專利名稱：一種防雷保護電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子保護線路，特別是一種同步傳輸模塊中的電接口防雷保護電路。
隨著通訊產品的不斷發展，單板的EMC性能越來越受到重視。而對于通訊產品，電信號接口的處理往往是產品EMC性能實現的關鍵，所以必須非常重視。電信號接口的處理包括接口信號的阻抗匹配和濾波、接口連接器的選擇、信號電纜的選擇、接口連接器的屏蔽和連接工藝等。
在電信號接口的處理中，接口信號的阻抗匹配非常重要。隨著數字信號速度的不斷提高、信號的幅度不斷降低，由此而來，信號的噪聲域度越來越小，這就要求系統的穩定性越來越高。當PCB走線所造成的信號傳播延遲遠小于信號的上升時間時，可按照簡單的電路原理去設計。但當信號傳播延遲接近信號的上升時間時，就必須按照傳輸線的理論考慮PCB走線的設計。對于傳輸線來講，最重要就是阻抗匹配。信號的輸出阻抗為ZG，負載為ZL，傳輸線特性阻抗為Z0，若ZG＝Z0＝ZL，便是阻抗匹配。如果傳輸線上出現阻抗不匹配，就象光從空氣進入水中，會有部分能量穿過，部分能量反射。當Z0＝ZL時，所有傳輸線上的能量會完全送到負載端，否則便會有部分能量反射回輸入端，此時信號便發生了衰減，就可能在電路中引起反射噪聲、毛刺、串擾、地跳，從而降低了單板的EMC性能。
在電信號接口的處理中，接口信號的濾波也非常重要，它與一般的信號濾波存在著區別，具體表現為1、接口濾波電路必須能抑制外界可能對設備正常運行產生影響的干擾信號；2、接口濾波電路必須能抑制由設備本身產生的且可能通過信號接口向外發射的干擾信號(主要考慮標準限制的頻段)；3、一些信號的接口電路還必須具備防護功能(針對靜電、浪涌干擾)；4、在某些情況下，信號接口電路還必須具備防止熱拔插損壞的功能。
參見
圖1，其為同步傳輸模塊(STM-1)中通用電接口設計的電路原理圖。如圖所示，電路原理圖中有一個用于對接口信號進行濾波防護的隔離變壓器芯片ST6200T和一個用于碼型轉換的芯片LXT6155。在變壓器芯片ST6200T的前端，其第1腳和第8腳分別接特性阻抗為75歐姆的銅軸電纜(BNC)，第3腳和第6腳接地；在變壓器芯片ST6200T的后端和碼型轉換芯片LXT6155的接收端之間通過兩根差分線101和102相連，在變壓器芯片ST6200T的后端和碼型轉換芯片LXT6155的發送端之間通過兩根差分線103和104相連，差分線101連接變壓器芯片ST6200T的第16腳和碼型轉換芯片LXT6155的第52腳，差分線102連接變壓器芯片ST6200T的第14腳和碼型轉換芯片LXT6155的第51腳，差分線103連接變壓器芯片ST6200T的第11腳和碼型轉換芯片LXT6155的第60腳，差分線104連接變壓器芯片ST6200T的第9腳和碼型轉換芯片LXT6155的第61腳；在差分線101和差分線102之間跨接一個電阻R115和一個電容C114，在差分線103和差分線104之間跨接一個電容C123；電阻R113一端接在差分線103上，另一端接到3.3V正電壓上，電阻R114一端接在差分線104上，另一端接到3.3V正電壓上；電容C115和電容C116并聯后一端接到變壓器芯片ST6200T的第15腳，另一端接地，電容C117和電容C118并聯后一端接到變壓器芯片ST6200T的第10腳，另一端接地。其中，電阻R113和R114的作用是為了達到阻抗匹配；電容C114和C123的作用有兩個，一是用來調節信號反射衰減的指標，二是對浪涌干擾起一定的抑制作用；電阻R115的作用是為耦合到芯片端的雷電信號的高頻分量提供一個回路，使其能量在電阻上瀉放而不是在芯片內部瀉放；并聯電容C115和電容C116以及并聯電容C117和電容C118的作用是對信號進行濾波。
