協(xié)同電路保護(hù)方案使通信設(shè)備免受損害

1、    協(xié)同電路保護(hù)方案使通信設(shè)備免受損害摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計和仿真驗證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte在通信設(shè)備的正常使用過程中，由于惡劣的電磁環(huán)境可能造成個別元器件的損壞，導(dǎo)致通信設(shè)

2、備不能正常工作，造成重大損失。為了確保通信設(shè)備的安全，通常在通信設(shè)備中設(shè)計有關(guān)保護(hù)電路。常用的保護(hù)器件按工作原理劃分，主要有過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、過溫度保護(hù)和EMI保護(hù)等幾大類。根據(jù)實現(xiàn)保護(hù)的不同方法，相同功能的保護(hù)器件也有不同種類可供選用。在實際運(yùn)用中，為了確保滿足設(shè)備的保護(hù)和可靠性要求，保護(hù)電路往往采用多重協(xié)同保護(hù)（多級保護(hù)）。通信設(shè)備電路的保護(hù)在通信設(shè)備的正常使用過程中，交流電網(wǎng)和通信線路上會出現(xiàn)雷擊浪涌電壓、火花放電等EMI瞬態(tài)干擾信號。瞬態(tài)干擾的特點是作用時間極短，但電壓幅度高、瞬態(tài)能量大。當(dāng)瞬態(tài)電壓疊加在控制系統(tǒng)的輸入電壓上，使輸入通信設(shè)備系統(tǒng)的電壓超過系統(tǒng)內(nèi)部器件的極限電壓時，

3、便會損壞通信設(shè)備的電源；當(dāng)瞬態(tài)電壓疊加在通信線路上時，瞬間高壓便會損壞信號環(huán)路中傳輸、控制的元器件。另外，由于電力線搭碰、感應(yīng)，通信電路上有可能出現(xiàn)持續(xù)的過電壓、過電流，如不加保護(hù)也有可能損壞通信電路或器件，甚至造成火災(zāi)和生命財產(chǎn)損失。因此，必須采用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，對通信系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行防護(hù)。通信設(shè)備電路常用保護(hù)器件與工作特性過電壓保護(hù)器件通常有高阻抗特性，當(dāng)電壓達(dá)到它的過電壓保護(hù)值以上時，就轉(zhuǎn)換到低阻抗；一旦過電壓故障消失，保護(hù)器件會返回到高電阻狀態(tài)，是一種可恢復(fù)器件。常用的過電壓保護(hù)器件有SiBar（半導(dǎo)體晶閘管浪涌保護(hù)器件）、瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）、MOV（金屬氧化物可變電阻）、和GDT

4、（氣體放電管）等。相反，過電流保護(hù)元件通常有低阻抗特性，當(dāng)通過它的電流達(dá)到過電流保護(hù)值以上時，轉(zhuǎn)換到高阻抗。常用的過電流保護(hù)器件有PPTC（聚合物正溫度系數(shù)）、CPTC（陶瓷正溫度系數(shù)）等，它們的共同特點是可重置，而不像保險絲為一次性的不可恢復(fù)器件?？苫謴?fù)過電流保護(hù)元件的優(yōu)勢很明顯，一旦過電流故障消失，保護(hù)器件冷卻后會返回到低電阻狀態(tài)。1 過電壓保護(hù)器件SiBar過電壓保護(hù)器件按工作原理可以分為鉗位型過電壓保護(hù)器件和折返式過電壓保護(hù)器件，常用的鉗位型過電壓保護(hù)器件有MOV（Metal oxide Varistors）和二極管，而折返式過電壓保護(hù)器件有GDT和可控硅過電壓保護(hù)器件。折返式過電壓保

5、護(hù)器件的I/V曲線如圖1所示，它較鉗位型過電壓保護(hù)器件具有體積小和功耗低的優(yōu)點。SiBar就是一種基于N型半導(dǎo)體的折返式可控硅浪涌電壓過電壓保護(hù)器件（TSP）。圖1 折返式過電壓保護(hù)器件的I/V曲線SiBar在浪涌電壓超過擊穿電壓時起分流的作用。當(dāng)浪涌電壓超過擊穿電壓時，SiBar工作在保護(hù)特性曲線的低阻區(qū)，形成一個低阻通路，有效地降低過電壓。SiBar器件保持低阻狀態(tài)直到流過該器件的電流下降到低于保持電流。在過電壓事件過去之后，SiBar器件自動恢復(fù)到高阻狀態(tài)。2 瞬態(tài)電壓抑制器 瞬態(tài)電壓抑制器的工作原理瞬態(tài)電壓抑制器的電路符號與普通穩(wěn)壓二極管相同，縮寫為TVS。它的正向特性與普通二極管相同

