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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

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电气特性表

 

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。