【導讀】在任何通信係統中，停機時間都是不可接受的，這當然包括新的5G手機通信係統。獲得高可靠性通常需要5G宏基站對電力線浪湧和電氣幹擾（例如雷電引起的瞬變和其它瞬變和過載）具有魯棒性。

在本文中，請了解保護三大基站係統，即基帶單元、電源和備用電池係統。

在任何通信係統中，停機時間都是不可接受的，這當然包括新的5G手機通信係統。獲得高可靠性通常需要5G宏基站對電力線浪湧和電氣幹擾（例如雷電引起的瞬變和其它瞬變和過載）具有魯棒性。

除了電源線可能造成的損壞外，基站還必須可靠耐用
，能夠抵禦閃電和靜電放電（ESD）衝擊等環境電氣危害。設計工程師需要保護他們的5G基站免受這些電氣危害，以防止損壞基站並避免嚴重的停機時間。

在上一篇文章中，我們討論了5G宏基站的適當電路保護，包括浪湧保護器（SPD）、塔頂放大器和先進天線係統（AAS）中的推薦保護元件。

本文將重點介紹保護三大基站係統，即：

● 基帶單元

● 電源

● 備用電池係統

我們還將致力於提出元件建議，以保護電路免受電氣危害並最大限度地降低功耗
，提高產品壽命和可靠性。

保護基帶單元

基帶單元處理來自呼叫和數據傳輸的數據，並在有線基礎設施和AAS之間鏈接數據。此外
，該設備對傳輸進行編碼或對接收到的信號進行解碼。注意基帶單元有自己的電源，如圖1所示。^

圖1.基帶單元框圖。圖片由Littelfuse公司提供

電源輸入

在(zai)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)電(dian)路(lu)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)，一(yi)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)使(shi)用(yong)熔(rong)斷(duan)器(qi)進(jin)行(xing)過(guo)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)。此(ci)外(wai)，對(dui)於(yu)這(zhe)種(zhong)直(zhi)流(liu)電(dian)路(lu)
，您(nin)還(hai)可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)使(shi)用(yong)快(kuai)速(su)熔(rong)斷(duan)器(qi)。表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)快(kuai)斷(duan)型(xing)版(ban)本(ben)可(ke)用(yong)於(yu)節(jie)省(sheng)空(kong)間(jian)的(de)應(ying)用(yong)。

金屬氧化物壓敏電阻（MOV）和氣體放電管串聯組合還有助於保護電源輸入電路的前端免受通過主交流電源和備用電池電路的瞬態的影響。

由於電源輸入為所有其它電路供電
，因此可以考慮在電源輸入電路的後端使用瞬態電壓抑製（TVS）二極管（如圖2所示）來保護這些電路免受瞬態和ESD的影響。

圖2.用於基站的TVS二極管示例。圖片由Littelfuse公司提供

TVS二極管具有比MOV更低的鉗位電壓，並且可以在下遊電路中啟用更低額定電壓的元件。

以太網電路

當涉及到以太網電路時，帶有撬棒保護元件的瞬態保護可以保護以太網通信端口的完整性。

如果正在使用以太網供電（PoE）通信鏈路，請考慮使用保護晶閘管。

另一種保護解決方案是使用TVS二極管陣列和氣體放電管。與保護晶閘管相比


，TVS二極管可以使用齊納二極管來鉗位瞬態，保護晶閘管則可以消除瞬態。

您可以尋找這些元件的低電容版本
，以盡量減少對數據傳輸質量的影響。

此外
，如果協議是PoE，那麼會包括一個熔斷器
，以保護以太網電路免受連接到電路的搭接線路導致的過載的影響。

HDMI電路

對於HDMI電路，HDMI接口數據線應該有ESD保護。

可以考慮一個4線TVS二極管陣列（如圖3所示），以吸收高達20kV的ESD衝擊。

圖3.用於I/O線路保護的4線TVS二極管陣列。圖片由Littelfuse公司提供

尋找具有低於50nA的低泄漏電流和低於0.5pF的電容的元件以最大限度地減少對高速HDMI傳輸的幹擾非常重要。

數字信號處理器（DSP）

要考慮的一個重要方麵是基帶單元中的關鍵模塊
，即DSP。該器件還應具有電壓瞬變保護。

與基帶單元中的其它電路一樣
，TVS二極管將提供高達30kV的單向或雙向ESD保護。

保護電源和備用電池係統

總體而言，電源和備用電池係統提供交流線路電源和直流電池備用電源，以確保在禁用交流線路電源時基站保持供電。圖4顯示了電源和備用電池係統的電路塊。

圖4.電源和備用電池係統框圖。圖片由Littelfuse公司提供

保護輸入保護、整流器和濾波電路

在宏基站應用中
，輸入保護
、整流器和濾波器將交流輸入轉換為直流。由於它與交流線路連接
，因此需要一整套過電流和過電壓瞬態保護。

對(dui)於(yu)電(dian)流(liu)過(guo)載(zai)和(he)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)，使(shi)用(yong)快(kuai)速(su)熔(rong)斷(duan)器(qi)可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)損(sun)壞(huai)電(dian)源(yuan)中(zhong)的(de)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)。使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)

，有(you)必(bi)要(yao)確(que)保(bao)所(suo)選(xuan)熔(rong)斷(duan)器(qi)具(ju)有(you)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)


