020年全球將有204億用戶使用互聯網。

在當今的無線家庭中，通信運營商和零售商通常提供一個大型無線路由器，使用原始功率來實現整個家庭的覆蓋。但隨著家用設備和物聯網的急劇增長，智能家庭正在推動單路由器模式的功能。

因此，新的應用程序模型正在不斷發展。消費者發現將更多的路由器或節點放置在家中有助于為家庭路由器/調制解調器提供更多的客戶端和數據回程服務。這種新的網狀網絡模型通過企業級系統使用已經存在于辦公總部，醫院和大學校園中的一些技術來確保整個家庭的無線能力。

物聯網挑戰

毫無疑問，由于這種網狀網絡模型以及設備集成了更多的標準和功能，因此接入點內的射頻復雜性增加。

物聯網帶來了幾個挑戰：

無線廣播需求的增加。今天的接入點不僅僅包含Wi-Fi，還支持Zigbee，藍牙，低功耗藍牙（BLE），Thread和 窄帶物聯網（NB-IoT）。運營商也正在設法找到以前無法訪問的家庭。運營商支持的 LTE-M（LTE的機器對機器版本）就是進入一些Wi-Fi網關的一個例子。

每個家庭內的用戶更多。家不再只有一個或兩個電腦和幾個電話。今天，幾臺電腦，電視，智能手機，可穿戴設備，安全網絡，無線設備等都連接到Wi-Fi和互聯網。

額外的Wi-Fi頻段。單位不再有一個2.4 GHz頻段和一個5 GHz頻段?，F在有八個獨立的2.4 GHz和八個5 GHz的路徑。這種改變使得我們在 Wi-Fi接入點或節點內具有MIMO（多輸入/多輸出）和多用戶MIMO（MU-MIMO）路徑。

縮小尺寸和擴展功能。Wi-Fi制造商正在將Wi-Fi設備變得更小，更時尚，更具裝飾性，而且不那么突出。他們還全天候地制造一些部件或增加多功能性，例如夜光能力。

運行發熱

Wi-Fi前端設計中的所有這些變化增加了RF鏈的數量，從而有助于接入點內的整體熱量。這種單位溫度的增加也增加了射頻調諧挑戰，特別是當盒子的尺寸相同或更小時。

在Wi-Fi領域，工程師需要解決的最關鍵的設計挑戰之一就是產品溫度。在當今的產品中，組件的平均溫度在60°C或更高，而在25°C的室溫環境中。在設計的早期考慮這個事實很重要，以幫助最大限度地減少重新設計問題或額外成本。

熱量是如何挑戰射頻前端提供的能力和范圍的

溫度影響三個RFFE組件：

功率放大器

射頻開關和低噪聲放大器（LNA）

濾波器

讓我們來看看每個類別的熱量挑戰和Wi-Fi設計考慮事項。

在Wi-Fi領域，工程師需要解決的最關鍵的設計挑戰之一就是產品溫度。

＃1：功放因素如何？

工程師經常在每個射頻鏈路的線性，功率輸出和效率之間取得平衡。使用優化的高線性功率放大器或前端模塊（FEM）可以優化系統效率，減少整體發熱量。這也解決了處理效率低下的問題。

射頻工程師還應該考慮幾個影響功率放大器的Wi-Fi設計趨勢：

使用時分雙工（TDD）。Wi-Fi網絡使用TDD，這意味著功率放大器在工作期間脈沖開啟和關閉 - 交替傳輸和接收功能。這增加了PA瞬變，這是高溫的原因。

更難的誤差矢量幅度（EVM）規范。EVM是調制質量和誤差性能的度量。在802.11ac中，EVM規格為-35dB，但在 Wi-Fi的下一個標準802.11ax中，該規格增加到-47dB，這對于Wi-Fi組件設計者來說更難以滿足。設計工程師必須設計高度線性的FEM來優化EVM，最終有助于降低產品的整體溫度。

