【導(dǎo)讀】在任何通信系統(tǒng)中，停機(jī)時(shí)間都是不可接受的，這當(dāng)然包括新的5G手機(jī)通信系統(tǒng)。獲得高可靠性通常需要5G宏基站對電力線浪涌和電氣干擾（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(hù)三大基站系統(tǒng)，即基帶單元、電源和備用電池系統(tǒng)。

在任何通信系統(tǒng)中，停機(jī)時(shí)間都是不可接受的，這當(dāng)然包括新的5G手機(jī)通信系統(tǒng)。獲得高可靠性通常需要5G宏基站對電力線浪涌和電氣干擾（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，能夠抵御閃電和靜電放電（ESD）沖擊等環(huán)境電氣危害。設(shè)計(jì)工程師需要保護(hù)他們的5G基站免受這些電氣危害，以防止損壞基站并避免嚴(yán)重的停機(jī)時(shí)間。

在上一篇文章中，我們討論了5G宏基站的適當(dāng)電路保護(hù)，包括浪涌保護(hù)器（SPD）、塔頂放大器和先進(jìn)天線系統(tǒng)（AAS）中的推薦保護(hù)元件。

本文將重點(diǎn)介紹保護(hù)三大基站系統(tǒng)，即：

● 基帶單元

● 電源

● 備用電池系統(tǒng)

我們還將致力于提出元件建議，以保護(hù)電路免受電氣危害并最大限度地降低功耗，提高產(chǎn)品壽命和可靠性。

保護(hù)基帶單元

基帶單元處理來自呼叫和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并在有線基礎(chǔ)設(shè)施和AAS之間鏈接數(shù)據(jù)。此外，該設(shè)備對傳輸進(jìn)行編碼或?qū)邮盏降男盘栠M(jìn)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

在電源輸入電路的輸入端，一種解決方案是使用熔斷器進(jìn)行過電流保護(hù)。此外，對于這種直流電路，您還可以考慮使用快速熔斷器。表面貼裝快斷型版本可用于節(jié)省空間的應(yīng)用。

金屬氧化物壓敏電阻（MOV）和氣體放電管串聯(lián)組合還有助于保護(hù)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(tài)的影響。

由于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后端使用瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極管（如圖2所示）來保護(hù)這些電路免受瞬態(tài)和ESD的影響。

圖2.用于基站的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，并且可以在下游電路中啟用更低額定電壓的元件。

以太網(wǎng)電路

當(dāng)涉及到以太網(wǎng)電路時(shí)，帶有撬棒保護(hù)元件的瞬態(tài)保護(hù)可以保護(hù)以太網(wǎng)通信端口的完整性。

如果正在使用以太網(wǎng)供電（PoE）通信鏈路，請考慮使用保護(hù)晶閘管。

另一種保護(hù)解決方案是使用TVS二極管陣列和氣體放電管。與保護(hù)晶閘管相比，TVS二極管可以使用齊納二極管來鉗位瞬態(tài)，保護(hù)晶閘管則可以消除瞬態(tài)。

您可以尋找這些元件的低電容版本，以盡量減少對數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的影響。

此外，如果協(xié)議是PoE，那么會(huì)包括一個(gè)熔斷器，以保護(hù)以太網(wǎng)電路免受連接到電路的搭接線路導(dǎo)致的過載的影響。

HDMI電路

對于HDMI電路，HDMI接口數(shù)據(jù)線應(yīng)該有ESD保護(hù)。

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

圖3.用于I/O線路保護(hù)的4線TVS二極管陣列。圖片由Littelfuse公司提供

尋找具有低于50nA的低泄漏電流和低于0.5pF的電容的元件以最大限度地減少對高速HDMI傳輸?shù)母蓴_非常重要。

數(shù)字信號處理器（DSP）

要考慮的一個(gè)重要方面是基帶單元中的關(guān)鍵模塊，即DSP。該器件還應(yīng)具有電壓瞬變保護(hù)。

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

保護(hù)電源和備用電池系統(tǒng)

總體而言，電源和備用電池系統(tǒng)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(shí)基站保持供電。圖4顯示了電源和備用電池系統(tǒng)的電路塊。

