CN105635853B - 一种lte通信产品整机中地系统的设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LTE通信产品整机中地系统的设置方法，包括对整机的地信号进行设定，整机中的背板通过螺钉固定在整机机箱上，在印制电路板上设计成地铜带；背板和其它单板通过定位导针和数字连接器、电源连接器连接在一起，引脚长度的顺序按照从大到小排序为定位导针、数字连接器和电源连接器；将单板的边带分割成不同的段；选择背板上的电源连接器和数字连接器时，电源连接器和数字连接器上的信号引脚长度按照从大到小的顺序是地引脚和其它网络引脚，保证单板在热插拔时，地信号优先于数字信号接触。本发明通过对整机系统中各种不同地的规划结合接地的顺序处理，使整机拥有更加良好的EMC特性。

Description

一种LTE通信产品整机中地系统的设置方法

技术领域

本发明涉及LTE通信设备技术领域，特别涉及LTE通信产品整机中地系统的设置方法，包括整机中单板的热拔插和机箱接地的处理方法。

背景技术

通信行业中的通信设备需要经过相应的安规认证才能在市场上销售。直放站、基站、LTE设备都属于通讯设备，需要执行的安规标准是GB4943(信息技术类)。中国强制性产品认证简称CCC(China Compulsory Certification)认证或3C认证，是一种法定的强制性安全认证制度，也是国际上广泛采用的保护消费者权益，维护消费者人身财产安全的基本做法。3C认证中涉及到的接地电阻和非正常使用环境下的产品测试项目都是安规测试的必须项目，确保了消费者在使用时不会出现触电等危险情况。

传统的通信设备由于硬件设计上对地的处理不够完善，在对整机中的单板进行热拔插时，会出现单板或机壳积累静电，放电电击到操作者的情况发生。不仅产品无法通过安规认证，对实验室的操作人员也会产生一定的危害。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是针对传统的通信设备的不足，提供一种LTE通信产品整机中地系统的设置方法。

本发明的技术方案提供一种LTE通信产品整机中地系统的设置方法，包括以下设置，

首先，对整机的地信号进行设定，包括在原理图中，设定模拟电路为接模拟地，数字电路为接数字地，整机的电源电路为接电源地，单板上的螺钉孔通过螺钉固定到机箱上，整机机箱上有接地线连接到大地信号；在印制电路板中，模拟地、数字地和电源地各自集中在一个区域，相互之间存在间隔，然后在远端通过0欧姆电阻分别连接到大地上；

整机中的背板通过螺钉固定在整机机箱上，在印制电路板上设计成地铜带；背板和其它单板通过定位导针和数字连接器、电源连接器连接在一起；考虑到单板插入到整机时不同地的接触顺序，选择的连接器的引脚长度的顺序按照从大到小排序为定位导针、数字连接器和电源连接器；

整机中的单板导轨，通过螺钉固定在机箱上；在单板插入到导轨上时，单板的两侧板边铜带和导轨接触，为防止前面板、两侧导轨和背板连接器的PGND网络形成一个网络地环路。将单板的边带分割成不同的段；

选择背板上的电源连接器和数字连接器时，电源连接器和数字连接器上的信号引脚长度按照从大到小的顺序是地引脚和其它网络引脚，保证单板在热插拔时，地信号优先于数字信号接触。

而且，背板和其它单板通过定位导针和数字连接器、电源连接器连接在一起时，如果有2个定位导针，必须至少有1个在单板上连接到了GND网络，保证单板上的GND网络总是最先通过背板连接到大地。

