CN106450747B - 射频天线电路及其引脚静电保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频天线电路及其引脚静电保护电路，该射频天线电路包括天线本体以及静电保护电路，静电保护电路包括连接在射频天线引脚与低噪音放大器之间的耦合电容，低噪声放大器的输入端与天线地之间连接有第一二极管，低噪声放大器的输入端与天线电源之间连接有第二二极管；其中，射频天线引脚与天线地之间连接有第三二极管，第三二极管的阳极连接至天线地，第三二极管的阴极连接至射频天线引脚，且耦合电容连接在第三二极管的阴极与低噪声放大器的输入端之间。本发明利用内置电容耦合隔离加上第二级静电保护，使得整体防护电路在对电源的寄生电容非常小的条件下，实现了良好的静电防护性能。

Description

射频天线电路及其引脚静电保护电路

技术领域

本发明涉及射频天线的电路领域，尤其是涉及具有引脚静电保护功能的电路以及具有这种电路的射频天线电路。

背景技术

现有很多电子设备具有无线通讯功能，例如，智能手机、平板电脑等设有无线通信模块，如蓝牙模块或者射频模块等，如果电子设备设置有射频模块，则还需要设置用于发射或者接收射频信号的天线，通常，天线是印刷在印刷电路板上，并且天线与电路板上的其他器件连接，如与控制器连接，将接收到的信号传送至控制器，或者接收控制器发出的信号，并且将控制器的信号经过调制后发射出去。

用于电子设备工作时往往会产生静电，这些静电的电压有时候非常高，过高的静电电压会对电子设备的电子器件造成严重的影响。如果天线的引脚上产生大量的静电，将严重影响天线对信号的发射与接收，从而影响电子设备与其他设备的无线通信质量，因此人们在研究如何对天线引脚进行静电保护，从而避免天线受到静电的影响而导致无法收发信号的情况。

如图1所示，现有一种射频天线静电保护电路连接至射频天线的引脚RFIN，由于射频天线的引脚RFIN上可能产生静电，将影响到射频天线的工作，因此，需要提供从射频天线的引脚RFIN到天线电源以及天线地之间的泄流通道，以确保静电的电荷能够释放。现有的静电保护电路具有一个低噪声放大器LNA1，在天线引脚RFIN与低噪声放大器LNA1的输入端LNAIN之间设有电容C1，并且在天线引脚RFIN与天线地RFGND之间设有二极管D1，二极管D1的阳极连接至天线地FRGND，阴极连接至天线引脚RFIN。在天线引脚RFIN与天线电源RFVDD之间连接有二极管D2，二极管D2的阳极连接至天线引脚RFIN，阴极连接至天线电源RFVDD。并且，在天线电源RFVDD与天线地RFGND之间连接有电容C2。

当天线引脚RFIN上形成有静电电荷时，静电电荷可以经二极管D1向天线地RFGND释放，也可以经二极管D2向天线电源RFVDD释放。由于静电电荷被及时释放，因此不应影响射频天线的工作。然而，这种静电保护电路存在较大的寄生电容，对射频天线的工作有一定影响，并不是最理想的静电保护电路。

图2所示是另一种常见的静电保护电路，该电路包括低噪声放大器LNA2，在天线引脚RFIN与低噪声放大器LNA2的输入端LNAIN之间连接有电容C11，天线引脚RFIN与天线地RFGND之间连接有场效应管D11，并且在天线电源RFVDD与天线地RFGND之间连接有电容C12。在天线引脚RFIN上形成静电后，静电电荷经过场效应管D11向天线接地RFGND放电。

但是，这种静电保护电路设置的场效应管D11存在漏电的风险，并且一旦场效应管D11漏电，将形成较大的噪声，且影响静电电荷的释放，也会导致电子设备工作时噪声过大，而且会影响到电子设备的工作稳定性。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种能够有效释放静电电荷并且工作噪声较低的射频天线引脚静电保护电路。

本发明的另一目的是提供一种能够避免因静电电荷影响工作的射频天线电路。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的射频天线引脚静电保护电路包括连接在射频天线引脚与低噪音放大器之间的耦合电容，低噪声放大器的输入端与天线地之间连接有第一二极管，低噪声放大器的输入端与天线电源之间连接有第二二极管；其中，射频天线引脚与天线地之间连接有第三二极管，第三二极管的阳极连接至天线地，第三二极管的阴极连接至射频天线引脚，且耦合电容连接在第三二极管的阴极与低噪声放大器的输入端之间。

