CN101630838A - 一种网口差模浪涌保护电路及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了提供了一种网口差模浪涌保护电路,在PHY芯片和变压器之间的每对差分线间连接二极管电桥,以便在提供差模过压保护同时,降低线路保护的成本。可以显著提高以太网口的差模防护能力,提高网口的环境适应性,提高设备的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电路保护技术领域,尤其涉及一种网口差模浪涌保护电路及实现方法。
背景技术
以太网是目前使用最广泛的局域网技术。由于其简单、成本低、可扩展性强、与IP网能够很好地结合等特点,以太网技术的应用正从企业内部网络向公用电信网领域迈进。随着应用范围的不断扩大,以太网口在恶劣环境使用时,会存在引入过电压的情况,网口接口电路提供过压保护能力,可以大大提高接口的可靠性。
以太网中干扰类型按噪声干扰模式不同,分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压迭加所形成;共模电压有时较大,特别是采用隔离性能差的配电器供电室,变送器输出信号的共模电压普遍较高,有的可高达130V以上。共模干扰是在信号线与地之间传输,属于非对称性干扰。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压,主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压,直接叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。差模干扰在两根信号线之间传输,属于对称性干扰。
常见的差模防护在网口变压器与PHY芯片之间使用3304N等TVS(Transient Voltage Suppressor,瞬态电压抑制器),如图1所示,TRD+1、TRD-1和TRD+2、TRD-2分别通过2个TVS(TVS11、TVS12)或(TVS21、TVS22)连接,将差模过压嵌位,起到保护电路的作用。TVS是一种二极管形式的高效能保护器件,当两极受到反向瞬态高能量冲击时,能以10-12秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件,免受各种浪涌脉冲的损坏。
然而,使用TVS防护器件虽然可以使防护等级能够满足要求,但器件成本太高,对于多端口设备成本难以接受。
发明内容
本发明提供了一种网口差模浪涌保护电路及实现方法,以便在提供差模过压保护同时,降低线路保护的成本。
本发明提供了一种网口差模浪涌保护电路,应用于包括PHY芯片、变压器和以太网接口的电路中,所述PHY芯片的差分线通过变压器转换后,与以太网接口连接;所述每对差分线间连接一个二极管电桥,所述二极管电桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管;
所述差分线对中第一差分线连接第一二极管阳极,所述第一二极管阴极连接电源和所述第二二极管阴极,所述第二二极管阳极连接所述差分线对中第二差分线;所述差分线对中第二差分线连接所述第三二极管阴极,所述第三二极管阳极连接地和所述第四二极管阳极,所述第四二极管阴极连接所述差分线对中第一差分线。
所述PHY芯片包括至少两对差分线。
所述差分线上在所述二极管电桥与所述变压器之间还分别串联电阻所述电阻起到限流作用。
所述二极管电桥中与电源和地连接的两端之间并联TVS,所述TVS阳极与地连接,所述TVS阴极与电源连接。
所述以太网接口为百兆以太网接口或千兆以太网接口;
当所述以太网接口为百兆以太网接口,包括两对差分线时,采用包括8个二极管的二极管阵列器件,其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第一差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第二差分线对之间;
当所述以太网接口为千兆以太网接口,包括四对差分线时,采用两个包括8个二极管的二极管阵列器件,一个二极管阵列器件其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第一差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第二差分线对之间;另一个二极管阵列器件其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第三差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第四差分线对之间。
本发明还提供了一种网口差模浪涌保护电路的实现方法,应用于包括PHY芯片、变压器和以太网接口的电路中,所述PHY芯片的差分线通过变压器转换后,与以太网接口连接;所述每对差分线间连接一个二极管电桥,所述二极管电桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管;所述方法包括以下步骤:
