CN114123149A - 实现增强型端口静电防护的电路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现增强型端口静电防护的电路结构,包括第一级静电防护单元、第二级静电防护单元和第三级静电防护单元,第一级静电防护单元、第二级静电防护单元和第三级静电防护单元依次相连,第一级静电防护单元为π型衰减电路,第二级静电防护单元和第三级静电防护单元为相同配置的静电防护电路;第一级静电防护单元对静电进行衰减与分流,第二级静电防护单元和第三级静电防护单元将静电能量导流到地。采用了本发明的实现增强型端口静电防护的电路结构,通过多级防静电二极管级联、π型衰减网络与防静电网络的组合方式,可以提高静电防护能力,还可以改善端口输出驻波,亦可降低防静电二极管选型时的要求,且电路简单成本低、调试方便易实现。
Description
技术领域
本发明涉及通信测试仪器仪表领域,尤其涉及仪器仪表端口防护领域,具体是指一种实现增强型端口静电防护的电路结构。
背景技术
静电是一种广泛存在于自然界的物理现象,无处不在,当静电荷积累到一定程度并找到泄流路径,就会出现静电放电现象。
仪器仪表在使用过程中,受环境影响,自身也会积累很多静电,同时,操作人员身上也会携带大量静电,静电电压一般都高达几千伏,甚至上万伏,一旦出现静电放电现象,瞬间高压放电将会对仪器设备造成损坏,轻则造成测量不准,重则烧毁端口器件,造成电路损伤失效。
为了保障仪器仪表不被静电损伤,一般都会在仪器仪表的端口处增加静电防护电路。常用的静电防护电路包括增加低频滤波器电路,增加微带支节线,选用防静电二极管等方法。采用低频滤波器电路,由于静电的低频率特性,要求低频滤波器的低端截止频率很低,使得低频滤波器的实现有一定的困难性;微带支节线一般采用四分之一波长开路线形式,对于直流的静电,形成到地通路,对于需要的射频型号,反射回到主路。此方法带宽不易做宽且需要对四分之一波长支节线进行仿真,仿真耗时很长;而传统的防静电二极管,利用二极管的高压导通钳位特性,将高压的静电钳位到低电平,从而对后级电路起到保护作用,此方法的高压防护能力受防静电二极管自身的承受能力限制。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点,提供了一种满足简单易用、宽带可调、适用范围较为广泛的实现增强型端口静电防护的电路结构。
为了实现上述目的,本发明的实现增强型端口静电防护的电路结构如下:
该实现增强型端口静电防护的电路结构,其主要特点是,所述的电路结构包括第一级静电防护单元、第二级静电防护单元和第三级静电防护单元,所述的第一级静电防护单元、第二级静电防护单元和第三级静电防护单元依次相连,所述的第一级静电防护单元为π型衰减电路,第二级静电防护单元和第三级静电防护单元为相同配置的静电防护电路;所述的第一级静电防护单元对静电进行衰减与分流,所述的第二级静电防护单元将大部分静电能量导流到地,所述的第三级静电防护单元将剩余的小部分静电能量导流到地。
较佳地,所述的第一级静电防护单元包括第一电阻、第二电阻和第三电阻,所述的第二电阻的一端与第二级静电防护单元相连,另一端与第一端口相连,所述的第一端口为测试端口,连接外部被测件,所述的第一电阻和第三电阻分别与第二电阻的两端相连,第一电阻和第三电阻的另一端均接地;在产生静电的情况下,所述的第一电阻和第三电阻形成静电到地通路,第二电阻对静电进行衰减。
较佳地,所述的第二级静电防护单元包括第四电阻、第一防静电二极管、第一隔直电容,所述的第一隔直电容的两端分别连接第一级静电防护单元和第三级静电防护单元,所述的第四电阻的一端与第二级静电防护单元的输入端相连,另一端接地;所述的第一防静电二极管的一端与第二级静电防护单元的输入端相连,另一端接地;在产生静电的情况下,所述的第四电阻提供静电对地泄流通路,所述的第一防静电二极管防止静电二极管对地导通,将高压的静电钳位至低电平,所述的第一隔直电容对静电进行阻断。
