概述

LNB（Low-Noise Block Downconverter，低噪声放大器和下变频器）是卫星电视接收系统中的关键组件，其功能是接收和放大来自卫星的微弱信号，并将高频信号转换为低频信号供接收机处理。然而，由于LNB通常安装在室外，直接暴露在恶劣环境中，因此需要重点考虑浪涌保护和静电放电（ESD）防护，以提高其可靠性和寿命。

1. 浪涌保护（Surge Protection）

1.1 常见浪涌源

  • 雷击感应浪涌：由于雷击引发的电磁脉冲（EMP），通过馈电线、天线或地线耦合进入LNB。
  • 电源传导浪涌：通过馈线为LNB供电的过程中可能受到瞬态电压的干扰。

1.2 防护设计

  1. 气体放电管（Gas Discharge Tube, GDT）
    • 作用：能够承受较大浪涌电流，提供第一道粗级保护。
    • 安装位置：通常连接在馈线和地线之间，用于吸收高能量的瞬态电压。
    • 选型建议：工作电压高于系统最大输入电压，击穿电压在50~90V之间（视系统需求）。
  2. 瞬态抑制二极管（TVS）
    • 作用：提供快速响应的浪涌保护，可将瞬态电压钳位在安全范围内。
    • 安装位置：位于LNB供电端口和信号端口，通常与GDT并联，形成多级防护。
    • 选型建议：选用双向TVS，钳位电压稍高于系统工作电压，功率满足最大浪涌要求。
  3. 电感或磁珠
    • 作用：通过对高频信号的抑制，减少浪涌能量耦合到LNB内部。
    • 安装位置：在馈线电源输入处串联，配合TVS和GDT使用。

2. 静电保护（ESD Protection）

LNB的输入接口容易受到静电放电（如天线插拔时的ESD）威胁。以下方法可增强静电防护能力

(1) ESD保护二极管

  • 功能：
    • 快速响应静电放电，降低到安全电压范围。
    • 典型保护能力符合IEC 61000-4-2标准（接触放电±8 kV，空气放电±15 kV）。
  • 选型参数：
    • 低箝位电压：确保对信号传输影响最小。
    • 快速响应时间：通常在皮秒级别。
  • 推荐位置：
    • 信号输入（如LNB的天线信号端）和电源输入端。

(2) PCB布局优化

  • 接地设计：
    • 提供多点接地，减少保护器件和地之间的寄生电感。
  • 信号走线：
    • 尽量短且宽，避免尖角，减少电磁干扰（EMI）。
  • 屏蔽设计：
    • 在LNB内部增加金属屏蔽壳，有效抵御ESD耦合。

3. 分级保护架构

为了确保保护效果，可以采用分级保护架构：

  • 第一级（粗保护）：
    • GDT或MOV，负责吸收大能量浪涌。
  • 第二级（中保护）：
  • 第三级（精细保护）：
    • ESD保护二极管，针对快速静电放电。

4. 测试与验证

保护设计完成后，需要通过以下标准测试验证：

  • 静电放电（ESD）测试：
    • 根据IEC 61000-4-2标准，验证LNB接口的抗静电能力。
  • 浪涌测试：
    • 依据IEC 61000-4-5标准，评估供电和信号线路的抗浪涌能力。
  • 信号完整性测试：
    • 确保保护器件不会对信号质量（如增益和带宽）产生明显影响。

5. 电路保护推荐方案

LNB高频头的浪涌和静电保护方案-赛米微尔-技术支持社区

方案说明：

根据Semiware提供的框图方案，以及SG4035B090气体放电管和SE3D35B5.0MA静电抑制器的电路保护产品组合，可以通过测试标准：IEC61000-4-2 Contact-8kV Air-15kV；如需了解更多方案详情和相关产品技术参数，请访问：https://semiware.com/reference-designs/lnb-3ka/

关于Semiware

Semiware 拥有电路保护器件的完善产品阵容，同时遍布全球的EMC实验室和EMC工程师随时为您提供服务。Semiware 凭借其在半导体领域的研发与制造技术、终端产品的EMC应用技术背景，为电子、汽车和工业市场上的客户提供完整的电路保护解决方案服务。 如需了解更多信息，请访问赛米微尔官方网站：https://semiware.com