专利名称：一种用于射频系统中的防护电路装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于通信领域的一种电路装置，尤其涉及的是一种RF(Radio Frequency)射频系统中的防护电路装置的改进。
背景技术：
现有技术中，如何减少静电放电ESD(Electrostatic Discharge)以及雷击浪涌等因素对电路的影响，是进行射频电路设计时需要重点考虑的因素。
射频器件大多采用MOS(金属氧化物半导体)工艺，本身的防静电等级很低，一般不超过1000V。由于射频端口性能要求的特殊性，靠近端口的器件又大多都是GaAs(砷化镓)工艺的，这种射频器件的防静电等级更低，一般不超过250V，这也是端口射频器件损坏率高的根本原因。
因此射频电路是很容易损坏；然而，在设备的生产、运输、装配等过程中，可能遇到的静电往往是几千伏甚至上万伏的，而且有些静电是防不胜防的。
对付静电、雷击浪涌等最有效的办法是提高电路本身的防静电等级，除了选择防静电等级高的器件以外，在一些特殊的地方，比如静电敏感的射频端口，还需要采用独立的防护电路。
现有技术的防护电路主要有下面几种一、采用快速开关二极管的技术。这种技术主要有两种电路。
第一种电路如附图1所示，是无反向偏置电路。这种电路结构简单，利用一个双向快速开关二极管D1-1的快速开关特性来完成防护功能。当正常工作时，射频端口小功率信号幅度很低，二极管呈截止高阻状态，射频信号通过；当有静电放电、雷击浪涌等高电压脉冲信号时，二极管迅速导通，和大地短路，将高电压脉冲能量迅速泻放到大地。
但这种电路有两个缺点首先，由于二极管本身的导通特性，对大功率射频信号会产生限幅失真，一般情况下，10dBm以上的射频信号就不适用于该电路了；其次，由于快速开关二极管的最大电流一般只有几百毫安，所以防护能力也不是很理想。
第二种电路如附图2所示，是单极电压反向偏置电路。这种电路利用两个快速开关二极管D2-1、D2-2的快速开关特性来完成防护功能。D2-1、D2-2上电后就处于反向偏置状态，这样既可以降低二极管的等效电容，又可以提高二极管的导通绝对电平。当正常工作时，射频端口信号幅度不足以使二极管导通，二极管呈截止高阻状态，射频信号通过；当有正的静电放电、雷击浪涌等高脉冲信号时，二极管D2-2迅速导通，和大地短路，将高脉冲信号能量迅速泻放到大地；当有负的静电放电、雷击浪涌等高脉冲信号时，二极管D2-1迅速导通，通过电容C2-1和大地短路，将高脉冲信号能量迅速泻放到大地。
这种电路虽然可以提高适用射频信号的功率和频率，但是有四个缺点1、还是不能最大限度的满足大功率射频信号的要求，一般情况下，20dBm以上的射频信号就不适用于本电路了；2、由于二极管的反向偏置，该电路用于端口时还需要隔直流的处理；3、当高脉冲信号导致二极管D2-1导通时，可能会对射频电路电源VCC造成污染；4、这个也是最重要的，由于开关二极管的正向最大电流比较小，所以这种方法的防护能力是很有限的。
二、采用瞬态电压抑制TVS(Transient Voltage Suppressor)二极管的技术。
这种电路如附图3所示，这种电路结构简单，利用TVS二极管反向快速击穿特性完成防护功能。当正常工作时，射频端口信号幅度很低，TVS二极管电路呈截止高阻状态，射频信号通过；当有ESD、浪涌等脉冲放电时，TVS二极管电路迅速导通，和大地短路，将静电能量迅速泻放到大地。
但是，由于TVS二极管对输出功率和接收灵敏度的影响比较大，而且对高频和高功率要求也很难满足，所以这种技术的应用还有很多局限性。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对目前防护电路中存在的适用的系统频率和功率不高，对被防护的射频系统影响较大，防护等级不够理想等问题，提供一种用于射频系统中的防护电路装置。