较佳地,所述的第三级静电防护单元第五电阻、第二防静电二极管、第二隔直电容,所述的第二隔直电容的两端分别连接第二级静电防护单元和第二端口,所述的第二端口为信号输入端口,连接到内部被保护电路,所述的第五电阻的一端与第三级静电防护单元的输入端相连,另一端接地;所述的第二防静电二极管的一端与第三级静电防护单元的输入端相连,另一端接地;在产生静电的情况下,所述的第五电阻提供静电对地泄流通路,所述的第二防静电二极管防止静电二极管对地导通,将高压的静电钳位至低电平,所述的第二隔直电容对静电进行阻断。
较佳地,所述的第四电阻为100kΩ。
较佳地,所述的第二级静电防护单元的第一隔直电容和第三级静电防护单元的第二隔直电容的容值相同。
采用了本发明的实现增强型端口静电防护的电路结构,通过多级防静电二极管级联、π型衰减网络与防静电网络的组合方式,相比传统的防静电电路模式,不仅可以提高静电防护能力,还可以改善端口输出驻波。亦可降低防静电二极管选型时的要求,扩大选择范围,降低实现难度。本发明的静电防护能力较传统防护措施的静电防护能力大幅提升,且电路简单成本低、调试方便易实现,可适用于起于kHz级的超宽频带端口防静电应用。
附图说明
图1为本发明的实现增强型端口静电防护的电路结构的增强型静电防护电路结构示意图。
图2为本发明的实现增强型端口静电防护的电路结构的一级静电防护单元电路结构示意图。
图3为本发明的实现增强型端口静电防护的电路结构的两级静电防护单元电路结构示意图。
图4为本发明的实现增强型端口静电防护的电路结构的三级静电防护单元电路结构示意图。
图5为本发明的实现增强型端口静电防护的电路结构的具有2个电阻并联的三级静电防护单元电路结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容,下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该实现增强型端口静电防护的电路结构,其中包括第一级静电防护单元、第二级静电防护单元和第三级静电防护单元,所述的第一级静电防护单元、第二级静电防护单元和第三级静电防护单元依次相连,所述的第一级静电防护单元为π型衰减电路,第二级静电防护单元和第三级静电防护单元为相同配置的静电防护电路;所述的第一级静电防护单元对静电进行衰减与分流,所述的第二级静电防护单元将大部分静电能量导流到地,所述的第三级静电防护单元将剩余的小部分静电能量导流到地。
作为本发明的优选实施方式,所述的第一级静电防护单元包括第一电阻、第二电阻和第三电阻,所述的第二电阻的一端与第二级静电防护单元相连,另一端与第一端口相连,所述的第一端口为测试端口,连接外部被测件,所述的第一电阻和第三电阻分别与第二电阻的两端相连,第一电阻和第三电阻的另一端均接地;在产生静电的情况下,所述的第一电阻和第三电阻形成静电到地通路,第二电阻对静电进行衰减。
作为本发明的优选实施方式,所述的第二级静电防护单元包括第四电阻、第一防静电二极管、第一隔直电容,所述的第一隔直电容的两端分别连接第一级静电防护单元和第三级静电防护单元,所述的第四电阻的一端与第二级静电防护单元的输入端相连,另一端接地;所述的第一防静电二极管的一端与第二级静电防护单元的输入端相连,另一端接地;在产生静电的情况下,所述的第四电阻提供静电对地泄流通路,所述的第一防静电二极管防止静电二极管对地导通,将高压的静电钳位至低电平,所述的第一隔直电容对静电进行阻断。
作为本发明的优选实施方式,所述的第三级静电防护单元第五电阻、第二防静电二极管、第二隔直电容,所述的第二隔直电容的两端分别连接第二级静电防护单元和第二端口,所述的第二端口为信号输入端口,连接到内部被保护电路,所述的第五电阻的一端与第三级静电防护单元的输入端相连,另一端接地;所述的第二防静电二极管的一端与第三级静电防护单元的输入端相连,另一端接地;在产生静电的情况下,所述的第五电阻提供静电对地泄流通路,所述的第二防静电二极管防止静电二极管对地导通,将高压的静电钳位至低电平,所述的第二隔直电容对静电进行阻断。
作为本发明的优选实施方式,所述的第四电阻为100kΩ。
作为本发明的优选实施方式,所述的第二级静电防护单元的第一隔直电容和第三级静电防护单元的第二隔直电容的容值相同。