由上述方案可见，由于在射频天线引脚与天线地之间连接有第三二极管，在天线引脚向天线地的释放静电电荷时，第三二极管为静电电荷的释放提供通道。由于耦合电容能够对天线引脚向低噪声放大器输入端之间的总电荷有衰减作用，并且能够在释放静电电荷时，阻隔从天线引脚到低噪声放大器的场效应管的栅极的直流路径，防止在静电电荷释放后残余的电荷对场效应管的损坏。这样，在静电电荷释放过程中，由于第三二极管的存在，不但能够避免静电保护电路产生较大的寄生电容，还能够避免使用可能会漏电的场效应管，也就避免产生较大的噪声，确保射频天线的正常工作。

一个优选的方案是，在天线电源与天线地之间连接有片上电容，并且，片上电容的电容值大于耦合电容的电容值，且片上电容的电容值为耦合电容的电容值的三倍以上。

由此可见，将片上电容的电容值设置的较高，在第三二极管的峰值电压较高的情况下，可以确保低噪声放大器的峰值电压被钳制在一个较小的范围内，从而有效保护低噪声放大器的场效应管，避免场效应管的栅极被氧化，有利于延长静电保护电路的使用寿命。

进一步的方案是，静电保护电路还设有第四二极管，第四二极管与第三二极管并联，且第四二极管的阳极连接至天线地，第四二极管的阴极连接至射频天线引脚。

可见，在第三二极管上并联上一个第四二极管，通过第二二极管的泄流作用，可以进一步提高静电电荷的泄流能力，确保静电电荷能够在短时间内释放，静电保护电路的性能更好，且能够承受的静电电压更高。

更进一步的方案是，静电保护电路还设有电阻，该电阻与第三二极管并联。

由此可见，通过电阻为天线引脚与天线地之间提供电荷流动的通道，并且在不需要释放静电电荷时，电阻能够隔断天线引脚与天线地之间的电连接。

为了实现上述的另一目的，本发明提供的射频天线电路包括天线本体以及静电保护电路，静电保护电路包括连接在射频天线引脚与低噪音放大器之间的耦合电容，低噪声放大器的输入端与天线地之间连接有第一二极管，低噪声放大器的输入端与天线电源之间连接有第二二极管；其中，射频天线引脚与天线地之间连接有第三二极管，第三二极管的阳极连接至天线地，第三二极管的阴极连接至射频天线引脚，且耦合电容连接在第三二极管的阴极与低噪声放大器的输入端之间。

由上述方案可见，由于射频天线的电路中，在射频天线引脚与天线地之间连接有第三二极管，在天线引脚向天线地的释放静电电荷时，第三二极管为静电电荷的释放提供用于释放静电电荷的通道。由于耦合电容能够对天线引脚向低噪声放大器输入端之间的总电荷有衰减作用，并且能够在释放静电电荷时，阻隔从天线引脚到低噪声放大器的场效应管的栅极的直流路径，防止在静电电荷释放后残余的电荷对场效应管的损坏。这样，在静电电荷释放过程中，由于第三二极管的存在，不但能够避免静电保护电路产生较大的寄生电容，还能够避免使用可能会漏电的场效应管，也就避免产生较大的噪声，确保射频天线的正常工作。

附图说明

图1是现有一种射频天线引脚保护电路的电原理图。

图2是现有另一种射频天线引脚保护电路的电原理图。

图3是本发明射频天线引脚静电保护电路实施例的电原理图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的射频天线电路具有天线本体，天线本体可以作为诸如蓝牙模块、射频模块或者其他无线通信模块的主要部件，用于发射无线信号，并且接收其他电子设备所发出的无线信号。优选的，天线本体是印刷在印刷电路板上，且天线本体的形状可以是各种各样的，例如可以是长条状的，也可以是是多个矩形的圈。天线本体可以将经过调制的模拟信号发射出去，并且可以接收其他无线设备发出的无线信号，通常所接收的无线信号需要经过解调后才能转换成数字信号，并且将数字信号输出至控制器等数字器件。

