专利名称：一种防雷保护电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子保护线路，特别是一种同步传输模块中的电接口防雷保护电路。
随着通讯产品的不断发展，单板的EMC性能越来越受到重视。而对于通讯产品，电信号接口的处理往往是产品EMC性能实现的关键，所以必须非常重视。电信号接口的处理包括接口信号的阻抗匹配和滤波、接口连接器的选择、信号电缆的选择、接口连接器的屏蔽和连接工艺等。
在电信号接口的处理中，接口信号的阻抗匹配非常重要。随着数字信号速度的不断提高、信号的幅度不断降低，由此而来，信号的噪声域度越来越小，这就要求系统的稳定性越来越高。当PCB走线所造成的信号传播延迟远小于信号的上升时间时，可按照简单的电路原理去设计。但当信号传播延迟接近信号的上升时间时，就必须按照传输线的理论考虑PCB走线的设计。对于传输线来讲，最重要就是阻抗匹配。信号的输出阻抗为ZG，负载为ZL，传输线特性阻抗为Z0，若ZG＝Z0＝ZL，便是阻抗匹配。如果传输线上出现阻抗不匹配，就象光从空气进入水中，会有部分能量穿过，部分能量反射。当Z0＝ZL时，所有传输线上的能量会完全送到负载端，否则便会有部分能量反射回输入端，此时信号便发生了衰减，就可能在电路中引起反射噪声、毛刺、串扰、地跳，从而降低了单板的EMC性能。
在电信号接口的处理中，接口信号的滤波也非常重要，它与一般的信号滤波存在着区别，具体表现为1、接口滤波电路必须能抑制外界可能对设备正常运行产生影响的干扰信号；2、接口滤波电路必须能抑制由设备本身产生的且可能通过信号接口向外发射的干扰信号(主要考虑标准限制的频段)；3、一些信号的接口电路还必须具备防护功能(针对静电、浪涌干扰)；4、在某些情况下，信号接口电路还必须具备防止热拔插损坏的功能。
参见
图1，其为同步传输模块(STM-1)中通用电接口设计的电路原理图。如图所示，电路原理图中有一个用于对接口信号进行滤波防护的隔离变压器芯片ST6200T和一个用于码型转换的芯片LXT6155。在变压器芯片ST6200T的前端，其第1脚和第8脚分别接特性阻抗为75欧姆的铜轴电缆(BNC)，第3脚和第6脚接地；在变压器芯片ST6200T的后端和码型转换芯片LXT6155的接收端之间通过两根差分线101和102相连，在变压器芯片ST6200T的后端和码型转换芯片LXT6155的发送端之间通过两根差分线103和104相连，差分线101连接变压器芯片ST6200T的第16脚和码型转换芯片LXT6155的第52脚，差分线102连接变压器芯片ST6200T的第14脚和码型转换芯片LXT6155的第51脚，差分线103连接变压器芯片ST6200T的第11脚和码型转换芯片LXT6155的第60脚，差分线104连接变压器芯片ST6200T的第9脚和码型转换芯片LXT6155的第61脚；在差分线101和差分线102之间跨接一个电阻R115和一个电容C114，在差分线103和差分线104之间跨接一个电容C123；电阻R113一端接在差分线103上，另一端接到3.3V正电压上，电阻R114一端接在差分线104上，另一端接到3.3V正电压上；电容C115和电容C116并联后一端接到变压器芯片ST6200T的第15脚，另一端接地，电容C117和电容C118并联后一端接到变压器芯片ST6200T的第10脚，另一端接地。其中，电阻R113和R114的作用是为了达到阻抗匹配；电容C114和C123的作用有两个，一是用来调节信号反射衰减的指标，二是对浪涌干扰起一定的抑制作用；电阻R115的作用是为耦合到芯片端的雷电信号的高频分量提供一个回路，使其能量在电阻上泻放而不是在芯片内部泻放；并联电容C115和电容C116以及并联电容C117和电容C118的作用是对信号进行滤波。
采用图1所示的电路原理图对隔离变压器芯片ST6200T在布线时有如下要求隔离变压器的输入输出信号线不能就近平行或交叉走线，信号连接线必须尽可能短；隔离变压器应尽可能沿信号流方向成直线放置在接口连接器处；选择隔离变压器需要注意器件内部的分布参数、隔离指标等，或者根据EMC标准的要求选取器件；接口芯片必须遵守供应厂商或EMC标准的要求进行阻抗匹配、滤波、隔离、防护等。
图1所示的电路对电接口的EMC性能没有考虑周全，在实现电路阻抗匹配的同时没有进行很好的防雷设计，所以如果电路中出现过电压或者过电流，轻则会降低电接口的EMC性能，重则会造成电接口不可恢复性的损伤。
