CN2750541Y - 一种静电放电防护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种静电放电防护电路。本实用新型主要是通过采用快速开关二极管串联电容组合的电路结构，利用高频信号通过快速开关二极管对电容组合充电，电容组合充电后对快速开关二极管提供偏压，提升快速开关二极管的正向导通电压。当电容组合充电的电平和高频信号电平峰值之和超过快速开关二极管的反向击穿电压时，高频信号被压缩，利用快速开关二极管的反向击穿电压高的特性，实现了对工作在较高频段和较大信号功率的静电放电敏感器件进行静电放电防护。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线和微波通讯领域，尤其涉及一种适用于高频大功率信号的静电放电防护电路。
背景技术
在无线和微波通讯系统中，很多射频和微波器件的静电放电等级都在500V以下，有些甚至只有一、两百伏。如此低的静电放电等级给生产、调测以及使用都带来了很大的困难，器件很容易失效，使系统的故障率升高。所以，在单板的电路设计上就应该考虑静电放电敏感器件的防护问题。已有的静电放电防护技术主要有过压保护、滤波和阻性元件衰减等。采用阻性元件衰减对静电放电的防护效果非常有限，静电放电能量衰减多少，有用信号也会被衰减多少，所以实用性不强，更不能应用于大功率信号电路；采用滤波电路进行静电放电防护时，由于静电放电频谱的主能量一般在几兆到数百兆赫兹的频段，因此必须采用高通或带通滤波器且滤波器的低端截止频率需要高达800MHz以上，防护效果才比较好。静电放电滤波电路设计比较复杂，同时由于滤波电路的插入损耗问题，很难用于较大功率信号的电路；采用过压保护的方法进行静电放电防护主要使用瞬态电压抑制管和快速开关二极管。
采用瞬态电压抑制管防护时，通常可以将静电放电等级为200V的器件的抗静电放电能力提高到2000～4000V，而且有较好的大功率适应性能，但由于其自身较大的寄生电容的影响只能应用在1GHz以下的电路中。
快速开关二极管具有很小的结电容，常常用于高频电路的静电放电防护。单纯采用快速开关二极管防护时，由于受到快速开关二极管正向导通电压的影响，当工作信号的峰值电压超过快速开关二极管的正向导通电压时，工作信号就会饱和压缩，产生失真，一般快速开关二极管正向导通电压为0.7V，因此在50欧姆的射频和微波系统中信号功率超过7dBm就会产生压缩失真；虽然可以通过快速开关二极管串联方法或对快速开关二极管施加偏置电压的方法提高防护电路的导通电压从而提高工作信号的功率压缩点，但是施加偏置电压的电路设计非常复杂(需要增加+/-电源)，快速开关二极管串联方法提高幅度有限(两个快速开关二极管串联，工作信号的功率压缩点只能提高3dB)。
目前的几种静电放电防护方案要在数百MHz以上的较大功率电路中实现较好的静电放电防护效果、同时又对工作信号影响较小是非常困难的。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种采用快速开关二极管串联大容值电容的电路结构，对工作在较高频段和较大信号功率的静电放电敏感器件进行静电放电防护。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
本实用新型提供了一种静电放电防护电路，包括第一快速开关二极管及第二快速开关二极管，所述的第一、第二快速开关二极管并联，该并联电路一端接地，一端与工作电路相连，其特征在于：还包括第一电容组合及第二电容组合；其中，所述的第一电容组合与第一快速开关二极管串联，所述的第二电容组合与第二快速开关二极管串联。
两个快速开关二极管与第一、第二电容组合的串联方式可以为任意串联，可以为两个电容组合分别串联在两个快速开关二极管与接地之间的方式；也可以为两个电容组合分别串联在两个快速开关二极管与工作电路之间的方式；也可以为第一电容组合串联在第一快速开关二极管与接地之间，而第二电容组合串联在第二快速开关二极管与工作电路之间的方式；还可以为第一电容组合串联在第一快速开关二极管与工作电路之间，第二电容组合串联在第二快速开关二极管与接地之间的方式。