采用圖1所示的電路原理圖對隔離變壓器芯片ST6200T在布線時有如下要求隔離變壓器的輸入輸出信號線不能就近平行或交叉走線，信號連接線必須盡可能短；隔離變壓器應盡可能沿信號流方向成直線放置在接口連接器處；選擇隔離變壓器需要注意器件內部的分布參數、隔離指標等，或者根據EMC標準的要求選取器件；接口芯片必須遵守供應廠商或EMC標準的要求進行阻抗匹配、濾波、隔離、防護等。
圖1所示的電路對電接口的EMC性能沒有考慮周全，在實現電路阻抗匹配的同時沒有進行很好的防雷設計，所以如果電路中出現過電壓或者過電流，輕則會降低電接口的EMC性能，重則會造成電接口不可恢復性的損傷。
為達到上述目的，本實用新型是這樣實現的一種防雷保護電路，包括變壓器芯片、碼型轉換芯片、電阻和電容，變壓器芯片前端線路接銅軸電纜，變壓器芯片后端和碼型轉換芯片的接收端之間通過兩根差分線201和202相連，變壓器芯片后端和碼型轉換芯片的發送端之間通過兩根差分線203和204相連，在差分線201和202之間跨接一個電阻R115和一個電容C114，在差分線203和204之間跨接一個電容C123，電阻R113一端接到正電壓端，另一端接到差分線203上，電阻R114一端接到正電壓端，另一端接到差分線204上，其特征在于在與變壓器芯片前端線路相連的兩根銅軸電纜上分別并聯一個電容C131和一個電容C132，電容C131和電容C132的一端分別與兩根銅軸電纜的信號線相連，另一端接地；在變壓器芯片后端和碼型轉換芯片之間的四根差分線上分別串聯一個電阻和電容；在變壓器芯片后端的兩個輸出腳上分別接一個電阻R118和一個電阻R119，電阻R118和電阻R119的另一端接地。
其中，所述的變壓器芯片的初次級之比為1∶1，在變壓器芯片后端和碼型轉換芯片之間的四根差分線上串聯的電阻的阻值為0歐姆。
由于本實用新型在與變壓器芯片前端線路相連的兩根銅軸電纜上分別并聯一個電容來調節線路的阻抗特性，在變壓器芯片和碼型轉換芯片之間的四根差分線上分別串接一個電阻和一個電容來對輸入信號進行衰減和對雷電信號的低頻分量進行隔離，在變壓器芯片后端的兩根輸出引腳上分別串接一個電阻到地來達到阻抗匹配，所以這種防雷電路可以防止雷電等因素在電路中產生的過電壓或過電流對電接口造成的損傷，同時提高了電接口的EMC性能。
圖2為本實用新型中在同步傳輸模塊采用防雷設計的電接口的電路原理圖。
圖3為本實用新型中與銅軸電纜并聯的電容以及差分線間跨接的電容在進行反射衰減測試時分析儀上顯示的史密斯圖。
具體實施方式
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型再作進一步詳細的說明。
參見圖2，其為本實用新型中在同步傳輸模塊中采用防雷設計的電接口的電路原理圖。如圖所示，本電路中有一個用于對接口信號進行濾波防護的隔離變壓器芯片ST6200T和一個用于碼型轉換的芯片LXT6155，其中變壓器芯片ST6200T的初次級比為1∶1。