而且，在有需要快速接地的器件周围，单板的边带分割设置成单独的段，给予最短的地回路。

本发明通过对整机系统中各种不同地的规划结合接地的顺序处理，保证了地上电流的快速泄放，有效降低了高频干扰，减小了地上噪声。使整机拥有更加良好的EMC特性。

附图说明

图1是本发明实施例系统接地示意图。

图2是本发明实施例大地和数字地的连接示意图。

图3是本发明实施例PGND和数字地及大地的连接示意图。

图4是本发明实施例单板导轨的3个分隔带和地的连接示意图。

图5是本发明实施例PGND与数字地的接法示意图。

图6是本发明实施例BBU整机的架构示意图。

图7是本发明实施例BKU(背板)的连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明技术方案进行具体描述。

本发明提供了一种LTE通信产品整机中地系统的设置方法，提供了新的单板热拔插和保证整机EMC性能良好的方式，通过对单板和地的接触顺序的处理实现单板热拔插情况下的良好工作；通过对整机地的系统规划，实现了整机EMC性能的提升。

该发明描述的方案在含有背板及有2个(含)以上单板的整机中可以应用。具体的技术方案描述如下：

1.在数字整机系统中通常情况下会存在多种不同的地信号，如数字地信号，模拟地信号，电源地信号，大地信号等。首先对系统中的机壳地，数字地，电源地，大地在原理图和PCB设计上区分成不同的网络。对整机的地信号有个系统的规划。

原理图中，为了保证整机的EMC系能良好，模拟电路(如含有射频信号的功率信号放大电路)一般设定为接模拟地；而数字电路(如含有高速数字信号处理的AD/DA变换电路)一般设定为接数字地；整机的电源电路(如220V交流转换为12V直流的电源转换电路)一般设定为接电源地；单板上的螺钉孔通过螺钉固定到机箱上，整机机箱上有接地线连接到大地信号。

PCB(印制电路板)设计中，模拟地、数字地和电源地各自集中在一个区域，相互之间间隔一段距离。然后在远端通过0欧姆电阻将其分别连接到大地上。

2.整机中的背板通过螺钉固定在整机机箱上，在PCB上设计成地铜带。背板和其它单板通过定位导针和数字连接器、电源连接器连接在一起。

考虑到单板插入到整机时，不同地的接触顺序，对不同的地的处理方式和接触顺序予以规划，选择的连接器的引脚长度的顺序按照从大到小排序为：导针>数字连接器>电源连接器，

首先，选择定位导针的长度大于电源连接器和数字连接器的长度，这保证了在单板连接到背板上时，定位导针优先接触到背板。有2个定位导针时，必须保证至少有1个在单板上连接到了GND网络。这两条保证了单板上的GND网络总是最先通过背板连接到大地。其次，选择数字连接器的引脚长度大于电源连接器的引脚长度。保证了单板连接到背板上时，数字连接器优先于电源连接器接触背板，数字信号先连接通，电源最后接通。

3.整机中的单板导轨，通过螺钉固定在机箱上。在单板插入到导轨上时，单板的两侧板边铜带和导轨接触，理想情况是直接接触到机箱大地上。此时前面板，两侧导轨和背板连接器的PGND网络，将会形成一个网络地环路。地环路对整机的EMC特性有很大的负面影响。因此，需要将单板的边带分割成不同的段，防止形成地回路；

具体分割成几部分，具体实施时本领域技术人员可以根据单板的长度和板上的器件分布来确定。参照此发明中的实施例，27cm长度可以分为2～4个seg段。并将seg段通过10M欧姆电阻连接到GND或是pgnd上。在有需要快速接地的器件(如接口ESD防护器件)周围，可以设计成单独的seg段，给予其最短的地回路。

4.通过设计背板连接器的引脚长度的不同，保证了单板在热插拔时，地信号能优先于数字信号接触，保证了单板上数字信号的质量。

选择的电源连接器和数字连接器上的信号引脚长度按照从大到小的顺序是：地引脚>其它网络引脚。

选择背板上的电源连接器和数字连接器时，要选择设计的GND网络引脚长度大于其它信号引脚长度的连接器。这保证了单板插入到背板上时，GND网络优先接触到背板，然后其它信号连接到背板。单板从背板上拔出时，其它信号先断开连接，然后是GND信号断开连接。既保证了数字信号的可靠连接，又降低了ESD风险。