为达到上述目的，本实用新型是这样实现的一种防雷保护电路，包括变压器芯片、码型转换芯片、电阻和电容，变压器芯片前端线路接铜轴电缆，变压器芯片后端和码型转换芯片的接收端之间通过两根差分线201和202相连，变压器芯片后端和码型转换芯片的发送端之间通过两根差分线203和204相连，在差分线201和202之间跨接一个电阻R115和一个电容C114，在差分线203和204之间跨接一个电容C123，电阻R113一端接到正电压端，另一端接到差分线203上，电阻R114一端接到正电压端，另一端接到差分线204上，其特征在于在与变压器芯片前端线路相连的两根铜轴电缆上分别并联一个电容C131和一个电容C132，电容C131和电容C132的一端分别与两根铜轴电缆的信号线相连，另一端接地；在变压器芯片后端和码型转换芯片之间的四根差分线上分别串联一个电阻和电容；在变压器芯片后端的两个输出脚上分别接一个电阻R118和一个电阻R119，电阻R118和电阻R119的另一端接地。
其中，所述的变压器芯片的初次级之比为1∶1，在变压器芯片后端和码型转换芯片之间的四根差分线上串联的电阻的阻值为0欧姆。
由于本实用新型在与变压器芯片前端线路相连的两根铜轴电缆上分别并联一个电容来调节线路的阻抗特性，在变压器芯片和码型转换芯片之间的四根差分线上分别串接一个电阻和一个电容来对输入信号进行衰减和对雷电信号的低频分量进行隔离，在变压器芯片后端的两根输出引脚上分别串接一个电阻到地来达到阻抗匹配，所以这种防雷电路可以防止雷电等因素在电路中产生的过电压或过电流对电接口造成的损伤，同时提高了电接口的EMC性能。
图2为本实用新型中在同步传输模块采用防雷设计的电接口的电路原理图。
图3为本实用新型中与铜轴电缆并联的电容以及差分线间跨接的电容在进行反射衰减测试时分析仪上显示的史密斯图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型再作进一步详细的说明。
参见图2，其为本实用新型中在同步传输模块中采用防雷设计的电接口的电路原理图。如图所示，本电路中有一个用于对接口信号进行滤波防护的隔离变压器芯片ST6200T和一个用于码型转换的芯片LXT6155，其中变压器芯片ST6200T的初次级比为1∶1。在变压器芯片ST6200T的前端，其第1脚和第8脚分别接特性阻抗为75欧姆的铜轴电缆，电容C131的一端与铜轴电缆的信号线和变压器芯片ST6200T的第1脚相连，另一端接地，电容C132的一端与铜轴电缆的信号线和变压器芯片ST6200T的第8脚相连，另一端接地，变压器芯片ST6200T的第3脚和第6脚接地；在变压器芯片ST6200T的后端和码型转换芯片LXT6155的接收端之间通过两根差分线201和202相连，在变压器芯片ST6200T的后端和码型转换芯片LXT6155的发送端之间通过两根差分线203和204相连，差分线201连接变压器芯片ST6200T的第16脚和码型转换芯片LXT6155的第52脚，差分线202连接变压器芯片ST6200T的第14脚和码型转换芯片LXT6155的第51脚，差分线203连接变压器芯片ST6200T的第11脚和码型转换芯片LXT6155的第60脚，差分线204连接变压器芯片ST6200T的第9脚和码型转换芯片LXT6155的第61脚；在差分线201和差分线202之间跨接一个电阻R115和一个电容C114，在差分线203和差分线204之间跨接一个电容C123；电阻R113一端接在差分线203上，另一端接到3.3V正电压上，电阻R114一端接在差分线204上，另一端接到3.3V正电压上；电容C115和电容C116并联后一端接到变压器芯片ST6200T的第15脚，另一端接地，电容C117和电容C118并联后一端接到变压器芯片ST6200T的第10脚，另一端接地；在差分线201上串接一个电阻R116和一个电容C121，在差分线202上串接一个电阻R122和一个电容C122，在差分线203上串接一个电阻R120和一个电容C112，在差分线204上串接一个电阻R121和一个电容C113；在变压器芯片ST6200T后端的第16脚和第14脚分别接一个电阻R118和R119，电阻R118和R119的另一端接地。
在上述电路中，电阻R113和R114的作用是阻抗匹配；在差分线201和202之间跨接电阻R115，其作用是为耦合到芯片端的雷电信号的高频分量提供一个回路，使其能量在电阻上泻放而不是从芯片内部泻放；在差分线201和202之间跨接电容C114，在差分线203和204之间跨接电容C123，主要有两个作用，一是用来调节反射衰减的指标，二是对浪涌干扰起一定的抑制作用；并联电容C115和电容C116以及并联电容C117和电容C118的作用是对信号进行滤波。
与现有技术相比，本实用新型的改进之处在于以下几个方面(1)在与变压器芯片ST6200T前端线路相连的两根铜轴电缆上分别并联一个电容C131和C132，其主要作用是调节线路的阻抗特性。
(2)在变压器芯片ST6200T的输出端第16脚和第14脚分别接两个电阻R118和R119，电阻R118和R119的另一端接地，这两个电阻的作用是为了达到阻抗匹配。