在變壓器芯片ST6200T的前端，其第1腳和第8腳分別接特性阻抗為75歐姆的銅軸電纜，電容C131的一端與銅軸電纜的信號線和變壓器芯片ST6200T的第1腳相連，另一端接地，電容C132的一端與銅軸電纜的信號線和變壓器芯片ST6200T的第8腳相連，另一端接地，變壓器芯片ST6200T的第3腳和第6腳接地；在變壓器芯片ST6200T的后端和碼型轉換芯片LXT6155的接收端之間通過兩根差分線201和202相連，在變壓器芯片ST6200T的后端和碼型轉換芯片LXT6155的發送端之間通過兩根差分線203和204相連，差分線201連接變壓器芯片ST6200T的第16腳和碼型轉換芯片LXT6155的第52腳，差分線202連接變壓器芯片ST6200T的第14腳和碼型轉換芯片LXT6155的第51腳，差分線203連接變壓器芯片ST6200T的第11腳和碼型轉換芯片LXT6155的第60腳，差分線204連接變壓器芯片ST6200T的第9腳和碼型轉換芯片LXT6155的第61腳；在差分線201和差分線202之間跨接一個電阻R115和一個電容C114，在差分線203和差分線204之間跨接一個電容C123；電阻R113一端接在差分線203上，另一端接到3.3V正電壓上，電阻R114一端接在差分線204上，另一端接到3.3V正電壓上；電容C115和電容C116并聯后一端接到變壓器芯片ST6200T的第15腳，另一端接地，電容C117和電容C118并聯后一端接到變壓器芯片ST6200T的第10腳，另一端接地；在差分線201上串接一個電阻R116和一個電容C121，在差分線202上串接一個電阻R122和一個電容C122，在差分線203上串接一個電阻R120和一個電容C112，在差分線204上串接一個電阻R121和一個電容C113；在變壓器芯片ST6200T后端的第16腳和第14腳分別接一個電阻R118和R119，電阻R118和R119的另一端接地。
在上述電路中，電阻R113和R114的作用是阻抗匹配；在差分線201和202之間跨接電阻R115，其作用是為耦合到芯片端的雷電信號的高頻分量提供一個回路，使其能量在電阻上瀉放而不是從芯片內部瀉放；在差分線201和202之間跨接電容C114，在差分線203和204之間跨接電容C123，主要有兩個作用，一是用來調節反射衰減的指標，二是對浪涌干擾起一定的抑制作用；并聯電容C115和電容C116以及并聯電容C117和電容C118的作用是對信號進行濾波。
與現有技術相比，本實用新型的改進之處在于以下幾個方面(1)在與變壓器芯片ST6200T前端線路相連的兩根銅軸電纜上分別并聯一個電容C131和C132，其主要作用是調節線路的阻抗特性。
(2)在變壓器芯片ST6200T的輸出端第16腳和第14腳分別接兩個電阻R118和R119，電阻R118和R119的另一端接地，這兩個電阻的作用是為了達到阻抗匹配。
(3)在變壓器芯片ST6200T和碼型轉換芯片LXT6155之間的差分線201、202、203和204上，分別串接一個電容C121、C122、C112和C113，這些電容的作用是對雷電信號的低頻分量進行隔離。當信號的頻率很高時，相對電容的阻抗則很小，所以串接的這些電容不影響正常的信號耦合，而對于大能量的頻率較低的浪涌信號，其相對電容的阻抗較大，因此串接的這些電容起到了隔離浪涌干擾信號的作用，從而保護了電路中的芯片，提高了線路抗浪涌干擾的能力。
(4)在變壓器芯片ST6200T和碼型轉換芯片LXT6155之間的差分線201、202、203和204上，分別串接一個電阻R116、R122、R120和R121。可以通過增加這些電阻的阻值來對輸入信號進行衰減，但必須注意當阻值太大時，一方面會影響線路的阻抗匹配，另一方面會影響單板的接收靈敏度指標。
在本實施例中，R116、R122、R120和R121的阻值都為0歐姆，R113、R114、R118和R119的阻值都為37.4歐姆，R115的阻值為1K歐姆。電容C121、C122、C112和C113的容值為幾十pf，電容C114和電容C123的容值為2pf，電容C131和電容C132的容值為1pf或者2pf，電容C115和C117的容值為0.1uf，電容C116和C118的容值為0.01uf。
