一种机载电压电容敏感型场景的雷电间接效应防护方法

技术领域

本发明涉及嵌入式系统技术领域，具体为一种机载电压电容敏感型场景的雷电间接效应防护方法。

背景技术

机载电压电容敏感型场景的雷电间接效应防护与常规场景下的雷电间接效应防护很大不同。机载电压电容敏感型场景是针对低压、高速电气信号接口而言的，这种接口的工作电压和耐压值较低，对雷电防护器件的箝位电压较敏感；信号传输速率较高，防护器件较大的结电容带来的插入损耗对信号传输质量影响较大。

常规的分立雷电防护器件（如TVS管、压敏电阻、气体放电管等）具有以下缺点：

1、箝位电压较高：对耐压值较低的电压敏感型电气接口起不到保护作用；

2、结电容较大：会形成高速信号对地的低阻抗路径，将对信号质量造成不良影响；

3、防护功率较低：部分防护器件结电容较低，但防护功率较低，无法满足DO-160G标准雷电间接效应A3等级的防护要求。

对于机载电压电容敏感型电气接口耐压值低、传输速率高、防护功率高的特点，常规的分立雷电防护器件已无法满足要求。因此，我们提出一种机载电压电容敏感型场景的雷电间接效应防护方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机载电压电容敏感型场景的雷电间接效应防护方法，以解决上述背景技术提出的对于机载电压电容敏感型电气接口耐压值低、传输速率高、防护功率高的特点，常规的分立雷电防护器件已无法满足要求的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机载电压电容敏感型场景的雷电间接效应防护方法，航空机载电子设备的低压、高速信号接口是电压电容敏感型电气接口，所述低压、高速信号接口的工作电压和耐压值较低，对雷电间接效应防护器件的箝位电压和结电容较敏感，所述机载电压电容敏感型场景的雷电间接效应防护通过三级防护，分别为采用高频高压整流硅堆实现一级雷电感应脉冲泄放、采用高可靠片式电阻实现二级限流保护、采用超低结电容ESD防护实现三级超低电容低压防护，成功抑制雷电间接效应产生的电磁脉冲，并有效降低防护电路的等效结电容造成的插入损耗，保证机载低压、高速信号接口雷电间接效应防护电路的可用性，提高航空电子设备的健壮性。

优选的，针对机载电压电容敏感型的低压、高速信号，通过设计高频高压整流硅堆实现一级雷电感应脉冲泄放，将雷电间接效应的电磁感应脉冲的大部分能量泄放，将信号线上的电压箝位到较低的水平，确保二级、三级防护电路能够正常工作。

优选的，通过高可靠片式电阻设计限流保护电路，在抑制信号线上的浪涌电流的同时，不对信号的传输质量造成影响。

优选的，通过采用超低结电容ESD防护器件，对经过前两级防护电路处理后剩余的电磁脉冲进行过滤，将信号线上的电压限制在低压、高速信号接口所能承受的范围内。

优选的，ESD防护器件较低的结电容与前两级防护电路的等效电容并联，进一步降低防护电路的等效电容，确保防护电路不对高速信号的传输质量造成影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明主要针对机载环境的低压、高速信号接口，采用多级防护方法，通过搭建一级雷电感应脉冲泄放电路、二级限流保护电路、三级超低电容低压防护电路，将信号线上雷电电磁脉冲箝位在电气接口能承受的电压范围内，并实现较低结电容（<1pF）的引入，该发明解决了常规防护器件箝位电压高、插入损耗大的问题，满足了电压电容敏感型低压高速信号的雷电间接效应防护需求，防护等级可达到的DO-160G标准A3等级；

本发明设计简约高效，适用于航空机载环境电压电容敏感型的电气信号雷电间接效应防护场景，避免了常规雷电防护器件箝位电压较高、结电容较大的确定，保证机载低压、高速信号接口雷电间接效应防护电路的有效性，提高航空电子设备的健壮性。

附图说明

图1为本发明的电压电容敏感型场景的雷电间接效应防护电路设计框图。

图2为本发明的电压电容敏感型场景的雷电间接效应防护硬件设计框图。

图3为本发明的差分RGB高速视频信号的雷电间接效应防护电路示意图。

图4为本发明的差分RGB高速视频信号的雷电间接效应防护电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-图4，本发明提供一种技术方案：

一种机载电压电容敏感型场景的雷电间接效应防护方法，航空机载电子设备的低压、高速信号接口是电压电容敏感型电气接口，所述低压、高速信号接口的工作电压和耐压值较低，对雷电间接效应防护器件的箝位电压和结电容较敏感，所述机载电压电容敏感型场景的雷电间接效应防护通过三级防护，分别为采用高频高压整流硅堆实现一级雷电感应脉冲泄放、采用高可靠片式电阻实现二级限流保护、采用超低结电容ESD防护实现三级超低电容低压防护，成功抑制雷电间接效应产生的电磁脉冲，并有效降低防护电路的等效结电容造成的插入损耗，保证机载低压、高速信号接口雷电间接效应防护电路的可用性，提高航空电子设备的健壮性。

雷电感应脉冲泄放电路：通过搭建对地的高频高压防护器件泄放电路，如采用高频高压整流硅堆2CL026，实现一级雷电感应脉冲泄放，针对机载电压电容敏感型的低压、高速信号，通过设计高频高压整流硅堆实现一级雷电感应脉冲泄放，将雷电间接效应的电磁感应脉冲的大部分能量泄放，将信号线上的电压箝位到较低的水平，确保二级、三级防护电路能够正常工作。

限流保护电路：通过高可靠片式电阻设计限流保护电路，如阻值3Ω～5Ω的小封装贴片电阻，在抑制信号线上的浪涌电流的同时，不对信号的传输质量造成影响。

超低电容低压防护电路：通过采用超低结电容ESD防护器件，如SRV05-4LC，对经过前两级防护电路处理后剩余的电磁脉冲进行过滤，将信号线上的电压限制在低压、高速信号接口所能承受的范围内；

ESD防护器件较低的结电容与前两级防护电路的等效电容并联，进一步降低防护电路的等效电容(<1pF)，确保防护电路不对高速信号的传输质量造成影响。

实施例

以差分RGB高速视频信号的防护电路为例进行说明：

差分RGB信号，包含颜色视频信号RED±、GREEN±和BLUE±，颜色视频信号为高速模拟信号。差分RGB接口电路输出模拟颜色视频信号通常最大频率为165MHz，差分接口电路的工作电压范围为-3.42V～3.5V，因此防护器件的截止电压应为

3.5×1.2=4.2V

差分RGB信号采用多级防护，如图3、4所示。图中信号线为差分信号中的单个信号，2CL026为快恢复高压整流硅堆，寄生电容为5pF；R为限流电阻，阻值为5欧姆；SRV05-4LC为静电防护ESD器件，其截止电压为5V，结电容为0.7pF，功率为280W（6.4/69us）。

当DO-160G标准A3等级波形4的300V/60A感应雷击注入时，2CL026正向导通作用能将电压箝位在60V，此时流过SRV05-4LC的最大电流为

式中VC为SRV05-4LC的最大箝位电压。此时SRV05-4LC的功耗为

SRV05-4LC的峰值功率约为280W（6.4/69us），设计余量为

（280-135）/280≈51%

因此该多级防护电路能够满足差分RGB高速视频信号DO-160G标准雷电间接效应A3等级的防护要求。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中机构技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。