实施例以BBU系统整机为例，说明具体的技术方案。对通信系统中和LTE设备类似的产品，有需要改善EMC特性的产品，在整机或是单板设计上可以做类似的参考。

BBU(基带处理单元)整机包含PWU(电源板)，CCU(基带控制板)，BPU(基带板)及FCU(风扇板)和BKU(背板)，图6是BBU整机的架构。图1是BBU整机接地实例，提供了PWU(电源板)，CCU(基带控制板)和BKU(背板)具体接地方式，BPU(基带板)及FCU(风扇板)可参考CCU(基带控制板)的设计。

系统中一共有三种地，定义如下：

1.防护地PGND，即机壳，也是大地，符号是它是雷电流和ESD主要的泻放通道，应可靠连接到大地上；

2.单板逻辑地GND，即一般定义的数字地，单板和单板之间的等电位；

3.系统12V回流地，即12V RTN。

CCU单板地处理方式参见图2～5，图2是大地和数字地的连接，可见图1中E处，CCU单板上数字地和大地之间串接高频电容，是利用电容的通交流阻直流的特性，用来滤波高频干扰信号；图3是PGND和数字地及大地的连接，图4是单板导轨的3个分隔带和地的连接，图5是PGND与数字地的接法，可见图1中F处。具体描述如下：

1.单板GND用10M欧姆的电阻连接背板导针，实现单板GND的ESD(静电释放)泻放通道。PWU(电源板)和CCU(基带控制板)上分别设有两个导针，可记为定位导针左和定位导针右。参见图3，单板GND用10M欧姆的电阻连接定位导针右，可见图1中A处。

2.单板GND和PGND之间可以用高频电容(1GHz)连接，用于旁路单板高频干扰。参见图3，采用三个电容，容量为1nF，耐压为2kv，可见图1中B处。

3.由于单板上的电源模块是非隔离的，12V回流和GND实际上是连接的。

参见图4，单板两侧的铜导轨，在中间断开，分成3段。设3段铜导轨记为SEG1，SEG2和SEG3，SEG2和SEG3分别用10M欧姆的电阻连接GND，SEG1用10M欧姆的电阻连接大地，同时在单板GND之间用电容(1nF/2kv)连接，可见图1中C、D处。

电源板的连接示意图参见图1中的PWU部分，电源板的电源入口兼容两种电压，一种是直流-48V即图中的-48VVDC,第2种是交流220V，即图1中的220VAC。此处以220交流输入为例，说明电源板的连接情况。

电源板上地处理方式具体描述如下：

1.PGND和面板结构件以及一个背板定位导针连接，但在单板中间部分断开，以防止形成环路。两者之间用10M欧姆的电阻连接，这样形成单板插拔时，人体ESD的第一个泻放通道。