将所述差分线对中第一差分线连接到第一二极管阳极,将所述第一二极管阴极连接到电源和所述第二二极管阴极,将所述第二二极管阳极连接所述差分线对中第二差分线;
将所述差分线对中第二差分线连接到所述第三二极管阴极,将所述第三二极管阳极连接到地和所述第四二极管阳极,将所述第四二极管阴极连接所述差分线对中第一差分线。
所述PHY芯片包括至少两对差分线。
还包括:
所述差分线上在所述二极管电桥与所述变压器之间分别串联电阻,所述电阻起到限流作用。
还包括:
在所述二极管电桥中与电源和地连接的两端之间并联TVS,所述TVS阳极与地连接,所述TVS阴极与电源连接。
所述以太网接口为百兆以太网接口或千兆以太网接口;
当所述以太网接口为百兆以太网接口,包括两对差分线时,采用包括8个二极管的二极管阵列器件,其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第一差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第二差分线对之间;
当所述以太网接口为千兆以太网接口,包括四对差分线时,采用两个包括8个二极管的二极管阵列器件,一个二极管阵列器件其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第一差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第二差分线对之间;另一个二极管阵列器件其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第三差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第四差分线对之间。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明中,可以显著提高以太网口接口的差模防护能力,提高网口的环境适应性,提高设备的可靠性。
附图说明
图1是现有技术中利用TVS实现差模防护电路示意图;
图2是本发明中一种差模防护电路示意图;
图3是本发明中另一种差模防护电路示意图;
图4是本发明中一种百兆口的差模防护电路示意图;
图5是本发明中一种千兆口的差模防护电路示意图;
图6是本发明中另一种百兆口的差模防护电路示意图;
图7是本发明中另一种千兆口的差模防护电路示意图;
图8是本发明中一种网口差模浪涌保护电路的实现方法流程图。
具体实施方式
本发明中提供了在变压器与PHY芯片之间的差分线间加二极管的差模防护,相对于常规TVS保护方式价格较低,在低成本设计上具有突出优势。
本发明中一种差模防护电路如图2所示,图中以一对差分线为例说明,其他差分线对情况相同。差分线TRD+1与TRD-1间设置由4个二极管组成的电桥,TRD+1连接二极管D21阳极,二极管D21阴极连接电源和二极管D22阴极,二极管D22阳极连接TRD-1;TRD-1连接二极管D23阴极,二极管D23阳极连接地和二极管D24阳极,二极管D24阴极连接TRD+1。
当阳极性的差模浪涌信号从差分线TRD+1引入时,依次经过D21、VCC、GND、D23到达TRD-1,迅速将线对间的压差减小到极低的程度。当阳极性的差模浪涌信号从差分线TRD-1引入时,依次经过D22、VCC、GND、D24到达TRD+1,迅速将线对间的压差减小到极低的程度。
为了保证达到泻放差模浪涌信号,且不会对正常差分信号造成影响,需要以下设计:VCC-GND+两倍二极管压降(通常为0.7v*2),大于差分线对间正常信号压差。例如,由于差分信号压差为2.8v,则VCC可以为1.8v,2.5v,3.3v,5v等,以使VCC+1.4v大于2.8v,保证差分信号正常工作。
另外,为了增强差模浪涌的防护效果,可以在VCC和GND之间并联启动电压较小的TVS器件,如图3所示,当差模浪涌出现时,可以通过TVS器件起到电源稳压的作用。
本发明中一种百兆口的差模防护电路示意图如图4所示,PHY芯片2对差分线通过变压器转换后,与以太网接口连接。PHY芯片可以通过二极管阵列器件D4实现差模浪涌保护,二极管阵列器件D4包括6个管脚,其中,管脚1连接TRD-1,管脚2连接GND,管脚3连接TRD+1,管脚4连接TRD-2,管脚5连接VCC,管脚6连接TRD+2。工作原理与图2相同,实际上二极管阵列器件D4实现了两个二极管电桥的功能。本实施例中以百兆口包括两对差分线为例进行说明,实际应用中也可以为其他数量。
二极管阵列器件D4中包括8个二极管:D41、D42、D43、D44、D45、D46、D47和D48。其中,D41、D42、D43和D44构成一个二极管电桥,连接于差分线TRD+1和TRD-1之间;D45、D46、D47和D48构成一个二极管电桥,连接于差分线TRD+2和TRD-2之间。具体连接关系为:TRD+1连接D41阳极,D41阴极连接电源和D42阴极,D42阳极连接TRD-1;TRD-1连接D43阴极,D43阳极连接地和D44阳极,D44阴极连接TRD+1。TRD+2连接D45阳极,D45阴极连接电源和D46阴极,D46阳极连接TRD-2;TRD-2连接D47阴极,D47阳极连接地和D48阳极,D48阴极连接TRD+2。