由于电子设备工作时可能产生大量的静电，且天线本体上也可能会产生大量的静电，典型的情况就是在天线的引脚处积聚大量的静电电荷，这些静电电荷将对天线的正常工作造成很大的影响，例如会应影响天线的频率，如果天线的频率受到影响，将影响天线接收无线信号，也会影响无线信号的发送。本实施例中，在天线的引脚上设置静电保护电路，即通过静电保护电路对天线本体上的静电电荷进行释放，避免静电电荷对天线本体造成影响。

参见图3，静电保护电路连接至天线引脚RFIN，天线引脚RFIN是射频天线的天线本体的引脚。静电保护电路设有低噪声放大器LNA3，本实施例中，低噪声放大器LNA3内设有场效应管M0，场效应管M0的栅极即为低噪声放大器LNA3的输入端LNAIN。并且，在天线引脚RFIN与低噪声放大器LNA3的输入端LNAIN之间连接有电容C21，优选的，电容C21为耦合电容。

在低噪声放大器LNA3的输入端LNAIN与天线电源RFVDD之间连接有二极管D22，二极管D22的输入端连接至低噪声放大器LNA3的输入端LNAIN，二极管D22的阴极连接至天线电源RFVDD。在低噪声放大器LNA3的输入端LNAIN与天线地RFGND之间连接有二极管D21，二极管D21的阳极连接至天线地RFGND，而二极管D22的阴极连接至低噪声放大器LNA3的输入端LNAIN。

并且，在天线引脚RFIN与天线地RFGND之间连接有二极管D23，二极管D23的阳极连接至天线地RFGND，阴极连接至天线引脚RFIN。由于天线引脚RFIN与低噪声放大器LNA3的输入端LNAIN连接有电容C21，因此电容C21的两端分别是连接至二极管D23的阴极以及低噪声放大器LNA3的输入端LNAIN。

并且，二极管D23还与二极管D24并联，也就是二极管D24的阳极连接至天线地RFGND，阴极连接至天线引脚RFIN。此外，二极管D23还与电阻R21并联，也即是电阻R21的两端分别连接至天线地RFGND以及天线引脚RFIN。

在天线电源RFVDD与天线地RFGND之间连接有电容C22，优选的，电容C22为片上电容，并且电容C22的电容值远大于电容C21的电容值，例如，电容C22的电容值为电容C21的电容值的三倍以上，甚至可以是十倍以上。并且，天线电源RFVDD连接至低噪声放大器LNA3的场效应管M0的漏极，天线地RFGND连接至低噪声放大器LNA3的场效应管M0的源极。

当天线本体上产生静电时，静电电荷可以通过静电保护电路进行释放，具体的，在天线引脚RFIN对天线地RFGND进行静电释放时，二极管D23为静电电荷的电流泄流路径，在静电电荷释放的时候，静电所产生的电压的峰值电压设为Vesd。电容C21具有两个作用，一个作用是衰减天线引脚RFIN到场效应管M0栅极的交流能量，使静电电荷释放过程中，静电电荷通过电容C21到场效应管M0栅极的总电荷衰减到Vesd×C21。例如，在2000V 的人体模型的静电释放时，总电荷为100pF×2000V=200n库伦，而Vesd×C21大约是10V×10pF=0.1n库伦，也就是衰减了约2000倍。电容C21的另一个作用是隔断天线引脚RFIN在静电释放时的电压到场效应管管M0栅极的直流路径，防止静电电荷释放后的残余电荷损害场效应管M0的栅极。

在负电压的静电电荷释放时，二极管D21可以在负电压的静电电荷释放时，钳位低噪声放大器LNA3的输入端LNAIN和天线地RFGND之间的电压，使得该电压的电压值在在1V左右。在正电压的静电电荷释放时，二极管D22可以钳位低噪声放大器LNA3的输入端LNAIN和天线电源RFVDD之间的电压，使得该电压的电压值在1V左右。由于Vesd×C21的量很小，所以钳位二极管D21和D22的尺寸可以很小，从而使得引入的寄生电容量也非常的小。