2.另一个背板定位销导针用10M欧姆电阻(10M，20％，2KV，1/4W)连接到GND，实现单板到GND的ESD泄放通道。

3.电源模块的220VAC入口的PGND和机壳连接。电源模块的信号线输出用光耦隔离，避免12V回流(12V RTN)通过信号线回到PWU。

参见图7，背板上地处理方式具体描述如下：

1.背板上下两边使用铜带(阻焊带大于10mm)和机框连接，用若干螺钉固定(间距15cm)。

2.本发明实施例在背板上设置0欧姆电阻连接GND平面和PGND。对于背板上的数字地和大地的连接，原则是所有的地信号都要在远端连接到大地上。

背板的top(顶层)和bottom(底层)走PGND平面。

3.背板上的12V和12V RTN走铜带方式，并且靠近top(顶层)或者bottom(底层)，便于散热。

整机中的背板用螺钉固定在机框上，在电源板已经在位，再带电插入CCU单板时，单板和背板，槽位及整机接触顺序如下：

1.背板PGND的ESD泻放铜带，即PGND的铜带用来实现静电释放。作为接触顺序里的第一位，铜带通过螺钉接触到机箱PGND。

2.单板和背板接触的导针(SEG1，PGND网络)，即SEG1，GND通过槽位导轨和单板背板导针接触机框。

3.单板信号连接器上的GND(因为信号连接器的设计方式是GND引脚比信号引脚长，保证了GND先接触到背板)。

4.单板信号连接器上的数字信号

5.大地(Gnd_Earth)。

6.单板SEG2,SEG3。

按照本发明设计的电路和规划的接触顺序，可以发现：

a.由于在整机外部，机壳会用线连接到大地。保证了背板上的PGND和GND上积累的静电以最快的速度泄放到了大地上。

b.在电源板已在位，插入CCU板到槽位上时，先和背板接触到的是和GND网络通过10M欧姆电阻连接的导针，该导针将CCU板的GND和背板PGND连接在一起，另一个导针将CCU板上的PGND和背板上的GND连接在一起，既保证了CCU板和背板的有效连接，又为CCU板和背板的数字信号提供了可选的最短到地路径。

c.当CCU板插入槽位深度增大后，槽位接触到SEG1网络和PGND网络，将CCU板边导轨与槽位插入摩擦产生的静电，通过10M欧姆的电阻分别泄放到大地上。

d.CCU板继续插入槽位，槽位接触到CCU板的大地，此处设计目的是如果导轨和槽位接触良好，可将槽位充分接地，并将导轨分割，防止形成地环路。

e.由于CCU板继续插入槽位，槽位接触到CCU板的大地，此大地连接着CCU板的面板和整机机壳，即可认为连接到了大地上。

安规设计中，最优的方案是将所有的信号到大地的回路，保证尽可能的短，即保证所有的信号都有一个最短的到大地回路，避免干扰。本发明正是通过合理的规划地，将整机的干扰降到最小，EMC性能提升到最好。

以上所述均为本发明的较佳案例，并不限于本案例，凡在本例的精神和原则之内所做的修改、替换、改进等，均应包含在本专利的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种LTE通信产品整机中地系统的设置方法，其特征在于：包括以下设置，

首先，对整机的地信号进行设定，包括在原理图中，设定模拟电路为接模拟地，数字电路为接数字地，整机的电源电路为接电源地，单板上的螺钉孔通过螺钉固定到机箱上，整机机箱上有接地线连接到大地信号；在印制电路板中，模拟地、数字地和电源地各自集中在一个区域，相互之间存在间隔，然后在远端通过0欧姆电阻分别连接到大地上；

整机中的背板通过螺钉固定在整机机箱上，在印制电路板上设计成地铜带；背板和其它单板通过定位导针和数字连接器、电源连接器连接在一起；考虑到单板插入到整机时不同地的接触顺序，选择的连接器的引脚长度的顺序按照从大到小排序为定位导针、数字连接器和电源连接器；

整机中的单板导轨，通过螺钉固定在机箱上；在单板插入到导轨上时，单板的两侧板边铜带和导轨接触，为防止前面板、两侧导轨和背板连接器的PGND网络形成一个网络地环路，将单板的边带分割成不同的段；

选择背板上的电源连接器和数字连接器时，电源连接器和数字连接器上的信号引脚长度按照从大到小的顺序是地引脚和其它网络引脚，保证单板在热插拔时，地信号优先于数字信号接触；

背板和其它单板通过定位导针和数字连接器、电源连接器连接在一起时，如果有2个定位导针，必须至少有1个在单板上连接到了GND网络，保证单板上的GND网络总是最先通过背板连接到大地。

2.根据权利要求1所述LTE通信产品整机中地系统的设置方法，其特征在于：在有需要快速接地的器件周围，单板的边带分割设置成单独的段，给予最短的地回路。