CN108023331B - 一种接口防护电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种接口防护电路，用于保护接口设备不易出现复位或接口损坏现象。本发明实施例方法包括：模拟视频信号线输入端，模拟视频信号地线输入端，模拟视频信号线输出端，模拟视频信号地线输出端，第一保护模块，第二保护模块；第一保护模块分别与模拟视频信号线输入端、模拟视频信号线输出端和模拟视频信号地线输入端相连接；第二保护模块连接于模拟视频信号地线输入端与模拟视频信号地线输出端之间；第一保护模块包括MOSFET和稳压器，当稳压器检测到模拟视频信号线上的电压值高于预置电压值时，则关断MOSFET，使得模拟视频信号线输入端与模拟视频信号线输出端断开；第二保护模块包括电容，电容用于隔开直流电压。

Description

一种接口防护电路

技术领域

本发明涉及电子电路设计领域，尤其涉及一种接口防护电路。

背景技术

现有车载领域，不少车载设备设计有模拟视频输出接口用于播放电视节目。此类接口一般由信号线和信号地线两根线组成。在车载环境中，由于无标准统一的接口连接器，各种类车辆所使用的视频接口连接器类型也不同；而车载显示屏所接出的视频线和电源线是裸线，无连接器，导致此类接口现场连接时需要进行开放接线即现场使用工具进行剥线接线。如图1所示，信号线和信号地两根线在开放接线情况下，信号线开放接线连接点C与信号地开放接线连接点D容易接到车载电源线的12V/24V开放接线连接点B上，在车辆打火启动过程中，电源电压的电源范围是8V到36V之间。

现有模拟信号输出接口方案如图2所示：在模拟视频信号线上增加瞬间电压抑制(英文全称：Transient Voltage Suppressor，英文简称：TVS)管或压敏电阻。

在现有模拟信号输出接口方案中，在车辆打火启动过程中，在车载电源线上会产生一个高于24V的高脉冲，当模拟视频信号线和/或模拟视频信号地线搭接到车载电源线上时，此时TVS管或压敏电阻瞬间导通形成旁路使得该高脉冲被抑制，但若不及时消除搭接，则TVS管或压敏电阻将起不到保护作用。因此在车辆打火启动过程中，模拟视频信号线和/或模拟视频信号地线长期搭接在车载电源线上时，TVS管或压敏电阻将失去保护作用，容易导致车载设备出现复位或接口损坏现象。

发明内容

本申请第一方面提供了一种接口防护电路，用于保护视频输出接口不易出现复位或接口损坏现象。

所述接口防护电路，包括：

模拟视频信号线输入端，模拟视频信号地线输入端，模拟视频信号线输出端，模拟视频信号地线输出端，第一保护模块，第二保护模块；

第一保护模块连接于模拟信号线与模拟信号地线之间，用于对模拟视频信号线进行防护；第一保护模块包括金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)和稳压器，当模拟视频信号线正常工作时，MOSFET导通模拟信号正常传输，当模拟视频信号搭接直流电源线时，稳压器对MOSFET进行控制使得MOSFET被关断，切断视频信号传输；

第二保护模块包括电容，该电容连接于模拟视频信号地线上且电容正极与模拟视频信号地线输出端连接，用于对模拟视频信号地线的防护；当模拟信号地线正常工作时，电容导通视频信号正常传输；当模拟信号地线搭接直流电源线时，电容由于通交流隔直流的特性，因此电容便将直流信号隔离开。

采用上述接口防护电路，即便是在模拟视频信号线和/或模拟视频信号地线搭接到直流电源线上时，第一保护模块通过稳压器控制MOSFET关断，可以将模拟视频信号线隔离保护，第二保护模块通过电容将直流电源线上产生的直流信号隔离开来，从而保护模拟视频地线。通过同时对模拟视频信号线和模拟视频信号地线进行保护，可以将车载模拟视频输出设备出现复位或接口损坏现象的可能性将降至最低，减少了模拟视频输出出现复位或接口损坏现象。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，上述第一保护模块还可以包括：

该MOSFET的源极与该模拟视频信号线输入端连接，该MOSFET的漏极与该模拟视频信号线输出端连接；

第一电阻，该第一电阻连接于该模拟视频信号地线输入端与该MOSFET的栅极之间；

二极管，该二极管的负极与该MOSFET的栅极连接，该二极管的正极与该稳压器的阴极管脚连接；

第二电阻，该第二电阻连接于该二极管的正极与直流供电电压之间。

该实现方式中，第一电阻和第二电阻通过对直流供电电压进行分压，并且通过二极管将MOSFET的栅极电压钳位在MOSFET的开启电压范围内使得该MOSFET导通从而模拟信号线正常传输数据，此外该二极管还起到保护稳压器的作用。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，上述第一模块还包括：