更高的調制方案。為了實現更高的容量和數據速率，Wi-Fi設計正在從256 QAM轉向1024 QAM調制方案。采用1024 QAM調制時，每個信號有更多的比特 - 每個信號10比特，而在256 QAM中只有8比特。但是，隨著數據速率的增加，RFFE上的EVM成為主要關注點。在1024 QAM中星座非常密集，處理器必須使用復雜的系統解碼來區分每個點。當處理器工作更加困難時，單元設備的熱量會增加。

RFFE性能如何影響系統處理器的總體電流消耗。較差的射頻前端性能意味著處理器將不得不更努力地滿足整個系統的要求。使用處理器會增加系統硬件的熱量。

＃2：射頻開關和低噪聲放大器（LNA）如何？

在開關中，插入損耗也會產生過多的熱量。當插入損耗增加并且信號強度降低時，功率放大器更難以補償并推動更高的輸出，這降低了效率。而效率越低意味著設備的熱量越多。使用高線性度，低損耗開關保證整個頻帶內的插入損耗在規格范圍內。

接收吞吐量高度依賴于LNA增益和噪聲系數。盡管LNA對發熱沒有顯著的貢獻，但LNA上的熱量的影響可能會嚴重影響吞吐量。熱量降低了噪聲系數，并且取決于電路設計和晶圓技術的選擇，對此的補償可以使設計人員得到特定的解決方案。

＃3：最后，濾波器

射頻濾波器由于溫度變化而向左或向右漂移，如下面的SAW和BAW圖所示。這些移位可能會導致帶邊緣的高插入損耗，從而可能導致RFFE 的低增益或P OUT響應。如果濾波器漂移太多（如SAW圖所示），那么PA會推動更多的功率輸出來補償插入損耗。這增加了電流并降低了系統效率。

使用高插入損耗的濾波器可以降低線性度并增加射頻鏈路P OUT。Qorvo LowDrift？體聲波（BAW）濾波器的一大優勢是其在溫度漂移方面的穩定性。雙工器，帶通濾波器和共存濾波器采用BAW技術，具有較低的溫度漂移，有助于減少插入損耗，并導致良好的產品散熱。

功耗的設計考慮：Qorvo的方法

熱量會降低整個系統的性能（如吞吐量，范圍和干擾分辨率）。因此，通過選擇減輕熱量的RFFE組件來設計系統非常重要。在傳輸鏈中，重點應該是平衡鏈路預算需求，如系統線性功率。

隨著設備從802.11ac遷移到802.11ax的能力，產品制造商必須專注于使用更高效的組件。Qorvo挑戰其設計團隊，在不增加功耗的情況下增加線性功率 - 設計具有與前幾代相同功耗的更高吞吐量器件。例如，即將推出的QPF4528是一款802.11ax 5 GHz FEM，可傳輸線性功率，實現-47 dB EVM - 高于當前QPF4538 FEM，即802.11ac 5 GHz FEM，可實現-43 dB EVM，并具有更低的最大功耗。

Qorvo的QPF7200是一個完全集成的前端模塊（iFEM），可以減少重量和設計復雜性，同時降低系統發熱量。QPF7200模塊：

包含一個高效的2 GHz功率放大器，以減少熱量

集成FCC擋邊LowDrift BAW濾波器，能抵抗溫度變化，并提供去除所需RF鏈數量的選項

包括一個LTE Wi-Fi共存過濾器，可以消除LTE設備（如電話或調制解調器）的干擾影響，從而降低吞吐量

考慮FCC認證之前的工作溫度

有了這么多的無線電和射頻鏈，擠在一起，與RF供應商合作非常重要，這可以幫助您同時實現低功耗和線性功耗預算。

盡管許多系統都是在室溫下進行設計和建模的，但問問自己在設備運行時如何在60-70°C（140-158°F）下運行。不要等到FCC認證的時候才能找出來。