无线通信系统中的基站的制作方法
【专利摘要】本公开提供无线通信系统中的基站。该基站包括具有上侧和底侧的FPGA、具有热侧和冷侧的TEC（热电冷却器）、热垫和防辐射盖。TEC的冷侧与FPGA的上侧热耦合，热垫与TEC的热侧热耦合，并且防辐射盖与热垫热耦合。
【专利说明】无线通信系统中的基站
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及无线通信系统中的基站。更具体地，并且在各种实施例中，本发明涉及冷却基站中的部件。
【背景技术】
[0002]存在基站在高环境温度下工作时的情景，一些部件可由于超出极限的高温而关掉。例如，作为基站的部分，RRU (远程无线电单元)包括一个或多个FPGA (现场可编程门阵列)。RRU的功耗是大约500w或甚至更高。当基站在45°C的环境温度中在自然冷却的情况下工作时，FPGA的温度接近它的极限100°C。因此，基站由于FPGA的失效而无法在55°C下工作。从而，需要使FPGA冷却下来以确保整个基站在高环境温度下工作。
【发明内容】
[0003]目标是避免上文的问题或劣势并且对基站提供改进的技术方案。本发明的一个方面提供无线通信系统中的基站。该基站包括具有上侧和底侧的FPGA、具有热侧和冷侧的TEC (热电冷却器)、热垫和防辐射盖。TEC的冷侧与FPGA的上侧热耦合，热垫与TEC的热侧热耦合，并且防辐射盖与热垫热耦合。
[0004]在一个方面中，TEC被热垫环绕。
[0005]在另一个方面中，热电冷却器的厚度小于热垫的厚度。
[0006]在另一个方面中，基站进一步包括控制模块，其配置成控制TEC的工作状态。
[0007]在另一个方面中，控制模块配置成控制TEC以在FPGA的温度等于或大于第一预定阈值时打开，并且控制热电冷却器以在FPGA的温度低于第二预定阈值时关闭。该第一预定阈值大于该第二预定阈值。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]本发明的前述和其它目标、特征和优势将从实施例的下列更特定描述和附图的说明显而易见。
[0009]图1示出对于基站的部分的示意结构。
[0010]图2是图示与FPGA关联的热传递路径的流程图。
[0011]图3示出根据一个实施例的基站的部分的示意结构。
[0012]图4a示出TEC和热垫在组装之前的设计，并且图4b示出TEC和热垫在组装之后的设计。
[0013]图5不出根据一个实施例对于控制模块的控制策略。
[0014]图6是图示根据一个实施例对于控制模块的控制算法的流程图。
【具体实施方式】
[0015]尽管本发明涵盖各种修改和备选构造，本发明的实施例在图中示出并且将在下文将详细描述。然而，应理解特定描述和图不意在将本发明限制在公开的特定形式。相反，规定要求保护的本发明的范围包括其所有修改和备选构造，它们落入如在附上的权利要求书中表达的本发明的范围内。
[0016]除非在本描述的上下文中定义，否则，本文使用的所有技术和科学术语具有如由本发明所属的领域内技术人员通常所理解的相同的意思。
[0017]如在下列图中示出的布置和过程可以采用软件、硬件、固件或其组合的形式实现。
[0018]参考图1，典型的基站包括至少一个FPGA 105、外壳10UEMC(电磁兼容性)盖102、热垫106、PCB (印刷电路板)103和散热器，其包括散热器底座104和片107。对于FPGA存在两个热传递路径。一个路径是通过热垫和EMC盖到外壳、然后到外部空气，叫作路径A。另一个路径是通过PCB到散热器、然后到外部空气，叫作路径B。更多的细节可以在图2中找到。
[0019]为了降低FPGA的温度，可以使用一些冷却方法，例如增加散热器的片高度、通过改变热垫的材料或大小而提高它的热传递能力。所有这些方法聚焦在使通过路径A或路径B的热阻减小上，并且具有低的效率或以大的体积增加为代价。例如，根据测试，通过增加片高度使温度减小4?5°C，但体积增加大约7%。如果我们希望使FPGA的温度减小10°C，体积应增加超过14%。通过使用改变热垫的方法(尽管体积不明显增加)，温度仅减小1_2°C。
[0020]热电冷却器(TEC)已经在卫星、航天器、数字拍摄装置和CPU中使用来冷却电设备。一些文章聚焦在如何通过提高TEC的热侧中的冷却容量(例如在TEC的热侧中组合微通道和冷板)来增加冷却效率上。这些文章的示例是在2004年Applied Thermal Engineering卷 24:2207 ?2217 中发布的由 Reiyu Chein 和 Guanming Huang 编写的“ThermoelectricCooler Applicat1n in Electronic Cooling(电子冷却中的热电冷却器应用)”,和在2000年第16届IEEE SEM1-THERMTM研讨会I?9中发布的由R.E.Simons和R.C.Chu编写的“Applicat1n of Thermoelectric Cooling to Electronic Equipment: a Review andAnalysis (对于电子设备的热电冷却应用:回顾与分析)”。
[0021]两个专利文献(US 6294721 BI和US 2002/0005216 Al)公开了使用TEC来冷却电信领域的电池系统中的内部空气温度。在具有出版号2005/0041397 Al的US专利申请中，TEC用于使放大器晶体管(其通常具有百瓦幅度的高的热耗散)冷却下来，但专利申请不牵涉FPGA (其通常具有大约10瓦的较低热耗散)的冷却。因为FPGA与放大器晶体管之间或FPGA与电池系统之间不同的特征和位置，如果TEC用于使FPGA冷却下来，需要新的结构设计。