该稳压器的阳极管脚连接于该模拟视频信号地线输入端；

第三电阻，该第三电阻连接于该MOSFET的漏极与该稳压器的参考电压管脚之间；

第四电阻，该第四电阻连接于该模拟视频信号地线输入端与该稳压器的参考电压管脚之间。

通过第三电阻和第四电阻对模拟视频信号线与模拟视频信号地线之间的电压进行分压，当模拟视频信号线搭接直流电源线时，即便稳压管的参考电压管脚的实际电压高于预置的参考电压值，也可以使稳压器阴极管脚的输出电压不在MOSFET栅极的开启电压范围内，从而使得MOSFET被关断。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，接口防护电路还包括：

单向TVS管，该单向TVS管连接于该模拟视频信号线输入端与该模拟视频信号地线输入端之间。

单向TVS管可以抑制模拟视频信号线搭接车载电源线瞬间产生的第一瞬间冲击信号。该单向TVS管在搭接瞬间导通，导通时为该第一瞬间冲击信号提供旁路，从而使该第一瞬间冲击信号迅速衰减。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，接口防护电路还包括：

第五电阻，该第五电阻连接于该模拟视频信号线输入端与该MOSFET的源极之间。

第五电阻可以进一步将模拟视频信号线搭接车载电源线瞬间产生的瞬间冲击信号衰减，从而保护模拟视频信号线的同时也保护模拟视频输出芯片，该模拟视频信号输出芯片连接于该接口防护电路的输入端。

结合第一方面，以及第一方面的第一种至第四种可能的实现方式中任一种，在第一方面的第五种可能的实现方式，第二保护模块还包括：

接地线，该接地线连接与该模拟视频信号地线输入端。

通过接地线，可以将模拟视频信号地线搭接直流电源线瞬间产生的第二瞬间冲击信号迅速接入大地，从而使得该第二瞬间冲击信号被抑制快速衰减，从而保护该第二瞬间冲击信号对模拟视频信号地线的影响；同理，该接地线还可以进一步加快该TVS管旁路过来的该第一瞬间冲击信号的衰减速度。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式种，接口防护电路还包括：

第六电阻，该第六电阻一端连接于该MOSFET的漏极；

发光二极管，该发光二极管的正极与该第六电阻另一端连接，该发光二极管的负极与该模拟视频信号地线输出端连接。

通过合理设计第六电阻的阻值，使得发光二极管在模拟视频信号线搭接直流电源线时发光，在该模拟视频信号线未搭接直流电源线时不发光，从而起到指示该模拟视频信号线搭接直流电源线，即搭接出错的作用。

结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，稳压器为精密可调稳压器。

精密可调稳压器将动作时间缩短至微秒级，反应速度更快，动作更加灵敏，从而提高了模拟视频信号线的防护效果。

附图说明

图1为车载环境开放式接线场景图；

图2为现有技术中一种模拟信号接口方案图；

图3为本发明实施例中接口防护电路的一种实施例示意图；

图4为本发明实施例中接口防护电路的另一种实施例示意图；

图5为本发明实施例中接口防护电路的一种电路原理结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种接口防护电路，用于保护接口设备不易出现复位或接口损坏现象。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明实施例设计了一种接口防护电路，通过基本电子元器件进行电路设计使得此接口防护电路对模拟视频接口具有更好的防护效果，此接口防护电路设计思路适用于在模拟信号传输过程中出现直流电信号干扰的场景中。

为了便于理解本发明实施例，下面通过功能化模块设计来对本发明实施例进行说明。

本实施例的接口防护电路用于对模拟视频信号线和模拟视频信号地线的保护，防止外界直流干扰信号对模拟视频信号线和模拟视频信号地线造成损坏。

请参阅图3对本发明实施例中接口防护电路进行详细说明，如图所示上述接口防护电路包括第一保护模块302和第二保护模块303，第一保护模块302和第二保护模块303均连接于模拟视频芯片输出接口301和模拟视频连接器输出304之间。

其中，第一保护模块302位于模拟视频芯片输出接口301和模拟视频连接器输出304之间的模拟视频信号线上；第二保护模块303位于模拟视频芯片输出接口301和模拟视频连接器输出304之间的模拟视频信号地线上。