6、，反向特性與典型的PN結(jié)雪崩器件相同。在浪涌電壓的作用下，瞬態(tài)電壓抑制器兩電極之間的電壓由額定反向關(guān)斷電壓VFM上升到擊穿電壓VBR，產(chǎn)生擊穿。隨著擊穿電流的出現(xiàn)，流過瞬態(tài)電壓抑制器的電流將達(dá)到峰值脈沖電流IPP，在其兩端的電壓被鉗位到最大鉗位電壓VC以下。然后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，瞬態(tài)電壓抑制器兩電極間電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到初態(tài)，這就是瞬態(tài)電壓抑制器抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護(hù)電子元器件的工作過程。目前，瞬態(tài)電壓抑制器已被廣泛應(yīng)用于計算機(jī)系統(tǒng)、通信設(shè)備、交/直流電源、汽車、電子鎮(zhèn)流器、家用電器、儀器儀表（電度表）、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、AD

7、SL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、數(shù)字照相機(jī)的保護(hù)、共模/差模保護(hù)、RF耦合/IC驅(qū)動接收保護(hù)等各個領(lǐng)域。瞬態(tài)電壓抑制器主要有反向斷態(tài)電壓（截止電壓）VRWM與反向漏電流IR、擊穿電壓VBR、脈沖峰值電流IPP、最大鉗位電壓VC、脈沖峰值功率Pm、穩(wěn)態(tài)功率PO和極間電容Cj等參數(shù)。 瞬態(tài)電壓抑制器的分類瞬態(tài)電壓抑制器按極性可以分為單極性和雙極性兩種，單向瞬態(tài)電壓抑制器的特性與穩(wěn)壓二極管相似，雙向瞬態(tài)電壓抑制器的特性相當(dāng)于兩個穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián)。按用途，瞬態(tài)電壓抑制器可以分為通用型瞬態(tài)電壓抑制器和特殊電路適用的專用型瞬態(tài)電壓抑制器。如果按封裝及內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分，瞬態(tài)電壓抑制器

8、又可以分為軸向引線、雙列直插瞬態(tài)電壓抑制器陣列（適用多線保護(hù)）、貼片式、組件式和大功率模塊式等。3 金屬氧化物可變電阻金屬氧化物可變電阻（MOV）是一種陶瓷元件，其應(yīng)用越來越廣泛。它是由氧化鋅微粒組成的多晶半導(dǎo)體過電壓抑制器件，典型應(yīng)用產(chǎn)品是氧化鋅壓敏電阻。利用其良好的伏安特性可以將沖擊電壓限制在一定范圍內(nèi)。其主要技術(shù)參數(shù)有通電流能力、沖擊擊穿電壓和殘電壓。金屬氧化物可變電阻能承受較大的電流沖擊，具有較快的響應(yīng)速度，可達(dá)到毫微秒級，價格較便宜。金屬氧化物可變電阻的不足之處在于它的體積和電容值較大，存在一定的漏電流，如果質(zhì)量不好，漏電流將逐漸增大甚至損壞；同時金屬氧化物可變電阻的殘電壓較高，鉗位

9、效果較差。沖擊電流越大，鉗位電壓就越高，反復(fù)沖擊耐受能力差，它多次受沖擊后工作特性變壞，會影響到其使用效果和工作壽命。4 氣體放電管氣體放電管（GDT）是把一對放電間隙封裝在充以放電介質(zhì)（如惰性氣體）的玻璃或陶瓷中的器件。常用氣體放電管的沖擊擊穿電壓在一百多伏到幾千伏，一旦沖擊過電壓達(dá)到?jīng)_擊擊穿電壓時，氣體放電管內(nèi)的氣體電離，其由原來的開路狀態(tài)變?yōu)榻贫搪窢顟B(tài)。由于氣體放電管可以容納較高的脈沖電流、電容較低，但脈沖電壓擊穿滯后較多，一般用氣體放電管作為第一級保護(hù)元件，常用的氣體放電管的外形如圖2所示。 圖2  常用氣體放電管的外形圖5 正溫度系數(shù)（PTC）電阻器實用中，正溫

10、度系數(shù)（PTC）電阻器可用于過電流/過溫度保護(hù)的應(yīng)用場合，是一種限電流固態(tài)元件。PTC電阻器在正常溫度下呈現(xiàn)歐姆特性，當(dāng)超過一個特定溫度以后，電阻值急劇上升104106倍。當(dāng)故障排除之后，PTC電阻器能自動恢復(fù)到低電阻狀態(tài)，重新接通電路，因此使用中不需要維護(hù)。使用中，PTC元件和被保護(hù)電路串聯(lián)連接，當(dāng)電路中的電流迅速增加時，PTC的電阻迅速增加，從而限制電路過電流，實現(xiàn)對被保護(hù)對象的保護(hù)，這一過程被稱之為PTC的“動作”。PTC按材料構(gòu)成又可以分為PPTC和CPTC兩大類，PPTC為聚合物正溫度系數(shù)電阻器，CPTC為陶瓷正溫度系數(shù)電阻器。PPTC器件是一種較新的技術(shù)，它克服了陶瓷器件的缺點，具有體積小、電容小、動作快的特點。PolySwitch（PSW）保護(hù)元件（PPTC）是由聚合物原料摻合導(dǎo)電顆粒制成的，如圖3所示。在正常溫度下，原材料結(jié)晶狀結(jié)構(gòu)將導(dǎo)體顆粒緊密束縛在一起，形成多個低電阻通路。當(dāng)大電流通過或周圍環(huán)境溫度升