[0022]参考图3，新的结构作为本发明的实施例公开。如在图3中示出的，作为基站的部分，RRU 300包括具有上侧和底侧的FPGA 305、具有热侧和冷侧的TEC 306、热垫307和防辐射盖302。TEC 306的冷侧与FPGA的上侧热耦合，并且TEC 306的热侧与热垫307热耦合。热垫307与防辐射盖302热耦合。防辐射盖的一个示例是EMC盖。当然，存在这样的RRU的一些其它部件或整个基站的部件，其与本发明不太相关并且从而未在图3中示出。应注意在基站中可存在超过一个FPGA，并且从而可使用超过一个TEC。
[0023]由FPGA生成的热通过TEC的冷侧传递到TEC的热侧，然后通过热垫到防辐射盖。通过使用TEC，FPGA的温度大大降低并且从而提高整个基站工作所在的地方的环境温度。FPGA到防辐射盖的热阻小于到散热器的热阻，并且从而在防辐射盖侧中使用TEC (B卩，在FPGA与热垫(其与防辐射盖热耦合)之间使用)来提高热传递的效率是优选的。
[0024]RRU 300可包括外壳301。RRU 300可进一步包括PCB 303，其与散热器热耦合，更具体地与散热器的散热器底座304热耦合。散热器包括散热器片308，其具有许多片来传递热。从而，除从TEC到防辐射盖的热传递路径外，由FPGA生成的热可通过另一个路径从PCB传递到散热器。该结构进一步提高热传递效率。
[0025]在实施例中，如在图3中示出的，TEC被热垫环绕。该设计将使从FPGA到热垫、然后到防辐射盖的热传递路径在TEC不工作或失效的情况下仍保持工作，从而提高可靠性。另外，该设计将确保整个基站的体积未大幅增加。如在图4中示出的，热垫的厚度LI大于TEC的厚度L2是优选的。该设计将使FPGA和热垫在组装后保持紧密接触。
[0026]在实施例中，控制模块(未在图3中示出)可用于控制TEC的工作状态并且从而更准确地控制FPGA的温度不超出极限值。TEC的工作状态包括开机/打开和关机/关闭。在示例中，可以设置两个预定阈值。如在图5中示出的，FPGA的温度的极限值通常是100°C，因此我们可以将第一预定阈值设置为95°C，并且将第二预定阈值设置为90°C。在RRU开始工作后，FPGA的温度将增加。如果FPGA的温度增加到等于或大于第一预定阈值的值，则控制模块将控制TEC打开。如果FPGA的温度低于第二预定阈值，控制模块将控制TEC关闭。控制模块可在PCB中集成，或与TEC组合，或在基站中的任何其它适合的地方。
[0027]对于控制模块的控制过程的一个示例在图6中示出，其中对于TEC的极限值Tlimit是100C, Ti是TEC的当前温度，ATi意指Ti与Tlimit之间的差异。Th意指TEC在最近的时间的温度。AIV1意指TV1与Tlimit之间的差异。
[0028]通过引入控制模块，TEC仅用于使FPGA从高温冷却到第二预定阈值(不是为了制冷)，这意指热仅从高温传递到低温，并且FPGA的温度总是高于防辐射盖的温度。从而，冷却效率大大增加。另外，TEC仅在FPGA的温度增加到第一预定阈值时打开并且然后直到温度减小到第二预定阈值才关闭，并且大部分时间不必工作。从而节省能量。
[0029]应注意前述实施例说明本发明而非限制本发明，替代实施例可由本领域内技术人员在不偏离附上的权利要求的范围的情况下设计。尽管一些实施例在具有MU(主单元)-RRU或BBU(基带单元)-RRU结构的基站下描述，但本发明适用于各种网络中的其它类型的基站，例如WCDMA中的无线电基站、LTE中的eNodeB。本发明还适用于具有与基站相似的功能的设备，例如网络中的中继节点。例如“包括”和“包含”等用词不排除呈现出但未在描述和权利要求中书列出的元件或步骤。还应注意如本文使用并且在附上的权利要求书中，单数形式“一”和“该”可包括复数个参照物，除非上下文另外明确指示。例如，基站包括FPGA、热垫或TEC，这意指基站包括一个或多个FPGA、热垫或TEC。本发明可以凭借包括若干不同元件的硬件或凭借适当编程的计算机来实现。在列出若干方式的单元权利要求中，这些方式之中的若干个可以具体地包含在相同的硬件项中。如第一、第二、第三这样的词的使用不代表任何顺序，其可以简单地解释为名称。
【权利要求】
1.一种无线通信系统中的基站，其包括: 具有上侧和底侧的FPGA ； 具有热侧和冷侧的热电冷却器，所述冷侧与所述FPGA的所述上侧热耦合； 热垫，其与所述热电冷却器的所述热侧热耦合；以及 防辐射盖，其与所述热垫热耦合。
2.如权利要求1所述的基站，其中所述热电冷却器被所述热垫环绕。
3.如权利要求2所述的基站，其中所述热电冷却器的厚度小于所述热垫的厚度。
4.如权利要求1所述的基站，其进一步包括控制模块，所述控制模块配置成控制所述热电冷却器的工作状态。
5.如权利要求4所述的基站，其中所述控制模块配置成控制所述热电冷却器以在所述FPGA的温度等于或大于第一预定阈值时打开，并且在所述FPGA的温度低于第二预定阈值时关闭，所述第一预定阈值大于所述第二预定阈值。
6.如权利要求1所述的基站，其中所述FPGA的底侧与PCB热耦合，并且所述PCB板与散热器热耦合。
【文档编号】H04Q11/00GK104247451SQ201280071175
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年3月5日 优先权日:2012年3月5日
【发明者】刘明艳 申请人:爱立信(中国)通信有限公司