CN107017612A - 一种千兆以太网口的雷电浪涌防护电路及其实施方法 - Google Patents

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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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Abstract

本发明公开了一种千兆以太网口的雷电浪涌防护电路及其实施方法，防护电路包括依次相连的以太网接头、气体放电管单元、过电流保护单元、TVS阵列单元以及网口变压器单元，所述气体放电管单元包括四个气体放电管，所述过电流保护单元为TBU瞬态阻断单元。本发明对雷电浪涌激励起的高电压、大电流均有较好的防护效果，且多次保护后性能不劣化。

Description

一种千兆以太网口的雷电浪涌防护电路及其实施方法
技术领域
本发明涉及通用信息传输设备技术领域，特别涉及一种千兆以太网口的雷电浪涌防护电路及其实施方法。
背景技术
大互联网信息时代下，信息容量趋大，传递速率趋快；器件技术日新月异，趋动以太网口芯片的时域电平趋低；物理上，千兆以太网线往往穿越雷电的LPZ0区进入室内LPZ1区。因此，大速率、高可靠性的千兆以太网的有线传输在通信和数传系统应用时，其雷电浪涌的防护显得十分重要。
目前，常见的千兆以太网口雷电浪涌的防护设计，大多数是基于电压敏感器件的高电压抑制设计，少数是基于电流敏感器件的大电流抑制设计。
基于电压敏感器件的高电压抑制设计包括GDT，退耦电阻，TVS阵列和网口变压器等。大多数基于电压敏感器件实现的网口电路防护主要采用气体放电管(GDT)，金属氧化物压敏电阻器(MOV)和瞬态电压抑制二极管(TVS)等瞬态器件。但MOV随着大电流保护的次数增加，其性能劣化。
通常情况下，基于高电压抑制设计的千兆以太网口雷电浪涌防护，对雷电浪涌激励的大电流防护效果有限，存在被雷电激励的大电流击毁的可能性。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种千兆以太网口的雷电浪涌防护电路，对雷电浪涌激励起的高电压大电流均有较好的防护效果，且多次保护后性能不劣化。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述电路的实施方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种千兆以太网口的雷电浪涌防护电路，包括依次相连的以太网接头、气体放电管单元、过电流保护单元以及TVS阵列单元，以太网接头用于高速数据传输的数据接入，气体放电管单元、TVS阵列单元用于瞬时过电压的保护，TVS阵列单元用于瞬时过电压的保护。
优选的，所述过电流保护单元包括TBU瞬态阻断单元。
优选的，所述气体放电管单元包括四个气体放电管，且四个气体放电管均连接大地。
优选的，所述以太网接头的UNUSED接口通过串联的电阻和电容连接大地。
优选的，所述以太网接口的VCC端口连接电源正极、GND端口连接信号地，且VCC端口与GND端口通过两个并联的电容连接。
优选的，所述雷电浪涌防护电路还包括网口变压器单元，网口变压器单元接在TVS阵列单元与网口芯片间。
进一步的，所述网口变压器单元包括隔离变压器，隔离变压器两端分别接地与信号地。
具体的，隔离变压器通过串联的电阻和电容连接大地；隔离变压器的初级两端通过串联的两个电阻连接，所述串联的两个电阻同时通过一电容连接信号地。
一种基于上述千兆以太网口的雷电浪涌防护电路的实施方法，包括以下步骤：
S1、网线中的端口出现共模过电流和/或过电压而形成干扰波；
S2、雷电浪涌波入侵网线，使得TVS阵列率先触发电压钳位；
S3、雷电浪涌波的幅度随时间持续增加，过电流保护单元进行电流截流，干扰波被截止，但小电源的信号仍可以通过过电流保护单元；
S4、当雷电浪涌波的幅度峰值带来高电压时，气体放电管单元触发开关，使过电压入地，直至雷电浪涌波的能量全部泄放入地。
优选的，还采用了防止过电流入地时抬高地电位和/或雷电浪涌防护电路残有过电流而侵入网口芯片的步骤。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用过电流抑制与过电压抑制相结合的防护设计，当电流过大时自适应截流，电压过大时自适应降压，杜绝雷电浪涌等瞬态干扰的破坏与敏感。
2、本发明采用的TBU瞬态阻断单元，具有过电流保护、串联快恢复、可重复使用的优点，包括但不局限于自恢复保险丝等过电流保护器件。
3、本发明采用的高电压、大电流抑制设计，比传统设计相比，可以对大电流浪能抑制，多次防护后，其性能不劣化，增加可靠性，延长使用寿命。
4、本发明采用PCB贴片安装，可批量生产，且工艺一致性好。
附图说明
