中兴设计开发部电路设计规范 - 图文(10)

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2.3.10. VCXO选型

请参考《ECO 63.8976M VCXO失效分析报告》。 返回 2.3.11. 保留

2.4 保护器件应用 2.4.1. TVS器件的应用

TVS器件即Transient Voltage Suppressor，是专门设计用来吸收信号线或者电源上出现的瞬态过压的器件。 选用TVS器件前，应对它的参数有所了解，这些参数主要有：

● 击穿电压VBR：指器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流条件下所测得的器件两端的电压值。

● 最大钳位电压VCMAX：在峰值脉冲电流下测得的最大电压值称为最大钳位电压。最大钳位电压与击穿电压之比称为钳位系数。一般箝位系数取值为1.33（在总的额定功率下）或1.20（在50%的额定功率下）。

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● 最大反向工作电压VRWM：该电压是指器件反向工作时，在规定的漏电流下，器件两端的电压值。通常取： VRWM=(0.8～0.9)VBR，在这个电压下，器件的功率消耗很小。 在瞬变和浪涌防护电路中使用TVS时，一般应该遵循以下选择原则：

1． 最大嵌位电压VCMAX应不大于电路的最大允许安全电压。 2． 最大反向工作电压VRWM应不低于电路的最大工作电压，一般可选VRWM等于或略高于电路的工作电

压。

3． 额定的最大脉冲功率必须大于电路中出现的最大瞬态浪涌功率。 4． 对于高速链路，需要考虑结电容的要求； 5． 注意单向和双向TVS管的选择；

6． TVS器件的选型时要考虑器件的响应时间满足要求。 返回

2.4.2. 保护器件应与被保护器件接在相同的地平面，如采用变压器隔离，为保证隔离特性，隔离变压

器初次级两侧的器件要分别接对应的参考地

我们常用的保护器件内部一般为TVS管或者钳位二极管阵列。当电压高于击穿电压时或者正向导通电压时，器件就会击穿或者导通。如果保护器件和被保护器件接在不同的地平面上，就形成了一个潜通路（参见参考文档《潜在通路分析技术及其在通信系统故障调查中的应用》，刘春杰，景焕强）。当两个参考点之间的电位差异比较大时，保护器件导通，导致被保护器件过应力损坏。

例如某单板的E1保护采用如下图的电路。注意变压器器件侧的DA108S错误的接在保护地上。当GNDP和GNDD之间存在较大的电位差时，DS108S直接将GNDP上面的过压泻放到信号线上，导致被保护器件损坏。在这里，DS108S不应连接在GNDP上，而应该和被保护的器件一起连接在GNDD上。

该案例的详细介绍，请参见参考文献《CDMA事业部2004年度可靠性经验案例集》。

对于机框内部的连接，即使采用变压器隔离，因为整个机框都采用数字地作为参考，所以隔离变压器初次级两侧都应该向数字地进行保护（如果需要保护的话）。对于出框的连接，隔离变压器器件侧以数字地作为参考地进行保护，线路侧以保护地作为进行保护。

返回 2.4.3. PTC与TVS配合使用时，PTC要能及时动作，对TVS进行过流保护，同时，PTC本身也要

能够满足工作电压的要求

PTC的意思为正温度系数热敏电阻器，主要厂商为Polychem等厂商。当温度较低时，PTC呈现很小的电阻，随着温度的升高，电阻变大。

当PTC与TVS配合使用进行保护时，过压出现时TVS导通钳制电压，电流较大，PTC温度上升，本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传 第 47 / 74 页

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电阻变大，限制了电流的增大，避免TVS损坏。如果PTC动作过缓，会导致TVS在PTC动作之前过应力损坏。而PTC在动作之后，呈现很大的电阻，将承受过压的大部分电压，所以必须考虑PTC能否承受这么高的电压。

公司广泛参考的E1/T1防雷保护电路中（参见范大祥《E1/T1接口雷击浪涌保护电路》），通过静电试验验证，采用了RUSB120/RUSB185型PTC配合TPN3021型TVS管进行第一级保护。RUSB120/RUSB185是为USB保护设计的PTC，耐压为6V，设计未考虑电源搭接等异常情况。

在3G某单板设计中，出于可加工性考虑，通过静电试验验证，采用了贴片型miniSMD075型PTC作为E1/T1防护器件，并沿用到其它单板上。在设计中并未考虑电源搭接等异常情况。在某试验局发货环境调试中，因为结构件问题，出现电源接错，静电防护电路直接承受-48V直流过压。在PTC动作之前TVS即已经失效。对于失效模式呈短路态的电路，miniSMD075型PTC在承受过压一段时间后烧毁（关于此故障的详细分析请参见刘春杰、周恒箴《挪威局调试SIM0、RDTB上器件失效分析报告》，硬件讨论园地可靠性专栏）。

这个案例说明，我们目前的E1/T1模块电路不能防止电源搭接（包括-48V搭接和）等异常情况，如果需要避免这种情况的发生，需要重新考虑选取PTC。如果不需要考虑此种异常（认为在工程现场可以排除此类异常出现的可能），则可以从成本考虑，经过试验选取PTC器件。 返回 2.4.4. 保留

2.5 可编程逻辑器件

2.5.1. 逻辑资源的利用率

逻辑资源的利用率应该保存在50%~80%之间。资源包括内置的RAM、乘法器或者DSP资源、逻辑资源（包括组合逻辑和寄存器、布线资源）、IO资源等。对于能够精确估计使用情况的资源，如乘法器或DSP单元，占用率允许到达100%。对于低于50%则推荐采用低容量器件降低成本，高于80%则推荐采用更大的器件，避免出现修正错误、功能升级后无法完成布线或者不能保证性能的情况出现。

一般说来，在新板设计中，为了保证未来维护升级的方便，应保证资源有一定裕量；在改版设计中，如果逻辑已经稳定，资源相对固定，允许资源占用率更高一些。

如果因为逻辑功能简单，已经选择选型范围内容量最小的FPGA，或者考虑芯片通用性好，公司使用量较大，导致该型号逻辑器件价格低廉时，允许在资源利用率较低的情况下选择该器件。

对于资源板

在逻辑选型时，推荐在管脚兼容的系列器件中，有容量较小（如果选型器件为最小）和容量更大的器件可以替换。这样在量产阶段，可能通过替换器件减少成本，或者在调试阶段，如果选型时估计不足，可以通过焊接更大容量的逻辑进行弥补。

当需要通过两片逻辑完成某一功能，存在容量为2倍，管脚资源充足的逻辑器件时，推荐选择一片容量为2倍的逻辑器件完成。例如计划使用2片4128完成功能，则推荐优选一片4256，这样可以节省逻辑之间的交互，减少出错概率和资源浪费，而且有通过将逻辑优化而选用一片逻辑降低成本的机会。长远看来，因为器件降价而降低成本的概率也会高一些。

返回 2.5.2. 可编程逻辑器件的输入时钟至少有一个本地时钟

FPGA的输入必须要有一个本地时钟，保证在热插拔、系统故障的时候，逻辑还有时钟可以工作。当单板或者时钟板进行拔插时，外部输入的时钟可能消失或者出现毛刺。这时候逻辑可能出现跑飞、跑死等异常。必须采用一个不间断的时钟，对外部时钟和逻辑的运行情况进行检测，确保时钟异常或者逻本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传 第 48 / 74 页

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