本实用新型的技术方案包括一种用于射频系统中的防护电路装置，其用于射频电路与射频接口连接器之间，其中，所述防护电路装置并联在被防护的射频电路和射频接口连接器的连线上，并至少包括第一二极管、第二二极管，第一电感，第二电感，第一电容和第二电容所述第一二极管的正极和第二二极管的负极都连接在所述连线上的同一点上；所述第一电感连接所述射频电路提供的负电压；所述第一电容的一端和第一二极管的负极连接，另一端接地；所述第二电感连接射频电路提供的正电压；所述第二电容的一端和第二二极管的正极连接，另一端接地。
所述的装置，其中，所述第一二极管和第二二极管分别为TVS二极管。
所述的装置，其中，所述装置还包括一第一肖特基二极管的负极连接第一TVS二极管的负极；所述第一肖特基二极管的正极与所述第一电感连接；一第二肖特基二极管的正极连接第二TVS二极管的正极；；所述第二肖特基二极管的负极与所述第二电感连接。
所述的装置，其中，所述第一TVS二极管和电路板之间的连线、所述第二TVS二极管和电路板之间的连线、所述第一电容和第一TVS二极管之间的连线、所述第一电容和地之间的连线、所述第二电容和第二TVS之间的连线、以及所述第二电容和地之间的连线采用尽可能粗和尽可能的短的连线。
所述的装置，其中，所述第一二极管和第二二极管采用型号完全相同的超低电容双极性TVS二极管。
所述的装置，其中，所述第一肖特基二极管和第二肖特基二极管采用型号完全相同的快速肖特基二极管。
所述的装置，其中，所述第一电容和第二电容采用0.47uF到4.7uF之间的耐压高频陶瓷电容。
所述的装置，其中，所述第一电感和第二电感采用感值500nH到2000nH之间的电感。
所述的装置，其中，所述第一电容紧靠第一二极管设置，所述第一二极管紧靠被保护射频电路的外接射频连线设置，所述第一电容紧靠地并良好接地。
所述的装置，其中，所述第二电容紧靠第二二极管设置，所述第二二极管紧靠被保护射频电路的外接射频连线，所述第二电容紧靠地并良好接地。
本实用新型所提供的一种用于射频系统中的防护电路装置，由于采用上述技术方案，提出了一种最高适用射频信号频率可以到3GHz以上，最大适用射频信号功率可以到80W(49dBm)以上，对被防护系统的影响非常小而且防护等级非常高的防护电路装置。
图1是现有防护技术中采用一个双向开关二极管的电路示意图；图2是现有防护技术中采用两个单向开关二极管并且有反向偏置的电路示意图；图3是现有防护技术中采用单纯TVS二极管电路的电路示意图；
图4是本实用新型的电路示意图；图5是本实用新型的一种应用中的超低电容双极性TVS二极管的结电容Cj和反向偏置电压VB之间的关系曲线图；图6是本实用新型一种应用中的超低电容双极性TVS二极管对射频端口影响的S21曲线图；图7是本实用新型一种应用中在IEC 61000-4-2ESD标准下8KV测试时的响应曲线图。
具体实施方式
以下结合附图，将对本实用新型的各较佳实施例进行更为详细的说明。
本实用新型的核心之一为TVS，这是瞬态电压抑制器(Transient VoltageSuppressor)的简称，是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以ns量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲以及静电的损坏。
如附图4所示，本实用新型的防护电路装置包括两级相同的Schottky(肖特基)二极管，第一肖特基二极管D4-1和第二肖特基二极管D4-2；两级相同的超低电容双极性TVS二极管，第一TVS二极管D4-3和第二TVS二极管D4-4；两个电感，第一电感L4-1和第二电感L4-2，和两个电容，第一电容C4-1和第二电容C4-2。