图1为实施例中千兆以太网口的雷电浪涌防护电路的结构图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，图中的主要防护器件有：TBU(Transient Blocking Units)瞬态阻断单元，GDT(Gas Discharge Tube)气体放电管单元(四个气体放电管)，TVS(TransientVoltage Suppressor)阵列单元以及网口变压器单元。
一种千兆以太网口的雷电浪涌防护电路，包括依次相连的以太网接头、气体放电管单元、过电流保护单元、TVS阵列单元以及网口变压器单元，其中：
以太网接头用于高速数据传输的数据接入；
气体放电管单元用于瞬时过电压的粗略保护；
过电流保护单元用于瞬时过电流的精细保护；
TVS阵列单元用于瞬时过电压的精细保护；
网口变压器单元用于瞬时过电压的最终保护。
所述以太网接口的VCC端口连接电源正极、GND端口连接信号地，且VCC端口与GND端口通过两个并联的电容连接。
所述以太网接头的2个UNUSED接口通过串联的电阻和电容连接大地。
所述气体放电管单元包括四个气体放电管，且四个气体放电管均连接大地。
所述过电流保护单元包括TBU瞬态阻断单元。
所述网口变压器单元为隔离变压器，所述隔离变压器通过串联的电阻和电容连接大地。所述隔离变压器的初级两端通过串联的两个电阻连接，所述串联的两个电阻同时通过一电容连接信号地。
基于上述千兆以太网口的雷电浪涌防护电路的实施方法，包括以下步骤：
S1、网线中的TX+、TX-、RX+、RX-、BI D3+in、BI D3-in、BI D4+in以及BI D4-in端口出现共模过电流或过电压而形成干扰波；
S2、雷电浪涌波入侵网线，使得TVS阵列率先触发电压钳位；
S3、雷电浪涌波的幅度随时间持续增加，过电流保护单元进行电流截流，干扰波被截止，但信号仍可以通过过电流保护单元；
S4、当雷电浪涌波的幅度峰值带来高电压时，气体放电管单元触发开关，使过电压入地，直至雷电浪涌波的能量全部泄放入地。
为了防止过电流入地时抬高地电位或雷电浪涌防护电路残有过电流而侵入网口芯片，在TVS阵列单元与网口芯片间，设计了隔离变压器，隔离变压器两端分别接地与信号地。
GJB151B-2013《军用设备与分系统电磁发射和敏感度要求与测量》于2013年正式发布，CS116 10kHz－100MHz电源与电缆线阻尼正弦瞬态传导敏感度作为军用设备与分系统的必备考核项。一般认为，CS116干扰波形是模拟当平台暴露在核电磁脉冲或雷电等外部环境时，由于电缆自身谐振和平台上其他谐振，平台内部的感应电流波。GJB151B-2013中CS116考核测试时，用卡钳共模注入过电流正弦阻尼干扰的敏感度考核设备工作状态，频率100kHz-100MHz，电流为0.1A-10A不等。本设计通过以上干扰注入的考核，已应用于产品。因此，本防护设计抑制过电流，钳位高电压核心思想符合防护要求。
雷电浪涌注入时，在网线中的TX+，TX-、RX+，RX-、BI D3+in，BI D3-in、BI D4+in，BI D4-in出现共模过电流和过电压形成的干扰波形，其上沿为1us-10us不等。当雷电浪涌波入侵时，ps级反应时间的TVS阵列率先触发电压钳位；当雷电浪涌波的幅度随时间继续增加时，100ns级反应时间的TBU触发电流截流，截流后的电流约为50mA，雷电浪涌波被截止，但信号仍可以通过；当雷电浪涌波的幅度峰值带来的高电压时，GDT触发开关，过电压入地，直到雷电浪涌波的能量全部泄放到地上。
本实施例电路设计和印制板设计时，需要注意：网口接头，GDT管，TBU，TVS阵列和网口变压器的原端须与印制板的大地相连，通过螺柱接入设备的大地。印制板走线加粗到50mil，走线布在顶层或底层。本实施例的插入损耗小于0.3dB，对千兆以太网的传输信号质量影响比较小。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种千兆以太网口的雷电浪涌防护电路，其特征在于，包括依次相连的以太网接头、气体放电管单元、过电流保护单元以及TVS阵列单元，以太网接头用于高速数据传输的数据接入，气体放电管单元、TVS阵列单元用于瞬时过电压的保护，TVS阵列单元用于瞬时过电压的保护。
2.根据权利要求1所述的千兆以太网口的雷电浪涌防护电路，其特征在于，所述过电流保护单元包括TBU瞬态阻断单元。
3.根据权利要求1所述的千兆以太网口的雷电浪涌防护电路，其特征在于，所述气体放电管单元包括四个气体放电管，且四个气体放电管均连接大地。
4.根据权利要求1所述的千兆以太网口的雷电浪涌防护电路，其特征在于，所述以太网接头的UNUSED接口通过串联的电阻和电容连接大地。
5.根据权利要求1所述的千兆以太网口的雷电浪涌防护电路，其特征在于，所述以太网接口的VCC端口连接电源正极、GND端口连接信号地，且VCC端口与GND端口通过两个并联的电容连接。
6.根据权利要求1所述的千兆以太网口的雷电浪涌防护电路，其特征在于，所述雷电浪涌防护电路还包括网口变压器单元，网口变压器单元接在TVS阵列单元与网口芯片间。
