CN106786454A - 一种数字信号有源防护电路 - Google Patents

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李文军
王晓阳
缪炜涛
滕飞
柯楠
王亮亮
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本方法技术领域为嵌入式计算机领域，提供一种数字信号有源防护电路，包括：第一二极管V1、第二二极管V2、第三二极管V3、第四二极管V4、第五二极管V5；所述第一二极管V1正端与钳位电压连接，所述第一二极管V1负端与第二二极管V2正端连接，第二二极管V2负端接地；所述第四二极管V4正端与钳位电压连接，所述第四二极管V4负端与第五二极管V5正端连接，第五二极管V5负端接地；所述第三二极管V3正端与钳位电压连接，负端接地；第一数字信号连接在第一二极管V1负端，第二数字信号连接在第四二极管V4负端。本发明完成在机载环境下或瞬态高电压条件下对敏感数字电路的保护，使电子产品能够在瞬态高电压条件下处于正常、稳定的工作状态。

Description

一种数字信号有源防护电路
技术领域
本方法技术领域为嵌入式计算机领域，是机载电子产品、电子设备的组成部分之一。
背景技术
随着电子产品在机载环境的大范围使用及对恶劣环境适应性的要求增强，对雷电环境和瞬态高压条件下的敏感数字电路进行防护设计成为一项重要的需求。经过对雷电瞬态敏感度设计要求、静电防护等敏感数字电路防护设计基础上，提出通过二极管及瞬态电压抑制二极管对敏感的数字接口电路、数字传输电路等进行防护，使敏感电子设备在雷电环境、瞬态高压环境及静电泄放等使用条件下保持稳定、正常的工作状态。
发明内容
本发明的目的：
设计一种数字信号有源防护电路，完成在机载环境下或瞬态高电压条件下对敏感数字电路的保护，使电子产品能够在瞬态高电压条件下处于正常、稳定的工作状态。
本发明的技术方案：
一种数字信号有源防护电路，包括：
第一二极管V1、第二二极管V2、第三二极管V3、第四二极管V4、第五二极管V5；
所述第一二极管V1负端与钳位电压连接，所述第一二极管V1正端与第二二极管V2负端连接，第二二极管V2正端接钳位电压地；
所述第四二极管V4负端与钳位电压连接，所述第四二极管V4正端与第五二极管V5负端连接，第五二极管V5正端接钳位电压地地；
所述第三二极管V3负端与钳位电压连接，正端接钳位电压地；
第一数字信号连接在第一二极管V1正端，第二数字信号连接在第四二极管V4正端。
所述钳位电压为5伏。
具体的，第一数字信号为输入信号Input+；第二数字信号为输入信号Input-。
或者，第一数字信号为输出信号Output+；第二数字信号为输出信号Output-。
本方法具有的优点及效果：
●电路简单、易于实现，防护效果显著；
●通过有源钳位电路设计，数字信号保持在稳定的电压范围内；
●适用于雷电瞬态敏感环境、高压瞬态环境、静电敏感环境；
●可实现低压数字电路、高速网络、图形显示接口等多种电路的防护。
附图说明
图1为本发明数字信号有源防护电路设计图。
具体实施方式
随着电子产品使用范围的快速增长，尤其在特殊应用环境下，例如雷电感应环境、高压瞬态环境、静电条件的低压数字信号属于敏感信号，易受到外界的雷电引起的电磁感应影响、恶劣环境下的高压瞬态电压的直接应力影响及静电环境引起的电压信号的损坏，各种不同环境下对数字信号的影响共性之处是全部都具有电压幅度高、作用时间短、无法预判等特点，因此对敏感数字信号在设计中针对不同的应用环境配置相应的保护电路，确保敏感数字信号在各种恶劣环境下均能够处于稳定的工作状态，完成预定的功能。为了达到此，就需要针对不同的应用环境设计相应的保护电路，能够实现各种工作环境下对敏感数字信号的保护，本设计方法就是针对敏感数字数字信号的防护要求，提出一种通用的有源防护电路的设计方法，采用分立的二极管及瞬态抑制二极管实现在雷电感应、瞬态高压、静电等不同环境下对敏感数字信号电路的保护，提高敏感数字信号在各种应用环境中的抗干扰性及耐受程度特性，提升电子产品的环境适应性。该防护电路设计如图1所示，包括：
