CN104332468B

CN104332468B - 一种用于射频电路的静电保护电路

Info

Publication number: CN104332468B
Application number: CN201410524588.0A
Authority: CN
Inventors: 黄朋; 简义全; 牛大胜
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: CETC 41 Institute
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2034-10-08
Also published as: CN104332468A

Abstract

本发明公开了一种用于射频电路的静电保护电路，包括第一静电保护单元、第二静电保护单元和第三静电保护单元；第一静电保护单元包括一个第一静电放电抑制器件和一个第二静电放电抑制器件；第二静电保护单元包括一个第三静电放电抑制器件；第三静电保护单元包括一个第四静电放电抑制器件。针对静电释放能量的高电压特点，当静电放电发生时，静电释放的高电压能量使各个静电放电抑制器件依次导通，逐级将该能量短接到地，从而减少进入后端射频电路的能量，达到对射频电路的保护效果。另外，本发明述及的静电保护电路对静电的抑制能力，主要是针对静电放电的高瞬态电压的特点设计实现，而非静电放电的频率特性，能够满足宽带射频电路的保护需求。

Description

一种用于射频电路的静电保护电路

技术领域

本发明涉及一种用于射频电路的静电保护电路。

背景技术

静电放电是导致器件损坏和电路失效的重要原因。由于射频电路工作频率高，静电放电敏感性高，对保护电路有更高的要求。静电防护的基本思路是：静电放电时，保护电路能够隔离或者吸收静电瞬间释放的巨大能量，从而避免后端的射频电路由于该能量的注入导致的损毁。由于静电放电具有能量频率范围较低、放电瞬间电压值高的特点，而正常的射频信号的频率范围高、幅度低，因此，可以针对静电放电的特点设计静电保护电路，使之具有对频率或者电压值的选择性，能够选择性的对低频率或者高电压的信号实现隔离或者吸收。

现有的射频保护技术，主要包括滤波器技术和开短路线技术。这两项技术都是针对静电放电的低频特性，通过设计具有较高截止点的滤波器或者较高工作频率的开短路线，使正常的射频信号在通带范围内，而低频的静电放电能量在截止带内，电路对其起到隔离作用，并通过电路内到地的电感或者微带线将该能量引入地层，从而起到保护作用。

然而这两项技术存在工作带宽过窄的问题，不能适用宽带射频电路的静电保护要求，这也导致上述技术需要针对具体射频电路工作频率单独设计，通用性差，设计难度较大。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种用于射频电路的静电保护电路，能够适应宽带射频电路的静电保护要求，通用性强。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于射频电路的静电保护电路，包括第一静电保护单元、第二静电保护单元和第三静电保护单元；

第一静电保护单元位于静电保护电路的前端；

第一静电保护单元包括一个第一静电放电抑制器件和一个第二静电放电抑制器件，第一静电放电抑制器件和第二静电放电抑制器件采用并联连接，且第一静电放电抑制器件的一端接入静电保护电路中，第一静电放电抑制器件的另一端接地，第二静电放电抑制器件的一端接入静电保护电路中，第二静电放电抑制器件的另一端接地；

第二静电保护单元位于第一静电保护单元后方；

第二静电保护单元包括一个第三静电放电抑制器件，第三静电放电抑制器件的一端接入静电保护电路中，第三静电放电抑制器件的另一端接地；

第三静电保护单元位于第二静电保护单元后方；

第三静电保护单元包括一个第四静电放电抑制器件，第四静电放电抑制器件的一端接入静电保护电路中，第四静电放电抑制器件的另一端接地。

进一步，第一静电放电抑制器件、第二静电放电抑制器件、第三静电放电抑制器件和第四静电放电抑制器件，采用TVS二极管、或聚合物ESD器件。

进一步，定义静电保护电路的设计耐受电压为最大静电放电电压，则第一静电放电抑制器件和第二静电放电抑制器件的最大保护电平、最大静电放电电压、第一静电放电抑制器件和第二静电放电抑制器件的峰值电平、第三静电放电抑制器件的触发电平、以及第四静电放电抑制器件的触发电平，存在如下大小关系，即：

第一静电放电抑制器件和第二静电放电抑制器件的最大保护电平>最大静电放电电压；

第一静电放电抑制器件和第二静电放电抑制器件的峰值电平>第三静电放电抑制器件的触发电平>第四静电放电抑制器件的触发电平。

进一步，第一静电保护单元还包括一个第一静电电流分流器件；

第一静电电流分流器件位于第一静电放电抑制器件和第二静电放电抑制器件后方，且与第一静电放电抑制器件、第二静电放电抑制器件采用并联连接，第一静电电流分流器件的一端接入静电保护电路中，第一静电电流分流器件的另一端接地。