并且，由于在静电保护电路的天线电源RFVDD和天线地RFGND之间，设置有片上电容C22，本实施例中，片上电容C22的电容值为耦合电容C21的电容值的三倍以上。假设电容C22的电容值为电容C21的电容值的N倍，也就是C22=N×C21。在静电电荷释放时，天线电源RFVDD的电压值Vfmvdd=(Vesd-1V)/(N+1)，其中1V为二极管D22上的压降。假设静电所产生的电压的峰值电压Vesd为10V，N为8，则Vfmvdd=1V，Vlnain=Vfmvdd+1V=2V，这样在静电保护电路的二极管D23峰值电压较高的静电电荷释放过程中，可以保障低噪声放大器LNA3的输入端LNAIN的峰值电压在-1V到+2V之间，从而很好的对场效应管M0的栅极进行保护。

可见，本发明是利用小电容耦合的方法，隔开低噪声放大器LNA3的输入端LNAIN和天线引脚RFIN，并且衰减了进入低噪声放大器LNA3的静电电荷能量。在低噪声放大器LNA3输入端处LNAIN通过小二极管路径钳位负向静电电荷释放电压，利用电容C21分压路径加小二极管D22钳位住正向静电电荷释放的电压。由于电容C21耦合衰减静电电荷释放时电荷能量作用，静电保护电路可以用漏电流小但静电电荷释放时开启电压高的高压场效应管M0等电路实现。由于作为钳位二极管的二极管D21、D22的面积可以做得非常小，寄生电容非常小，大幅度提高了电路对电源的抑制能力。

当然，上述的方案只是本发明优选的实施方案，实际应用是还可以有更多的变化，例如，不设置二极管D24以及电阻R21，或者减少设置在天线电源RFVDD与天线地RFGND之前的电容C22，这些改变都不影响本发明的实施，也应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.射频天线引脚静电保护电路，包括：

连接在射频天线引脚与低噪声放大器之间的耦合电容，所述低噪声放大器的输入端与天线地之间连接有第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至天线地，所述第一二极管的阴极连接至所述低噪声放大器的输入端，所述低噪声放大器的输入端与天线电源之间连接有第二二极管；

其特征在于：

所述射频天线引脚与所述天线地之间连接有第三二极管，所述第三二极管的阳极连接至所述天线地，所述第三二极管的阴极连接至所述射频天线引脚，且所述耦合电容连接在所述第三二极管的阴极与所述低噪声放大器的输入端之间；

所述天线电源与所述天线地之间连接有片上电容，所述片上电容的电容值大于所述耦合电容的电容值。

2.根据权利要求1所述的射频天线引脚静电保护电路，其特征在于：

所述片上电容的电容值为所述耦合电容的电容值的三倍以上。

3.根据权利要求1或2所述的射频天线引脚静电保护电路，其特征在于，其特征在于：

所述静电保护电路还设有第四二极管，所述第四二极管与所述第三二极管并联，且所述第四二极管的阳极连接至所述天线地，所述第四二极管的阴极连接至所述射频天线引脚。

4.根据权利要求3所述的射频天线引脚静电保护电路，其特征在于：

所述静电保护电路还设有电阻，所述电阻与所述第三二极管并联。

5.射频天线电路，包括：

天线本体以及静电保护电路，所述静电保护电路包括连接在射频天线引脚与低噪声放大器之间的耦合电容，所述低噪声放大器的输入端与天线地之间连接有第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至天线地，所述第一二极管的阴极连接至所述低噪声放大器的输入端，所述低噪声放大器的输入端与天线电源之间连接有第二二极管；

其特征在于：

所述射频天线引脚与所述天线地之间连接有第三二极管，所述第三二极管的阳极连接至所述天线地，所述第三二极管的阴极连接至所述射频天线引脚，且所述耦合电容连接在所述第三二极管的阴极与所述低噪声放大器的输入端之间；

所述天线电源与所述天线地之间连接有片上电容，所述片上电容的电容值大于所述耦合电容的电容值。

6.根据权利要求5所述的射频天线电路，其特征在于：

所述片上电容的电容值为所述耦合电容的电容值的三倍以上。

7.根据权利要求5或6所述的射频天线电路，其特征在于，其特征在于：

所述静电保护电路还设有第四二极管，所述第四二极管与所述第三二极管并联，且所述第四二极管的阳极连接至所述天线地，所述第四二极管的阴极连接至所述射频天线引脚。

8.根据权利要求7所述的射频天线电路，其特征在于：

所述静电保护电路还设有电阻，所述电阻与所述第三二极管并联。

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