(3)在变压器芯片ST6200T和码型转换芯片LXT6155之间的差分线201、202、203和204上，分别串接一个电容C121、C122、C112和C113，这些电容的作用是对雷电信号的低频分量进行隔离。当信号的频率很高时，相对电容的阻抗则很小，所以串接的这些电容不影响正常的信号耦合，而对于大能量的频率较低的浪涌信号，其相对电容的阻抗较大，因此串接的这些电容起到了隔离浪涌干扰信号的作用，从而保护了电路中的芯片，提高了线路抗浪涌干扰的能力。
(4)在变压器芯片ST6200T和码型转换芯片LXT6155之间的差分线201、202、203和204上，分别串接一个电阻R116、R122、R120和R121。可以通过增加这些电阻的阻值来对输入信号进行衰减，但必须注意当阻值太大时，一方面会影响线路的阻抗匹配，另一方面会影响单板的接收灵敏度指标。
在本实施例中，R116、R122、R120和R121的阻值都为0欧姆，R113、R114、R118和R119的阻值都为37.4欧姆，R115的阻值为1K欧姆。电容C121、C122、C112和C113的容值为几十pf，电容C114和电容C123的容值为2pf，电容C131和电容C132的容值为1pf或者2pf，电容C115和C117的容值为0.1uf，电容C116和C118的容值为0.01uf。
在图2所示的电路中，可以通过与铜轴电缆并联的电容以及差分线间跨接的电容来调节电路的阻抗特性，以降低电路中信号的反射衰减。参见图3，其为本实用新型中与铜轴电缆并联的电容以及差分线间跨接的电容在进行反射衰减测试时网络分析仪上显示的史密斯图。在变压器芯片的后端用网络分析仪测试电接口的反射衰减时，如果在网络分析仪显示的史密斯图上看到图3中的实线A，则说明变压器后端的线路阻抗呈容性，跨接在差分线间的电容太大了，将其容值调小，以得到更好的阻抗特性，从而降低信号的反射衰减；如果在网络分析仪的史密斯图上看到如图3中的虚线B，则说明变压器后端的线路阻抗呈感性，跨接在差分线间的电容太小了，将其容值调大，就能得到更好的阻抗特性，从而降低信号的反射衰减。在变压器的前端用网络分析仪测试电接口的反射衰减时，如果在网络分析仪的史密斯图上看到图3中的实线A，则说明变压器前端的线路阻抗呈感性，与铜轴电缆并联的电容太小了，将其容值调大，以得到更好的阻抗特性；如果在网络分析仪的史密斯图上看到图3中的虚线B，说明变压器前端的线路阻抗呈容性，与铜轴电缆并联的电容太大了，将其容值调小，就能得到更好的阻抗特性。
从上述实施例可知，本实用新型所提供的防雷保护电路可以防止雷电等因素在电路中产生的过电压或过电流对电接口造成的损伤，同时提高了电接口的EMC性能。
总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种防雷保护电路，包括变压器芯片、码型转换芯片、电阻和电容，变压器芯片前端线路接铜轴电缆，变压器芯片后端和码型转换芯片的接收端之间通过两根差分线(201)和(202)相连，变压器芯片后端和码型转换芯片的发送端之间通过两根差分线(203)和(204)相连，在差分线(201)和(202)之间跨接一个电阻(R115)和一个电容(C114)，在差分线(203)和(204)之间跨接一个电容(C123)，电阻(R113)一端接到正电压端，另一端接到差分线(203)上，电阻(R114)一端接到正电压端，另一端接到差分线(204)上，其特征在于在与变压器芯片前端线路相连的两根铜轴电缆上分别并联一个电容(C131)和一个电容(C132)，电容(C131)和电容(C132)的一端分别与两根铜轴电缆的信号线相连，另一端接地；在变压器芯片后端和码型转换芯片之间的四根差分线上分别串联一个电阻和电容；在变压器芯片后端的两个输出脚上分别接一个电阻(R118)和一个电阻(R119)，电阻(R118)和电阻(R119)的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的防雷保护电路，其特征在于所述的变压器芯片的初次级之比为1∶1。
3.根据权利要求1所述的防雷保护电路，其特征在于在变压器芯片后端和码型转换芯片之间的四根差分线上串联的电阻的阻值为0欧姆。
专利摘要本实用新型公开了一种同步传输模块中的电接口防雷保护电路，该电路的主要特征在于在与变压器芯片前端线路相连的两根铜轴电缆上分别并联一个电容来调节线路的阻抗特性，在变压器芯片和码型转换芯片之间的四根差分线上分别串接一个电阻和电容来对输入信号进行衰减和对雷电信号的低频分量进行隔离，在变压器芯片后端的两根输出引脚上分别串接一个电阻到地来达到阻抗匹配，这种防雷电路可以防止雷电等因素在电路中产生的过电压或过电流对电接口造成的损伤，同时提高了电接口的EMC性能。
文档编号H02H3/22GK2565182SQ0224331
公开日2003年8月6日 申请日期2002年7月22日 优先权日2002年7月22日
发明者吴婵贞 申请人:华为技术有限公司