进一步，所述第一静电电流分流器件采用量级在100kΩ的电阻。

进一步，第二静电保护单元与第三静电保护单元之间设置一个隔直器件，隔直器件的两端均接入静电保护电路中。

进一步，所述隔直器件采用量级在1000pF的电容。

进一步，第三静电保护单元还包括一个第二静电电流分流器件；

第二静电电流分流器件位于第四静电放电抑制器件前方，且第二静电电流分流器件的一端接入静电保护电路中，第二静电电流分流器件的另一端接地。

进一步，所述第二静电电流分流器件采用量级在10kΩ的电阻。

本发明具有如下优点：

本发明通过由多个静电放电抑制器件、及电阻、电容等分立器件构成的静电保护电路，能够有效抑制静电释放能量，降低静电放电的电压及电流，避免损毁射频电路。同时，该静电保护电路对静电的抑制能力主要针对静电放电的高瞬态电压的特点设计实现，而非静电放电的频率特性，能够满足宽带射频电路的保护需求。另外，本发明不需要针对具体射频电路的工作频率范围而特别设计，有效降低设计难度，且具有高通用性的优点。

附图说明

图1为本发明中用于射频电路的静电保护电路的结构示意图；

其中，1-第一静电保护单元，2-第二静电保护单元，3-第三静电保护单元，4-第一静电放电抑制器件，5-第二静电放电抑制器件，6-第三静电放电抑制器件，7-第四静电放电抑制器件，8-电阻，9-电容，10-电阻。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

结合图1所示，一种用于射频电路的静电保护电路，包括第一静电保护单元1、第二静电保护单元2和第三静电保护单元3。

第一静电保护单元1位于静电保护电路的最前端。

第一静电保护单元1，包括一个第一静电放电抑制器件4和一个第二静电放电抑制器件5，第一静电放电抑制器件4和第二静电放电抑制器件5采用并联连接，且第一静电放电抑制器件4的一端接入静电保护电路中，第一静电放电抑制器件4的另一端接地，第二静电放电抑制器件5的一端接入静电保护电路中，第二静电放电抑制器件5的另一端接地。

高电压的静电释放能量(IEC61000-4-2中4级接触放电标准为±8kV)通过第一静电保护单元1后，最高电压降为静电放电抑制器件的峰值电平，第一静电保护单元1采用两片静电放电抑制器件并联到地的形式，能够最大限度的将静电释放能量短接到地。对于第一静电放电抑制器件4和第二静电放电抑制器件5的选择，需保证第一静电放电抑制器件4和第二静电放电抑制器件5的最大保护电平达到射频保护电路的静电防护要求，即该最大保护电平应高于该静电保护电路的设计耐受最大静电放电电压。

第二静电保护单元2，位于第一静电保护单元1后方。

第二静电保护单元2，包括一个第三静电放电抑制器件6，第三静电放电抑制器件6的一端接入静电保护电路中，第三静电放电抑制器件6的另一端接地。

为保证经过第一静电放电抑制器件4和第二静电放电抑制器件5抑制后的静电释放能量仍能使第三静电放电抑制器件6导通，设计中需要保证第三静电放电抑制器件6的触发电平低于第一静电放电抑制器件4和第二静电放电抑制器件5的峰值电平。经过第三静电放电抑制器件6后，静电释放能量进一步被抑制，最高电平进一步降低。按照IEC61000-4-2中4级标准接触放电标准进行测试时，该处的最大电平通常能够降到100V以下。

第三静电保护单元3，位于第二静电保护单元2后方。

第三静电保护单元3，包括一个第四静电放电抑制器件7，第四静电放电抑制器件7的一端接入静电保护电路中，第四静电放电抑制器件7的另一端接地。

第四静电放电抑制器件7，为射频电路提供最后一级的保护。由于静电释放能量进入第四静电放电抑制器件7时已经得到了极大的抑制，为保证第四静电放电抑制器件7能够起到作用，设计中需尽量选择触发电平低的静电抑制器件。

具体的，第一静电放电抑制器件4和第二静电放电抑制器件5的峰值电平、第三静电放电抑制器件6的触发电平、以及第四静电放电抑制器件7的触发电平，存在如下大小关系：

第一静电放电抑制器件4和第二静电放电抑制器件5的峰值电平>第三静电放电抑制器件6的触发电平>第四静电放电抑制器件7的触发电平。

第一静电放电抑制器件4、第二静电放电抑制器件5、第三静电放电抑制器件6和第四静电放电抑制器件7以旁路的形式连入射频电路，理想情况下其对正常射频信号为截止状态。但由于静电抑制器件存在寄生电容，实际电路中静电抑制器件会对正常射频信号产生影响，引入插损。因此需要选择寄生电容尽量低的静电抑制器件。

