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GPS天线静电保护方案

发布人:涛意隆 时间:2024-09-30 来源:工程师 发布文章

GPS天线静电保护方案

方案简介

GPS天线,又称为卫星定位系统(GPS)天线,是一种专门用于接收和发送GPS信号的天线。其主要作用是接收从卫星发出的GPS信号,并将这些信号传输给导航设备或其他相关设备,通过处理这些信号,可以确定设备的精确位置。GPS天线利用电磁波的传播和接收来实现定位和导航功能,广泛应用于地面测绘、航空和无人驾驶等领域。

但由于外置天线长期暴露在室外,如遇雷暴天气,恶劣的电磁环境易通过天线引入干扰到PCB板,导致后端芯片的损坏、系统重启、死机等现象,而内置天线也有可能因为其他元件安装和插拔导致静电事件的产生,必然给后续产品的稳定性及可靠性带来一定隐患。此方案采用封装体积小、响应速度快、结电容低的ESD做静电保护,在不影响数据传输的前提下满足IEC 61000-4-2 Level 4静电放电防护需求,让后端的电路得到有效全面的防护,使其适用于各种工业级产品。


GPS天线概述

GPS(全球定位系统)是通过接收卫星信号进行定位或导航的终端设备。为了接收GPS信号,需要使用专门的天线。GPS信号分为L1和L2两个频率,其中L1为民用信号且具有圆形极化,频率为1575.42 MHz,信号强度相对较弱,约为-166 dBm,因此需要专门设计适应这一特点的天线。

GPS天线根据不同方式可分为以下类别:

  1. 极化方式

GPS天线可以根据极化方式分为垂直极化和圆形极化。目前技术上,圆形极化的效果比垂直极化更好,因此除非特殊情况,GPS天线通常采用圆形极化。

  1. 放置方式

GPS天线根据放置方式可分为内置天线和外置天线。早期的GPS手持设备多采用外翻式天线,将天线与整机内部隔离,减少对电磁干扰的影响,从而获得良好的接收效果。但现在随着设备小型化的趋势,多数GPS天线采用内置方式,要求将天线置于所有金属器件上方,并保持良好的接地,远离其他可能产生干扰的元件如CPU、SDRAM、SD卡、晶振和DC/DC等。

GPS天线的结构通常包括以下几个部分:

  1. 接收元件:负责接收来自卫星的微弱信号。

  2. 放大器(如低噪声放大器LNA):用于增加接收到的信号的强度。

  3. 滤波器:用于除去信号中的噪声和干扰,使信号更加清晰和可靠。

  4. 同轴电缆:用于将处理后的信号传输到处理设备。


应用方案

编辑

针对GPS天线的静电防护方案,我们提供了两款低结电容低钳位电压ESD防护器件SELC2F3V1BT和SELC2X5V1BT。两款器件电气特性相似,钳位电压都为22V,结电容都为0.3pF,且符合IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4 规范,在 ±25kV(空气)和 ±22kV(接触)下提供瞬变保护,可保护天线在恶劣的电磁环境下免受静电放电(ESD)和低等级浪涌事件的冲击与干扰。SELC2F3V1BT的工作电压为3.3V,封装为DFN1006-2L;SELC2X5V1BT的工作电压为5V,封装为DNF0603-2L。客户可根据天线实际情况进行选择。

型号参数

规格型号

方向

工作电压(V)

IPP(A)

钳位电压(V)

结电容(pF)

封装

SELC2F3V1BT

Bi

3.3

4.5

22

0.3

DFN1006-2L

SELC2X5V1BT

Bi

5

4.5

22

0.3

DNF0603-2L

电气特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VRWM




3.3

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

4.5



V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=3.3V



1

uA

Clamping Voltage

VC

IPP=1A; tp=8/20us


12


V

Clamping Voltage

VC

IPP=4.5A; tp=8/20us


22


V

Junction Capacitance

CJ

VR=0V; f=1MHz


0.3


pF

表1 SELC2F3V1BT电气特性表


Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VRWM




5.0

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

6.5



V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=5V



1.0

uA

Clamping Voltage

VC

IPP=1A; tp=8/20us


12.0


V

Clamping Voltage

VC

IPP=4.5A; tp=8/20us


22.0


V

Junction Capacitance

CJ

VR=0V; f=1MHz


0.3


pF

表2 SELC2X5V1BT电气特性


总结与结论

生活中人们的出行离不开GPS系统,GPS天线作为GPS系统接收卫星信号的关键部件,对于实现精准定位、导航、时间同步以及多种基于位置的服务(LBS)起着至关重要的作用,保护其免受ESD静电损害极为关键。ELECSUPER SEMI研发各种等级电容的ESD和TVS保护器件,可按照客户需求性能与封装提供定制化开发服务,为各种接口及通信线路提供值得信赖的保护器件。以上解决方案是保护GPS天线免受静电干扰的优选之策,确保GPS系统的有序与稳定。


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关键词: 静电保护器件

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