7.根据权利要求6所述的千兆以太网口的雷电浪涌防护电路，其特征在于，所述网口变压器单元包括隔离变压器，隔离变压器两端分别接地与信号地。
8.根据权利要求7所述的千兆以太网口的雷电浪涌防护电路，其特征在于，隔离变压器通过串联的电阻和电容连接大地；隔离变压器的初级两端通过串联的两个电阻连接，所述串联的两个电阻同时通过一电容连接信号地。
9.一种基于权利要求1所述的千兆以太网口的雷电浪涌防护电路的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、网线中的端口出现共模过电流和/或过电压而形成干扰波；
S2、雷电浪涌波入侵网线，使得TVS阵列率先触发电压钳位；
S3、雷电浪涌波的幅度随时间持续增加，过电流保护单元进行电流截流，干扰波被截止，但一定范围内小电流的信号仍可以通过过电流保护单元；
S4、当雷电浪涌波的幅度峰值带来高电压时，气体放电管单元触发开关，使过电压入地，直至雷电浪涌波的能量全部泄放入地。
10.根据权利要求9所述的实施方法，其特征在于，还采用了防止过电流入地时抬高地电位和/或雷电浪涌防护电路残有过电流而侵入网口芯片的步骤。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107976597A (zh) * 2017-11-27 2018-05-01 晶晨半导体(上海)股份有限公司 一种浪涌测试电路
CN114221313A (zh) * 2021-12-07 2022-03-22 深圳市共进电子股份有限公司 一种防护系统及浮地设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060218418A1 (en) * 2005-03-28 2006-09-28 Akros Silicon, Inc. Method to control current imbalance between differential pairs providing a DC power feed
CN2833981Y (zh) * 2005-06-15 2006-11-01 刘光纯 带保护电源的网络避雷器
CN201829921U (zh) * 2010-06-29 2011-05-11 上海联电实业有限公司 一种无尖峰超低残压信号浪涌保护器
CN202076785U (zh) * 2011-02-25 2011-12-14 合肥宝龙达信息技术有限公司 浪涌静电保护装置
CN205304833U (zh) * 2015-11-18 2016-06-08 国电南瑞南京控制系统有限公司 一种光伏电站通信管理装置
CN205304235U (zh) * 2015-12-15 2016-06-08 辽宁通银沐源网络金融服务股份有限公司 一种用于pos机防雷保护的电路

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060218418A1 (en) * 2005-03-28 2006-09-28 Akros Silicon, Inc. Method to control current imbalance between differential pairs providing a DC power feed
CN2833981Y (zh) * 2005-06-15 2006-11-01 刘光纯 带保护电源的网络避雷器
CN201829921U (zh) * 2010-06-29 2011-05-11 上海联电实业有限公司 一种无尖峰超低残压信号浪涌保护器
CN202076785U (zh) * 2011-02-25 2011-12-14 合肥宝龙达信息技术有限公司 浪涌静电保护装置
CN205304833U (zh) * 2015-11-18 2016-06-08 国电南瑞南京控制系统有限公司 一种光伏电站通信管理装置
CN205304235U (zh) * 2015-12-15 2016-06-08 辽宁通银沐源网络金融服务股份有限公司 一种用于pos机防雷保护的电路

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107976597A (zh) * 2017-11-27 2018-05-01 晶晨半导体(上海)股份有限公司 一种浪涌测试电路
CN114221313A (zh) * 2021-12-07 2022-03-22 深圳市共进电子股份有限公司 一种防护系统及浮地设备
CN114221313B (zh) * 2021-12-07 2023-09-15 深圳市共进电子股份有限公司 一种防护系统及浮地设备

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