本发明提出了一种增强型防静电电路结构。对传统防静电二极管电路进行改良,通过多级防静电二极管电路级联和增加衰减器网络对端口防静电能力进行增强,电路结构简单易用,频率范围宽带可调。
如图1所示,本电路由三级静电防护单元组成。其中,第一级静电防护单元为π型衰减电路,第二级静电防护单元和第三级静电防护单元为相同配置的静电防护电路。
第一级静电防护单元的π型衰减电路由一个串联直通电阻R2和两个并联对地电阻R1/R3组成一个π型衰减网络。第二级静电防护单元由对地电阻R4、防静电二极管D1、隔直电容C1组成防静电网络。第三级静电防护单元由对地电阻R5、防静电二极管D2、隔直电容C2组成防静电网络。端口1为测试端口,连接外部被测件;端口2为信号输入端口,连接到内部被保护电路。
当静电发生时,第一级静电防护单元的π型衰减网络,利用电阻自身具有的较高功率承受特性,对静电进行衰减与分流。其中,对地并联电阻R1/R3可形成静电到地通路,串联电阻R2可对静电进行衰减。静电经过第一级静电防护单元后,其瞬时功率和破坏力将被衰弱。
第二级静电防护单元的并联对地电阻R4,提供静电对地泄流通路,一般取值100kΩ;
第二级静电防护单元的并联对地防静电二极管D1,利用防静电二极管的高压钳位特性,当高压的静电到来时,防静电二极管对地导通,将高压的静电钳位到一个较低的电平,从而对后级电路起到保护作用。第二级静电防护单元的串联隔直电容C1,需选择耐压值较高的电容,电容C1的容值大小可根据工作频率进行自由选择。隔直电容C1通过对静电进行阻断作用,防止静电对后级电路的损伤。
第三级静电防护单元的并联对地电阻R5,提供静电对地泄流通路,一般取值小于电阻R4;第三级静电防护单元的并联对地防静电二极管D2,利用防静电二极管的高压钳位特性,当高压的静电到来时,防静电二极管对地导通,将高压的静电钳位到一个较低的电平,从而对后级电路起到保护作用。第三级静电防护单元的串联隔直电容C2,需选择耐压值较高的电容,电容C2的容值一般和C1一样大。隔直电容C2通过对静电进行阻断作用,防止静电对后级电路的损伤。
第一级静电防护单元只能对静电进行衰弱,并不能全部过滤。当静电经过第一级静电防护单元,到达第二级静电防护单元,绝大部分静电能量将在此区域内被导流到地,剩余的小部分静电能量在第三级静电防护单元内被导流到地。第三级静电防护单元的电路可以和第二级静电防护单元的电路一模一样,作为优选,本发明的器件取值稍有差异。
本发明的具体实施方式中,如图2所示为一级静电防护单元电路,包含并联对地电阻R4,并联对地防静电二极管D1,串联隔直电容C1。R4取值100kΩ,C1选择耐压值50V、470nF的电容,既可以较好的隔断直流,又可以使系统起始工作频率尽可能低,本实施例频率范围从100kHz开始。使用附图2所示的端口静电防护电路,经静电破坏实验,可以防住2KV的静电。
如图3所示为两级静电防护单元电路,在一级静电防护单元电路的基础上,再增加一级相同电路结构的静电防护单元电路。其中,R4、D1、C1的值保持不变。增加的并联对地电阻R5,取值51kΩ;增加并联对地防静电二极管D2,与D1为同一型号防静电二极管;增加串联隔直电容C2,与C1为同一型号电容。使用附图3所示的端口静电防护电路,经静电破坏实验,可以防住3.5KV的静电,静电防护能力有所增强。
如图4所示为三级静电防护单元电路,在图3所示的两级静电防护单元与端口1之间增加一级π型衰减网络,π型衰减网络的衰减值可根据系统插损要求进行调整。作为优选,本实施例中采用3dB衰减网络。其中,对地并联电阻R1/R3取值300Ω,直通串联电阻R2取值18Ω,本实施例中,R1/R2/R3均为0402封装,1%精度电阻。使用附图4所示的端口静电防护电路,经静电破坏实验,可以防住12KV的静电,静电防护能力较前面2种静电防护电路大大增强。