进一步,可以在变压器与二极管电桥之间的差分线上分别串联小电阻R,电阻阻值的选择在不影响网口的信号质量基础上越大越好。例如,对于百兆以太网该电阻为4欧姆,则尽量选择接近4欧姆的电阻;对于千兆以太网该电阻为2欧姆,则尽量选择接近2欧姆的电阻。
图5为千兆网口的差模防护方案,由于PHY芯片与变压器之间包括4对差分线,原理与百兆相同,需要两个二极管阵列D51和D52。本实施例中以包括千兆口包括1对差分线为例进行说明,实际应用中也可以为多对。
二极管阵列器件D51中包括8个二极管:D511、D512、D513、D514、D515、D516、D517和D518。其中,D511、D512、D513和D514构成一个二极管电桥,连接于差分线TRD+1和TRD-1之间;D515、D516、D517和D518构成一个二极管电桥,连接于差分线TRD+2和TRD-2之间。具体连接关系为:TRD+1连接D511阳极,D511阴极连接电源和D512阴极,D512阳极连接TRD-1;TRD-1连接D513阴极,D513阳极连接地和D514阳极,D514阴极连接TRD+1。TRD+2连接D515阳极,D515阴极连接电源和D516阴极,D516阳极连接TRD-2;TRD-2连接D517阴极,D517阳极连接地和D518阳极,D518阴极连接TRD+2。
二极管阵列器件D52中包括8个二极管:D521、D522、D523、D524、D525、D526、D527和D528。其中,D521、D522、D523和D524构成一个二极管电桥,连接于差分线TRD+3和TRD-3之间;D525、D526、D527和D528构成一个二极管电桥,连接于差分线TRD+4和TRD-4之间。具体连接关系为:TRD+3连接D521阳极,D521阴极连接电源和D522阴极,D522阳极连接TRD-3;TRD-3连接D523阴极,D523阳极连接地和D524阳极,D524阴极连接TRD+3。TRD+4连接D525阳极,D525阴极连接电源和D526阴极,D526阳极连接TRD-4;TRD-4连接D527阴极,D527阳极连接地和D528阳极,D528阴极连接TRD+4。
本发明中一种百兆口的差模防护电路示意图如图6所示,在变压器与PHY芯片之间,使VP和VN之间接启动电压较小的TVS器件,起到电源稳压的作用。
图7为千兆网口的差模防护方案,由于PHY芯片与变压器之间包括4对差分线,原理与百兆相同,需要两个二极管阵列D71和D72,且D71和D72的VP和VN之间接启动电压较小的TVS器件。当然,也可以在D71和D72的VP和VN之间分别接启动电压较小的两个TVS器件。
本发明提供了一种网口差模浪涌保护电路的实现方法,应用于包括PHY芯片、变压器和以太网接口的电路中,所述PHY芯片的至少两对差分线通过变压器转换后,与以太网接口连接;所述每对差分线间连接一个二极管电桥,所述二极管电桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管;所述方法如图8所示,包括以下步骤:
步骤801,将所述差分线对中第一差分线连接到第一二极管阳极,将所述第一二极管阴极连接到电源和所述第二二极管阴极,将所述第二二极管阳极连接所述差分线对中第二差分线;
步骤802,将所述差分线对中第二差分线连接到所述第三二极管阴极,将所述第三二极管阳极连接到地和所述第四二极管阳极,将所述第四二极管阴极连接所述差分线对中第一差分线。
还可以在变压器与二极管电桥之间的差分线上分别串联小电阻,电阻起到限流作用,电阻阻值的选择在不影响网口的信号质量基础上越大越好。
另外,为了增强差模浪涌的防护效果,还可以在所述二极管电桥中与电源和地连接的两端之间并联TVS,TVS阳极与地连接,所述TVS阴极与电源连接,当差模浪涌出现时,可以通过TVS器件起到电源稳压的作用。
另外,当所述以太网接口为百兆以太网接口,包括两对差分线时,采用包括8个二极管的二极管阵列器件,其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第一差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第二差分线对之间;
当所述以太网接口为千兆以太网接口,包括四对差分线时,采用两个包括8个二极管的二极管阵列器件,一个二极管阵列器件其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第一差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第二差分线对之间;另一个二极管阵列器件其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第三差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第四差分线对之间。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例,但是,本发明并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1、一种网口差模浪涌保护电路,应用于包括PHY芯片、变压器和以太网接口的电路中,所述PHY芯片的差分线通过变压器转换后,与以太网接口连接;其特征在于,所述每对差分线间连接一个二极管电桥,所述二极管电桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管;