所述第一电容组合与第二电容组合的容值范围均为100nF至1000nF。
所述静电放电防护电路还包括第三电容组合，第三电容组合与所述第一电容组合并联。
所述第三电容组合的容值范围为100pF至1000pF。
所述的静电放电防护电路还包括第四电容组合，与所述第二电容组合并联。所述的静电放电防护电路还包括第四电容组合，与所述第二电容组合并联。所述第四电容组合的容值范围为100pF至1000pF。
所述第一、第二、第三及第四电容组合各自的组成均可以为：一个电容，两个或两个以上电容的串联组合，两个或两个以上电容的并联组合，两个或两个以上电容串联后又与一个或两个或两个以上电容并联的组合，两个或两个以上电容并联后又与一个或两个或两个以上电容串联的组合。
所述第一、第二、第三及第四电容组合中的电容为陶瓷贴片陶瓷电容。
由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，防护快速开关二极管串联电容可以提高快速开关二极管的正向导通电压(箝位电压)，串联的电容容值较大，其静电放电防护能力越好。其原理是利用高频信号通过快速开关二极管对电容充电，电容充电后对快速开关二极管提供偏压，提升快速开关二极管的正向导通电压。当电容充电的电平和高频信号电平峰值之和超过快速开关二极管的反向击穿电压时，高频信号才被压缩，由于快速开关二极管的反向击穿电压一般都跟高，因此这种静电放电防护电路的工作信号功率容量能力非常好。
附图说明
图1为快速开关二极管串联第一电容组合和第二电容组合的静电放电防护电路；
图2为快速开关二极管串联第一电容组合、第二电容组合和第三电容组合、第四电容组合的静电放电防护电路；
图3为快速开关二极管串联第一电容组合和第二电容组合提高箝位电压的仿真结果图；
图4为快速开关二极管串联的第一电容组合的第一种结构；
图5为快速开关二极管串联的第一电容组合的第二种结构；
图6为快速开关二极管串联第一电容组合和第二电容组合的另一种电路结构图。
具体实施方式
两个快速开关二极管与第一、第二电容组合的串联方式可以有多种，可以如图1和图6所示的方式，也可以为第一电容组合串联在第一快速开关二极管与接地之间，而第二电容组合串联在第二快速开关二极管与工作电路之间的方式。还可以为第一电容组合串联在第一快速开关二极管与工作电路之间，第二电容组合串联在第二快速开关二极管与接地之间的方式。
第一电容组合的结构可以为两个或两个以上电容的串联或者并联，其结构如图4和图5所示。
第二电容组合的结构也可以为两个或两个以上电容的串联或者并联，其结构也可以参照图4和图5所示。
下面以图1所示的两个快速开关二极管分别串联一个电容组合为例，详细说明本方案的实现。
工作电路中的工作信号通过两个快速开关二极管对电容组合C1和C2充电，C1冲上正电压，C2冲上负电压，这样电容组合C1和C2对两个快速开关二极管提供偏置电压，从而提升两个快速开关二极管的正向导通电压。高频信号对电容组合C1、C2的初始充电会产生信号延迟，电容组合C1、C2的容值越大，信号延迟较多，但是电容被充电以后其电压保持稳定不变，对高频信号质量无影响。
在50Ω系统中，单个快速开关二极管对高频信号的限幅点约为7dBm，在图2所示的电路中，高频信号的限幅点(1分贝压缩点)可以提高到38dBm左右，见图3的仿真结果(仿真频率为1GHz)。
此防护电路用于某射频放大器的输入端时，放大器输入端口的静电放电阈值电压为300V。电容组合C1和C2均等于0.02uF时，其抗静电能力达到2500V；电容组合C1和C2分别等于0.1uF或0.47uF时，其抗静电能力达到4000V。
再以两个快速开关二极管分别串联两个电容组合为例，详细说明本方案的实现方式。电路如图2所示；