在圖2所示的電路中，可以通過與銅軸電纜并聯的電容以及差分線間跨接的電容來調節電路的阻抗特性，以降低電路中信號的反射衰減。參見圖3，其為本實用新型中與銅軸電纜并聯的電容以及差分線間跨接的電容在進行反射衰減測試時網絡分析儀上顯示的史密斯圖。在變壓器芯片的后端用網絡分析儀測試電接口的反射衰減時，如果在網絡分析儀顯示的史密斯圖上看到圖3中的實線A，則說明變壓器后端的線路阻抗呈容性，跨接在差分線間的電容太大了，將其容值調小，以得到更好的阻抗特性，從而降低信號的反射衰減；如果在網絡分析儀的史密斯圖上看到如圖3中的虛線B，則說明變壓器后端的線路阻抗呈感性，跨接在差分線間的電容太小了，將其容值調大，就能得到更好的阻抗特性，從而降低信號的反射衰減。在變壓器的前端用網絡分析儀測試電接口的反射衰減時，如果在網絡分析儀的史密斯圖上看到圖3中的實線A，則說明變壓器前端的線路阻抗呈感性，與銅軸電纜并聯的電容太小了，將其容值調大，以得到更好的阻抗特性；如果在網絡分析儀的史密斯圖上看到圖3中的虛線B，說明變壓器前端的線路阻抗呈容性，與銅軸電纜并聯的電容太大了，將其容值調小，就能得到更好的阻抗特性。
從上述實施例可知，本實用新型所提供的防雷保護電路可以防止雷電等因素在電路中產生的過電壓或過電流對電接口造成的損傷，同時提高了電接口的EMC性能。
總之，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種防雷保護電路，包括變壓器芯片、碼型轉換芯片、電阻和電容，變壓器芯片前端線路接銅軸電纜，變壓器芯片后端和碼型轉換芯片的接收端之間通過兩根差分線(201)和(202)相連，變壓器芯片后端和碼型轉換芯片的發送端之間通過兩根差分線(203)和(204)相連，在差分線(201)和(202)之間跨接一個電阻(R115)和一個電容(C114)，在差分線(203)和(204)之間跨接一個電容(C123)，電阻(R113)一端接到正電壓端，另一端接到差分線(203)上，電阻(R114)一端接到正電壓端，另一端接到差分線(204)上，其特征在于在與變壓器芯片前端線路相連的兩根銅軸電纜上分別并聯一個電容(C131)和一個電容(C132)，電容(C131)和電容(C132)的一端分別與兩根銅軸電纜的信號線相連，另一端接地；在變壓器芯片后端和碼型轉換芯片之間的四根差分線上分別串聯一個電阻和電容；在變壓器芯片后端的兩個輸出腳上分別接一個電阻(R118)和一個電阻(R119)，電阻(R118)和電阻(R119)的另一端接地。
2.根據權利要求1所述的防雷保護電路，其特征在于所述的變壓器芯片的初次級之比為1∶1。
3.根據權利要求1所述的防雷保護電路，其特征在于在變壓器芯片后端和碼型轉換芯片之間的四根差分線上串聯的電阻的阻值為0歐姆。
專利摘要本實用新型公開了一種同步傳輸模塊中的電接口防雷保護電路，該電路的主要特征在于在與變壓器芯片前端線路相連的兩根銅軸電纜上分別并聯一個電容來調節線路的阻抗特性，在變壓器芯片和碼型轉換芯片之間的四根差分線上分別串接一個電阻和電容來對輸入信號進行衰減和對雷電信號的低頻分量進行隔離，在變壓器芯片后端的兩根輸出引腳上分別串接一個電阻到地來達到阻抗匹配，這種防雷電路可以防止雷電等因素在電路中產生的過電壓或過電流對電接口造成的損傷，同時提高了電接口的EMC性能。
文檔編號H02H3/22GK2565182SQ0224331
公開日2003年8月6日 申請日期2002年7月22日 優先權日2002年7月22日
發明者吳嬋貞 申請人:華為技術有限公司