所述差分线对中第一差分线连接第一二极管阳极,所述第一二极管阴极连接电源和所述第二二极管阴极,所述第二二极管阳极连接所述差分线对中第二差分线;所述差分线对中第二差分线连接所述第三二极管阴极,所述第三二极管阳极连接地和所述第四二极管阳极,所述第四二极管阴极连接所述差分线对中第一差分线。
2、如权利要求1所述的网口差模浪涌保护电路,其特征在于,所述PHY芯片包括至少两对差分线。
3、如权利要求1所述的网口差模浪涌保护电路,其特征在于,所述差分线上在所述二极管电桥与所述变压器之间还分别串联电阻,所述电阻起到限流作用。
4、如权利要求1所述的网口差模浪涌保护电路,其特征在于,所述二极管电桥中与电源和地连接的两端之间并联TVS,所述TVS阳极与地连接,所述TVS阴极与电源连接。
5、如权利要求1至4任一项所述的网口差模浪涌保护电路,其特征在于,所述以太网接口为百兆以太网接口或千兆以太网接口;
当所述以太网接口为百兆以太网接口,包括两对差分线时,采用包括8个二极管的二极管阵列器件,其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第一差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第二差分线对之间;
当所述以太网接口为千兆以太网接口,包括四对差分线时,采用两个包括8个二极管的二极管阵列器件,一个二极管阵列器件其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第一差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第二差分线对之间;另一个二极管阵列器件其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第三差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第四差分线对之间。
6、一种网口差模浪涌保护电路的实现方法,应用于包括PHY芯片、变压器和以太网接口的电路中,所述PHY芯片的差分线通过变压器转换后,与以太网接口连接;所述每对差分线间连接一个二极管电桥,所述二极管电桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管;其特征在于,所述方法包括以下步骤:
将所述差分线对中第一差分线连接到第一二极管阳极,将所述第一二极管阴极连接到电源和所述第二二极管阴极,将所述第二二极管阳极连接所述差分线对中第二差分线;
将所述差分线对中第二差分线连接到所述第三二极管阴极,将所述第三二极管阳极连接到地和所述第四二极管阳极,将所述第四二极管阴极连接所述差分线对中第一差分线。
7、如权利要求6所述的实现方法,其特征在于,所述PHY芯片包括至少两对差分线。
8、如权利要求6所述的实现方法,其特征在于,还包括:
所述差分线上在所述二极管电桥与所述变压器之间分别串联电阻,所述电阻起到限流作用。
9、如权利要求6所述的实现方法,其特征在于,还包括:
在所述二极管电桥中与电源和地连接的两端之间并联TVS,所述TVS阳极与地连接,所述TVS阴极与电源连接。
10、如权利要求6至9任一项所述的实现方法,其特征在于,所述以太网接口为百兆以太网接口或千兆以太网接口;
当所述以太网接口为百兆以太网接口,包括两对差分线时,采用包括8个二极管的二极管阵列器件,其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第一差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第二差分线对之间;
当所述以太网接口为千兆以太网接口,包括四对差分线时,采用两个包括8个二极管的二极管阵列器件,一个二极管阵列器件其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第一差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第二差分线对之间;另一个二极管阵列器件其中4个二极管组成一个二极管电桥,连接于第三差分线对之间;另4个二极管构成一个二极管电桥,连接于第四差分线对之间。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100120 |