第一静电放电抑制器件4、第二静电放电抑制器件5、第三静电放电抑制器件6和第四静电放电抑制器件7，根据实现结构可以分为TVS二极管和聚合物ESD器件两类。

针对静电释放能量的高电压特点，当静电放电发生时，静电释放的高电压能量使静电放电抑制器件依次导通，逐级将该能量短接到地，从而减少进入后端射频电路的能量，达到对射频电路的保护效果。静电放电抑制器件的静电保护效果通过其最大保护电平、峰值电平、钳位电平、触发电平等指标表征。

由于静电放电抑制器件保护能力的限制，单一的静电放电抑制器件并不能对射频电路提供有效的保护。本发明采用多个静电放电抑制器件，以提高静电保护能力。

静电放电瞬间释放的能量除高电压外，还具有很高的瞬时电流。在IEC61000-4-2中4级接触放电标准规定第一个峰值电流为30A。为了提高静电保护电路的保护效果，除限制静电放电释放能量的电压外，还需要降低该能量的电流值。

第一静电保护单元1，还包括一个第一静电电流分流器件，例如电阻8。

电阻8，位于第一静电放电抑制器件4和第二静电放电抑制器件5后方，且与第一静电放电抑制器件4、第二静电放电抑制器件5采用并联连接，电阻8的一端接入静电保护电路中，电阻8的另一端接地。

在静电放电瞬间，部分静电释放的能量通过电阻8短接到地，从而分流部分电流，降低该能量的电流值。更小的电阻值能够分流更多的电流，提高对静电的抑制能力，但由于电阻8以旁路的形式连入射频线路，为避免电阻8对正常射频信号的影响，该电阻的取值不能太小。在设计中，电阻8可选用量级在100kΩ的电阻。

第二静电保护单元2与第三静电保护单元3之间设置一个隔直器件，例如电容9。电容9的两个端部均接入静电保护电路中。

电容9，对于低频率的静电释放能量阻抗大，对于正常射频信号阻抗小，对静电释放能量具有抑制作用。为了避免对正常射频信号的低端产生影响，引入较大的插损，电容9需要根据工作频率范围选取，一般选取1000pF量级的电容。

此外，第三静电保护单元3，还包括一个第二静电电流分流器，例如电阻10。

电阻10位于第四静电放电抑制器件7前方，且电阻10的一端接入静电保护电路中，电阻10的另一端接地。

电阻10位于第四静电放电抑制器件7前方，且与第四静电放电抑制器件7并联，能够旁路静电释放的能量，降低电流值。由于经过前两级静电防护单元的抑制作用，该处静电释放能量的最大电压已经降到100V量级。为保证电阻10能够起到足够的分流作用，电阻10应选用量级在10kΩ的电阻。

本发明通过上述电阻与各个静电放电抑制器件的并联使用，能够降低静电释放能量的电流值，提高对静电释放能量的抑制效果。此外，本发明提出的静电保护电路，能够实现DC～9GHz射频电路的静电防护，具有很强的通用性。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims

1.一种用于射频电路的静电保护电路，其特征在于，包括第一静电保护单元、第二静电保护单元和第三静电保护单元；

第一静电保护单元位于静电保护电路的前端；

第二静电保护单元位于第一静电保护单元后方；

第三静电保护单元位于第二静电保护单元后方；

第三静电保护单元包括一个第四静电放电抑制器件，第四静电放电抑制器件的一端接入静电保护电路中，第四静电放电抑制器件的另一端接地；

定义静电保护电路的设计耐受电压为最大静电放电电压，则第一静电放电抑制器件和第二静电放电抑制器件的最大保护电平、最大静电放电电压、第一静电放电抑制器件和第二静电放电抑制器件的峰值电平、第三静电放电抑制器件的触发电平、以及第四静电放电抑制器件的触发电平，存在如下大小关系，即：

2.根据权利要求1所述的一种用于射频电路的静电保护电路，其特征在于，第一静电放电抑制器件、第二静电放电抑制器件、第三静电放电抑制器件和第四静电放电抑制器件，采用TVS二极管、或聚合物ESD器件。

3.根据权利要求1所述的一种用于射频电路的静电保护电路，其特征在于，第一静电保护单元还包括一个第一静电电流分流器件；

4.根据权利要求3所述的一种用于射频电路的静电保护电路，其特征在于，所述第一静电电流分流器件采用量级在100kΩ的电阻。

5.根据权利要求1所述的一种用于射频电路的静电保护电路，其特征在于，第二静电保护单元与第三静电保护单元之间设置一个隔直器件，隔直器件的两端均接入静电保护电路中。

6.根据权利要求5所述的一种用于射频电路的静电保护电路，其特征在于，所述隔直器件采用量级在1000pF的电容。

7.根据权利要求1所述的一种用于射频电路的静电保护电路，其特征在于，第三静电保护单元还包括一个第二静电电流分流器件；

8.根据权利要求7所述的一种用于射频电路的静电保护电路，其特征在于，所述第二静电电流分流器件采用量级在10kΩ的电阻。