这里的肖特基二极管(D4-1和D4-2)选择同样封装同样型号的，主要利用其反向击穿电压高以及快速开关的特性来提高适用射频信号的功率。这里的TVS二极管(D4-3和D4-4)选择同样封装同样型号的超低电容TVS二极管，是防护电路的核心，主要利用其反向快速击穿和反向峰值电流高的特点完成电路的ESD、雷击浪涌等防护。另外由于超低电容双极性TVS二极管的超低电容特性(容值一般小于1PF)，可以使防护电路适用很高的信号频率。这里的电感L4-1和L4-2(感值一般大于几百nH，例如选择500nH到2000nH之间)主要用来防止ESD、雷击浪涌等高电压脉冲信号污染电源。这里的电容C4-1和C4-2(一般容值选择几uF且耐高压的陶瓷电容)是高频旁路电路，主要用来构成高压脉冲的放电通路。
本防护电路并联在被防护的射频电路(射频电路4)和射频端口(射频接口连接器4)的连线上。其中D4-3的正极和D4-4的负极都连接在PCB(印制电路板)连线4上的同一点上；D4-1的负极连接D4-3的负极；L4-1的一端连接D4-1的正极；L4-1的另一端连接射频电路4提供的负电压“-VCC4”；C4-1的一端和D4-3的负极联机；C4-1的另一端和地连接；D4-2的正极连接D4-4的正极；L4-2的一端连接D4-2的负极；L4-2的另一端连接射频电路4提供的正电压“+VCC4”；C4-2的一端和D4-4的正极连接；C4-2的另一端和地连接。
为了减少寄生电感，在PCB制作时，D4-3和PCB连线4之间的连线；D4-4和PCB连线4之间的连线；C4-1和D4-3之间的连线；C4-1和地GND之间的连线；C4-2和D4-4之间的连线；C4-2和地GND之间的连线等六条连线要尽可能的粗和尽可能的短。
本防护电路对高频率和高功率的射频电路进行有效的防护，可以通过人体2KV和空气15KV的IEC 61000-4-2ESD的标准。
如图4所示的本实用新型的实施例电路中，D4-2和D4-3是两个型号完全相同的超低电容双极性TVS二极管。这里用到的超低电容双极性TVS二极管不但继承了TVS的优点而且具有很低的结电容，在反向偏置时的电容更小，一般要小于0.8PF，如图5所示效果，这样就可以很方便的应用在高频系统中而且对射频系统几乎不会造成影响，如图6所示。
但是超低电容双极性TVS二极管的不足就是反向击穿电压VBR不高，一般VBR是3V左右，这样就不适合高功率的情况，为了解决高功率应用的问题，这里又用到了两个肖特基二极管的反向击穿电压高的特性。这里的D4-1和D4-2是两个相同型号的肖特基二极管，要求反向击穿电压大于2VCC+2VBR；开关时间小于10ns。这里的电感(L4-1和L4-2)可以选择1000nH左右的感值；电容(C4-1和C4-2)可以选择0.47uF到4.7uF之间的耐压陶瓷电容。
正常工作时，肖特基二极管D4-1和D4-2处于反向偏置状态；超低电容双极性TVS二极管D4-3和D4-4也处于偏置状态。在肖特基二极管的反向截止电压和反向偏置电压的共同作用下，正常工作时的通过射频信号功率可以很高。如果超低电容TVS二极管D4-3和D4-4的反向击穿电压都为VBR，肖特基二极管D4-1和D4-2的正向导通电压都为0.5V，这时防护通路可以通过的最大射频信号的峰值幅度就是VCC+VBR+1。
由上面的分析可知当VCC是5V时，选择的肖特基二极管的反向截止电压需要大于20V，这时防护电路最大不失真通过的射频信号功率大概是6.5W(38dBm)；当VCC是27V时，选择的肖特基二极管的反向截止电压需要大于61V，那么防护电路最大不失真通过的射频信号功率大概是80W(49dBm)。
对于ESD、雷击浪涌等高电压脉冲放电可以分为正极性和负极性两种情况。当射频接口连接器4存在正极性ESD、雷击浪涌等高压脉冲时，由于TVS二极管反向快速导通的特性，D4-4立即反向导通(同时D4-2正向导通)，ESD、雷击浪涌等高压脉冲通过D4-4和C4-2迅速泄放到大地，有效保护了后面的射频电路4(附图7所示的是IEC 61000-4-2ESD标准下8KV测试时的ESD响应曲线)。当射频接口连接器4存在负极性ESD、雷击浪涌等高压脉冲时，由于TVS二极管反向快速导通的特性，D4-3立即反向导通(同时D4-1正向导通)，ESD、雷击浪涌等高压脉冲通过D4-3和C4-1迅速泄放到大地，有效保护了后面的射频电路4。