圖4.電源和備用電池系統(tǒng)框圖。圖片由Littelfuse公司提供

保護(hù)輸入保護(hù)、整流器和濾波電路

在宏基站應(yīng)用中，輸入保護(hù)、整流器和濾波器將交流輸入轉(zhuǎn)換為直流。由于它與交流線路連接，因此需要一整套過電流和過電壓瞬態(tài)保護(hù)。

對于電流過載和短路保護(hù)，使用快速熔斷器可以防止損壞電源中的功率半導(dǎo)體。使用這種方法，有必要確保所選熔斷器具有額定電流，以避免由于電源的浪涌電流而造成的麻煩故障。

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(gè)MOV和氣體放電管，以吸收和保護(hù)電路免受交流線路感應(yīng)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(tài)浪涌的抗擾度并提高長期可靠性。

最后，在電路中添加一個(gè)磁傳感器可以確保在電子柜上的門打開時(shí)電源斷電。

高頻轉(zhuǎn)換器和鉗位電路

高頻轉(zhuǎn)換器和鉗位器將整流后的交流線電壓轉(zhuǎn)換為kHz頻率范圍內(nèi)的脈沖波形。

TVS二極管可用于吸收任何設(shè)法通過輸入電路的瞬變并保護(hù)下游電路。

為了最大限度地提高開關(guān)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(tài)功耗和開關(guān)功率損耗。

輸出整流濾波電路

輸出整流和濾波器將脈沖電壓轉(zhuǎn)換回直流電壓。一種解決方案是使用具有超低正向電壓的肖特基二極管整流器來減少電路中的損耗。由于正向壓降低，肖特基二極管有助于提高電源效率。

輸出直流保護(hù)電路

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

備用電池

最后，備用電池是一種大功率電池組，可以在交流電源中斷時(shí)支持基站。為了幫助保護(hù)此設(shè)備，考慮在電池電路上使用快速熔斷器以提供過載保護(hù)非常重要。

此外，監(jiān)測電池溫升對于確保電池的安全性是必要的。為此，您可以使用放置在電池組模塊上的表面貼裝熱敏電阻。這種方法還可以幫助保護(hù)電池組模塊免于過度充電。

另一種解決方案可能是三端熔斷器，它可用于檢測過電壓情況并充當(dāng)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(gè)可以作為備用電池電路中電池管理IC備用的元件是微型斷路器，它可以是與聚合物正溫度系數(shù)元件并聯(lián)的開關(guān)。該元件為電池組提供過熱和過流保護(hù)，并提供輔助保護(hù)元件，幫助防止電池組進(jìn)入過充電狀態(tài)或過放電狀態(tài)。

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

當(dāng)備用電池電路使用I2C通信協(xié)議將電池組的狀態(tài)從電量計(jì)IC傳輸?shù)诫姵毓芾鞩C時(shí)，請考慮使用聚合物正溫度系數(shù)元件在高壓瞬態(tài)期間限制I2C線路上的電流。該系列元件可保護(hù)安全吸收I2C數(shù)據(jù)線上瞬變的過壓組件。

設(shè)計(jì)基站以實(shí)現(xiàn)最長正常運(yùn)行時(shí)間

總而言之，通信基礎(chǔ)設(shè)施必須具有極高的可靠性，才能使正常運(yùn)行時(shí)間超過99.9%。推薦的元件技術(shù)可以通過保護(hù)電路免受五種電氣危險(xiǎn)源的影響，幫助提供無線通信基礎(chǔ)設(shè)施所需的高可靠性。

設(shè)計(jì)人員可以使用范圍廣泛的安全元件和多個(gè)版本的元件。設(shè)計(jì)人員可以通過與元件制造商的應(yīng)用工程師合作來指定所需的保護(hù)、控制和傳感元件，從而節(jié)省開發(fā)時(shí)間。此外，應(yīng)用工程師可以協(xié)助指導(dǎo)滿足基站的國家和國際標(biāo)準(zhǔn)。一些制造商還提供預(yù)符合性測試，以幫助設(shè)計(jì)人員符合標(biāo)準(zhǔn)。

最重要的是：保護(hù)基站設(shè)計(jì)免受過載電流和電壓瞬態(tài)危害對于確保制造商在快速增長的5G市場中提供高可靠性設(shè)備至關(guān)重要。

（來源：EDN電子技術(shù)設(shè)計(jì)，作者：Todd Phillips，Littelfuse公司）

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