，以(yi)避(bi)免(mian)由(you)於(yu)電(dian)源(yuan)的(de)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)而(er)造(zao)成(cheng)的(de)麻(ma)煩(fan)故(gu)障(zhang)。

此外
，熔斷器的額定電壓超過交流線路上的電壓也很重要。其它電源電路可以在輸入線路上加入一個MOV和氣體放電管，以吸收和保護電路免受交流線路感應電壓瞬變的影響。還建議在電路中使用TVS二極管，以提高對瞬態浪湧的抗擾度並提高長期可靠性。

最後，在電路中添加一個磁傳感器可以確保在電子櫃上的門打開時電源斷電。

高頻轉換器和鉗位電路

高頻轉換器和鉗位器將整流後的交流線電壓轉換為kHz頻率範圍內的脈衝波形。

TVS二極管可用於吸收任何設法通過輸入電路的瞬變並保護下遊電路。

為了最大限度地提高開關電源的效率
，可以使用具有低Rds（on）和高dv/dt的MOSFET來降低通態功耗和開關功率損耗。

輸出整流濾波電路

shuchuzhengliuhelvboqijiangmaichongdianyazhuanhuanhuizhiliudianya。yizhongjiejuefanganshishiyongjuyouchaodizhengxiangdianyadexiaotejierjiguanzhengliuqilaijianshaodianluzhongdesunhao。youyuzhengxiangyajiangdi，xiaotejierjiguanyouzhuyutigaodianyuanxiaolv。

輸出直流保護電路

為了幫助保護電源，一種方法是在輸出直流保護電路中使用快速熔斷器。該解決方案可以保護電源免受負載中的任何過載故障
，包括AAS和基帶單元。

備用電池

zuihou，beiyongdianchishiyizhongdagonglvdianchizu，keyizaijiaoliudianyuanzhongduanshizhichijizhan。weilebangzhubaohucishebei
，kaolvzaidianchidianlushangshiyongkuaisurongduanqiyitigongguozaibaohufeichangzhongyao。

此ci外wai，監jian測ce電dian池chi溫wen升sheng對dui於yu確que保bao電dian池chi的de安an全quan性xing是shi必bi要yao的de。為wei此ci，您nin可ke以yi使shi用yong放fang置zhi在zai電dian池chi組zu模mo塊kuai上shang的de表biao麵mian貼tie裝zhuang熱re敏min電dian阻zu。這zhe種zhong方fang法fa還hai可ke以yi幫bang助zhu保bao護hu電dian池chi組zu模mo塊kuai免mian於yu過guo度du充chong電dian。

另一種解決方案可能是三端熔斷器，它可用於檢測過電壓情況並充當熔斷器，將模塊與充電電壓斷開。該元件可以替代快速熔斷器。

另一個可以作為備用電池電路中電池管理IC備bei用yong的de元yuan件jian是shi微wei型xing斷duan路lu器qi
，它ta可ke以yi是shi與yu聚ju合he物wu正zheng溫wen度du係xi數shu元yuan件jian並bing聯lian的de開kai關guan。該gai元yuan件jian為wei電dian池chi組zu提ti供gong過guo熱re和he過guo流liu保bao護hu，並bing提ti供gong輔fu助zhu保bao護hu元yuan件jian，幫bang助zhu防fang止zhi電dian池chi組zu進jin入ru過guo充chong電dian狀zhuang態tai或huo過guo放fang電dian狀zhuang態tai。

總體而言，備用電池電路中的電池管理係統（BMS）具有連接到每個電池組的單個電池的電壓檢測線。這些感應線容易受到ESD和其它電壓瞬變的影響。建議使用由一個封裝組成的TVS二極管陣列，其中兩個TVS二極管在檢測線上以陽極到陽極的方式連接
，以實現雙極瞬態保護。

當備用電池電路使用I2C通信協議將電池組的狀態從電量計IC傳輸到電池管理IC時，請考慮使用聚合物正溫度係數元件在高壓瞬態期間限製I2C線路上的電流。該係列元件可保護安全吸收I2C數據線上瞬變的過壓組件。

設計基站以實現最長正常運行時間

總而言之
，通信基礎設施必須具有極高的可靠性，才能使正常運行時間超過99.9%。推薦的元件技術可以通過保護電路免受五種電氣危險源的影響
，幫助提供無線通信基礎設施所需的高可靠性。

設計人員可以使用範圍廣泛的安全元件和多個版本的元件。設計人員可以通過與元件製造商的應用工程師合作來指定所需的保護
、控(kong)製(zhi)和(he)傳(chuan)感(gan)元(yuan)件(jian)，從(cong)而(er)節(jie)省(sheng)開(kai)發(fa)時(shi)間(jian)。此(ci)外(wai)，應(ying)用(yong)工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)以(yi)協(xie)助(zhu)指(zhi)導(dao)滿(man)足(zu)基(ji)站(zhan)的(de)國(guo)家(jia)和(he)國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun)。一(yi)些(xie)製(zhi)造(zao)商(shang)還(hai)提(ti)供(gong)預(yu)符(fu)合(he)性(xing)測(ce)試(shi)，以(yi)幫(bang)助(zhu)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)符(fu)合(he)標(biao)準(zhun)。

最重要的是：保護基站設計免受過載電流和電壓瞬態危害對於確保製造商在快速增長的5G市場中提供高可靠性設備至關重要。

（來源：EDN電子技術設計
，作者：Todd Phillips，Littelfuse公司）

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