第一二极管V1、第二二极管V2、第三二极管V3、第四二极管V4、第五二极管V5；
所述第一二极管V1负端与钳位电压连接，所述第一二极管V1正端与第二二极管V2负端连接，第二二极管V2正端接钳位电压地；
所述第四二极管V4负端与钳位电压连接，所述第四二极管V4正端与第五二极管V5负端连接，第五二极管V5正端接钳位电压地地；
所述第三二极管V3负端与钳位电压连接，正端接钳位电压地；
第一数字信号连接在第一二极管V1正端，第二数字信号连接在第四二极管V4正端。
所述钳位电压为5伏。
具体的，第一数字信号为输入信号Input+；第二数字信号为输入信号Input-。
或者，第一数字信号为输出信号Output+；第二数字信号为输出信号Output-。
图1中的信号防护基本原理是采用有源钳位电路，通过分立二极管及瞬态抑制二极管对输入的高压瞬态信号、静电进行泄放，并将数字信号电平维持在常态(+5Vdc)下。
防护原理为输入的正端数字信号(Input+)、负端数字信号(Input-)通过常态下通过钳位电路(钳位电压+5V)及两个二极管(V1\V2、V4/V5)分别对输入的正端信号、负端信号进行信号传输，保持数字信号稳定、规则的传输。在瞬态高电压(雷电瞬态感应、静电、瞬态高电压)条件下，数字信号叠加了瞬态高压信号进入到防护电路中，此状态下瞬态抑制二极管V3对超出钳位电源的高电压信号进行钳位、抑制、泄放，通过稳压二极管的工作原理，将此状态下的高电压信号进行稳压及功率泄放，完成对输入的高能量瞬态信号的泄放，达到对敏感数字信号的防护功能。
同样的原理，对于输出的敏感数字信号(Output+、Output-)，其亦可能受到高压瞬态信号的干扰，因此亦可将输出的敏感数字信号联接到图1的保护电路中，通过钳位电压、瞬态抑制二极管等器件，实现对输出的敏感数字信号的防护，完善输出信号电路的防护功能。
通过以上采用有源钳位电路及瞬态抑制二极管的泄放、信号传输电路设计方法，可极大的增强敏感数字输入信号、输出信号的抗干扰能力，显著增强数字电子产品的抗恶劣环境的能力，提升电子产品的环境适应性。
实施例
某机载显示器通过RS422总线、ARINC429总线等数字接口信号与外部设备互联，其RS422总线、ARINC429总线均为双工输入/输出互联方式，为适应机载恶劣环境、静电环境等对敏感数字信号电路的影响，需要进行防护电路的设计及验证。
采用图1所示的防护电路，采用4个相同型号的二极管(V1\V2\V4\V5)及1个瞬态抑制二极管，由机载显示器内部供电电源作为钳位电源(+5Vdc)对4路RS422总线信号、2路ARINC429总线信号进行防护设计，按照民用飞机雷电瞬态敏感度试验条件进行严格、规范的实验室验证，配备了防护电路的所有RS422接口电路、ARINC429电路全部通过试验考核，机载显示器输入接口电路、输出接口电路及互联电路无损坏，达到了预期的保护效果。

Claims (4)

1.一种数字信号有源防护电路，其特征在于，包括：
第一二极管V1、第二二极管V2、第三二极管V3、第四二极管V4、第五二极管V5；
所述第一二极管V1负端与钳位电压连接，所述第一二极管V1正端与第二二极管V2负端连接，第二二极管V2正端接钳位电压地；
所述第四二极管V4负端与钳位电压连接，所述第四二极管V4正端与第五二极管V5负端连接，第五二极管V5正端接钳位电压地地；
所述第三二极管V3负端与钳位电压连接，正端接钳位电压地；
第一数字信号连接在第一二极管V1正端，第二数字信号连接在第四二极管V4正端。
2.如权利要求1所述的一种数字信号有源防护电路，其特征在于，所述钳位电压为5伏。
3.如权利要求1所述的一种数字信号有源防护电路，其特征在于，第一数字信号为输入信号Input+；第二数字信号为输入信号Input-。
4.如权利要求1所述的一种数字信号有源防护电路，其特征在于，第一数字信号为输出信号Output+；第二数字信号为输出信号Output-。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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