工作电路中的工作信号通过快速开关二极管对电容组合C1/C1′和C2/C2′充电，C1/C1′冲上正电压，C2/C2′冲上负电压，这样C1/C1′和C2/C2′对快速开关二极管提供偏置电压，从而提升二极管的正向导通电压。高频信号对电容组合C1/C1′、C2/C2′的初始充电会产生信号延迟，电容组合C1、C2的容值越大，信号延迟较多，但是电容组合被充电以后其电压保持稳定不变，对高频信号质量无影响。C1和C2为主要的静电能量泻放电容组合，选择的容值较大，一般为数百nF，主要用来泻放数十MHz以下的静电放电频谱能量。由于大容值电容组合具有较大的串联寄生电感，在数百MHz以上的高频时有较大的阻抗，不利于静电放电频谱中高频能量的泻放，因此增加辅助电容组合C1′和C2′，C1′和C2′选择的容值较小的高频电容组合，一般为数百pF，具有很小的串联寄生电感，在数百MHz以上高频时的阻抗很小，可以有效泻放数百MHz以上的静电放电频谱能量。
快速开关二极管所串联的电容组合的结构可以为多种，可以为两个或多个电容的串联或者并联。快速开关二极管所串联的大电容组合的结构可以为两个或两个以上电容的串联，如图4所示，也可以为两个或两个以上电容的并联，如图5所示。快速开关二极管所串联的两个小电容组合的结构也可以为多种，可以为两个或两个以上小电容的串联或者并联。小电容组合的结构可以参照图4和图5的结构。
电路中串联的电容组合中的电容选用陶瓷贴片陶瓷电容，使静电放电防护电路具有优良的可靠性，可以承受上万次的静电放电脉冲冲击。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体事实方式，但本实用新型的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的普通技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1、一种静电放电防护电路，包括第一快速开关二极管及第二快速开关二极管，所述的第一、第二快速开关二极管并联，并且所述第一、第二快速开关二极管连接时极性相反，该并联电路一端接地，一端与工作电路相连，其特征在于：还包括第一电容组合及第二电容组合；其中，所述的第一电容组合与第一快速开关二极管串联，所述的第二电容组合与第二快速开关二极管串联。
2、如权利要求1所述的一种静电放电防护电路，其特征在于：两个快速开关二极管与第一、第二电容组合的串联方式为任意串联，即：两个电容组合分别串联在两个快速开关二极管与接地之间；或两个电容组合分别串联在两个快速开关二极管与工作电路之间；或第一电容组合串联在第一快速开关二极管与接地之间，而第二电容组合串联在第二快速开关二极管与工作电路之间；或第一电容组合串联在第一快速开关二极管与工作电路之间，第二电容组合串联在第二快速开关二极管与接地之间。
3、如权利要求1或2所述的一种静电放电防护电路，其特征在于：所述第一电容组合与第二电容组合的容值范围均为100nF至1000nF。
4、如权利要求1所述的一种静电放电防护电路，其特征在于：所述静电放电防护电路还包括第三电容组合，第三电容组合与所述第一电容组合并联。
5、如权利要求4所述的一种静电放电防护电路，其特征在于：所述第三电容组合的容值范围为100pF至1000pF。
6、如权利要求1或2所述的一种静电放电防护电路，其特征在于：所述的静电放电防护电路还包括第四电容组合，与所述第二电容组合并联。
7、如权利要求4所述的一种静电放电防护电路，其特征在于：所述的静电放电防护电路还包括第四电容组合，与所述第二电容组合并联。
8、如权利要求7所述的一种静电放电防护电路，其特征在于：所述第四电容组合的容值范围为100pF至1000pF。
9、如权利要求1、2、4、5、7或8所述的一种静电放电防护电路，其特征在于：所述第一、第二、第三及第四电容组合各自的组成均可以为：一个电容，两个或两个以上电容的串联组合，两个或两个以上电容的并联组合，两个或两个以上电容串联后又与一个或两个或两个以上电容并联的组合，两个或两个以上电容并联后又与一个或两个或两个以上电容串联的组合。
10、如权利要求1、2、4、5、7或8所述的一种静电放电防护电路，其特征在于：所述第一、第二、第三及第四电容组合中的电容为陶瓷贴片陶瓷电容。
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