图4中的静电防护电路,当静电大于12KV失效时,经检测为π型衰减网络损坏。为进一步提高静电防护能力,可以将图4中的π型衰减网络中的电阻R1/R2/R3,由0402封装更换为0603封装,或者,将单一电阻改为2个电阻并联结构,电阻值变为原来值的2倍大小,见附图5。此2种方法都可以通过提高衰减网络的功率承受能力来提高整个静电防护电路的静电防护能力。使用图5所示的端口静电防护电路,经静电破坏实验,可以防住20KV的静电。
图2至图5所示各种静电防护电路的静电防护能力测试结果如表1所示。
表1
静电防护电路 | 附图2 | 附图3 | 附图4 | 附图5 |
静电防护能力 | 2KV | 3.5KV | 12KV | 20KV |
采用了本发明的实现增强型端口静电防护的电路结构,通过多级防静电二极管级联、π型衰减网络与防静电网络的组合方式,相比传统的防静电电路模式,不仅可以提高静电防护能力,还可以改善端口输出驻波。亦可降低防静电二极管选型时的要求,扩大选择范围,降低实现难度。本发明的静电防护能力较传统防护措施的静电防护能力大幅提升,且电路简单成本低、调试方便易实现,可适用于起于kHz级的超宽频带端口防静电应用。
在此说明书中,本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是,很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此,说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (6)
1.一种实现增强型端口静电防护的电路结构,其特征在于,所述的电路结构包括第一级静电防护单元、第二级静电防护单元和第三级静电防护单元,所述的第一级静电防护单元、第二级静电防护单元和第三级静电防护单元依次相连,所述的第一级静电防护单元为π型衰减电路,第二级静电防护单元和第三级静电防护单元为相同配置的静电防护电路;所述的第一级静电防护单元对静电进行衰减与分流,所述的第二级静电防护单元将大部分静电能量导流到地,所述的第三级静电防护单元将剩余的小部分静电能量导流到地。
2.根据权利要求1所述的实现增强型端口静电防护的电路结构,其特征在于,所述的第一级静电防护单元包括第一电阻、第二电阻和第三电阻,所述的第二电阻的一端与第二级静电防护单元相连,另一端与第一端口相连,所述的第一端口为测试端口,连接外部被测件,所述的第一电阻和第三电阻分别与第二电阻的两端相连,第一电阻和第三电阻的另一端均接地;在产生静电的情况下,所述的第一电阻和第三电阻形成静电到地通路,第二电阻对静电进行衰减。
3.根据权利要求1所述的实现增强型端口静电防护的电路结构,其特征在于,所述的第二级静电防护单元包括第四电阻、第一防静电二极管、第一隔直电容,所述的第一隔直电容的两端分别连接第一级静电防护单元和第三级静电防护单元,所述的第四电阻的一端与第二级静电防护单元的输入端相连,另一端接地;所述的第一防静电二极管的一端与第二级静电防护单元的输入端相连,另一端接地;在产生静电的情况下,所述的第四电阻提供静电对地泄流通路,所述的第一防静电二极管防止静电二极管对地导通,将高压的静电钳位至低电平,所述的第一隔直电容对静电进行阻断。
4.根据权利要求1所述的实现增强型端口静电防护的电路结构,其特征在于,所述的第三级静电防护单元第五电阻、第二防静电二极管、第二隔直电容,所述的第二隔直电容的两端分别连接第二级静电防护单元和第二端口,所述的第二端口为信号输入端口,连接到内部被保护电路,所述的第五电阻的一端与第三级静电防护单元的输入端相连,另一端接地;所述的第二防静电二极管的一端与第三级静电防护单元的输入端相连,另一端接地;在产生静电的情况下,所述的第五电阻提供静电对地泄流通路,所述的第二防静电二极管防止静电二极管对地导通,将高压的静电钳位至低电平,所述的第二隔直电容对静电进行阻断。
5.根据权利要求3所述的实现增强型端口静电防护的电路结构,其特征在于,所述的第四电阻为100kΩ。
6.根据权利要求1所述的实现增强型端口静电防护的电路结构,其特征在于,所述的第二级静电防护单元的第一隔直电容和第三级静电防护单元的第二隔直电容的容值相同。
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