应当理解的是，上述针对具体实施例的描述较为具体，但不能因此而理解为对本实用新型专利保护范围的限制，本实用新型的专利保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.一种用于射频系统中的防护电路装置，其用于射频电路与射频接口连接器之间，其特征在于，所述防护电路装置并联在被防护的射频电路和射频接口连接器的连线上，并至少包括第一二极管、第二二极管，第一电感，第二电感，第一电容和第二电容所述第一二极管的正极和第二二极管的负极都连接在所述连线上的同一点上；所述第一电感连接所述射频电路提供的负电压；所述第一电容的一端和第一二极管的负极连接，另一端接地；所述第二电感连接射频电路提供的正电压；所述第二电容的一端和第二二极管的正极连接，另一端接地。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一二极管和第二二极管分别为TVS二极管。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一第一肖特基二极管的负极连接第一TVS二极管的负极；所述第一肖特基二极管的正极与所述第一电感连接；一第二肖特基二极管的正极连接第二TVS二极管的正极；所述第二肖特基二极管的负极与所述第二电感连接。
4.根据权利要求1至3任意所述的装置，其特征在于，所述第一TVS二极管和电路板之间的连线、所述第二TVS二极管和电路板之间的连线、所述第一电容和第一TVS二极管之间的连线、所述第一电容和地之间的连线、所述第二电容和第二TVS之间的连线、以及所述第二电容和地之间的连线采用尽可能粗和尽可能的短的连线。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一二极管和第二二极管采用型号完全相同的超低电容双极性TVS二极管。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一肖特基二极管和第二肖特基二极管采用型号完全相同的快速肖特基二极管。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一电容和第二电容采用0.47uF到4.7uF之间的耐压高频陶瓷电容。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一电感和第二电感采用感值500nH到2000nH之间的电感。
9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一电容紧靠第一二极管设置，所述第一二极管紧靠被保护射频电路的外接射频连线设置，所述第一电容紧靠地并良好接地。
10.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二电容紧靠第二二极管设置，所述第二二极管紧靠被保护射频电路的外接射频连线，所述第二电容紧靠地并良好接地。
专利摘要本实用新型公开了一种用于射频系统中的防护电路装置，其用于射频电路与射频接口连接器之间，其中，所述防护电路装置并联在被防护的射频电路和射频接口连接器的连线上，并且第一二极管的正极和第二二极管的负极都连接在所述连线上的同一点上；所述第一电感连接所述射频电路提供的负电压；所述第一电容的一端和第一二极管的负极连接，另一端接地；所述第二电感连接射频电路提供的正电压；所述第二电容的一端和第二二极管的正极连接，另一端接地。本实用新型防护电路装置提出了一种对被防护系统的影响非常小而且防护等级非常高的防护电路装置。
文档编号H04B1/00GK2882190SQ200620055009
公开日2007年3月21日 申请日期2006年2月17日 优先权日2006年2月17日
发明者董经纬 申请人:中兴通讯股份有限公司