另外，第一保护模块302包括MOSFET、稳压器，用于保护模拟视频信号线具体为：当稳压器检测到模拟视频信号线上的电压值小于预置电压值时，稳压器不动作，MOSFET处于导通状态，模拟视频信号线正常工作；当稳压器检测到模拟视频信号线上的电压值不小于预置电压值时，稳压器动作使得MOSFET处于截止状态，模拟视频信号线被断开；

第二保护模块303包括电容，用于保护模拟视频信号地线具体为：当模拟视频信号线上的电压值不小于预置电压值时，电容将直流干扰信号隔离在电容两端，使得直流干扰信号不对模拟视频信号地线造成干扰。

本实施例中，通过第一保护模块302和第二保护模块303分别对模拟视频信号线和模拟视频信号地线进行保护防止了外界直流干扰信号对模拟视频信号线和模拟视频信号地线造成损坏，从而有效地保护接口设备不易出现复位或接口损坏现象。

另外，如图4所示，上述接口防护电路还包括：

指示模块405；

指示模块405连接于上述模拟视频信号线上且位于第一保护模块402和模拟视频连接器输出404之间；

指示模块405包括电阻和发光二极管，用于当模拟视频信号线上的电压值小于预置电压值时，电阻通过分压作用使得发光二极管不点亮；当模拟视频信号线上的电压值不小于预置电压值时，电阻通过分压作用使得发光二极管点亮，从而通过不点亮和点亮两种状态起到分别指示模拟视频信号线上无直流信号干扰和有直流信号干扰。

本实施例中，指示模块405可以通过点亮来指示模拟视频信号线搭接到直流电源线上，从而提醒接线人员搭接出错，以便接线人员及时发现和消除搭接错误。

上述实施例对本发明实施例的总体设计进行了说明，为了理解更加直观和清晰，下面将对本发明实施例中接口防护电路的电路原理结构进行说明。

本发明实施例提供了一种可靠的模拟视频输出接口整体电路防护方案，可以应用于模拟视频信号传输领域，尤其是应用于公交车、小汽车、大巴车、地铁、高铁列车等车载环境中，车载设备设计有模拟视频输出接口用于播放电视节目，由于目前车载领域无标准统一的接口连接器，各类模拟视频输出接口连接器类型也不相同导致车载显示屏接出的视频线和电源线是裸线，在现场使用剥线工具进行剥线连接时容易使得视频线和电源线搭接在一起，目前模拟视频信号的传输电平一般为3.3V以下，而使用的车载电源线上一般是12V或24V的直流电压，在打火启动过程中会出现8V至36V范围内的瞬间脉冲高于模拟视频信号的传输电平3.3V，因此，若视频线与电源线搭接，当在车辆打火启动过程中或是搭接没有被及时消除时，电源线上的电压容易造成车载设备出现损坏和复位现象，由此可见对于车载设备的模拟视频输出接口电路进行整体防护设计显得尤为重要。为了便于理解本发明实施例在车载领域的实际应用场景，下面将对本发明实施例中的接口防护电路的一种优选实施例进行详细描述。

请参阅图5对本发明实施例中接口防护电路的优选实施例进行详细说明，接口防护电路包括：

模拟视频信号线输入端501，模拟视频信号线输出端502，模拟视频信号地线输入端503，模拟视频信号地线输出端504，第一保护模块505，第二保护模块506；

第一保护模块包括MOSFET Q1、精密可调稳压器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、二极管D1、第三电阻R3和第四电阻R4；

第二保护模块包括电容C1和接地线GND；

单向TVS管D2，第五电阻R5，第六电阻R6，发光二极管D3，其上述四器件的标号依次为507、508、509和510。

上述接口防护电路的连接方式如下：

第五电阻508连接于模拟视频信号线输入端501和MOSFET Q1的源极之间；

单向TVS管507连接与MOSFET Q1的源极与模拟视频信号地线输入端503之间，并且导通时导通方向由MOSFET Q1的源极指向模拟视频信号地线输入端503；

第一电阻R1连接于模拟视频信号地线输入端503和MOSFET Q1的栅极之间；

二极管D1连接于MOSFET Q1的栅极和精密可调稳压器U1的阴极管脚1之间；

第二电阻R2连接于精密可调稳压器U1的阴极管脚1和供电电压Vcc之间，供电电压Vcc为精密可调稳压器U1工作电压；

第三电阻R3和第四电阻R4串联于模拟视频信号线输出端502和模拟视频信号地线输入端503之间；

精密可调稳压器U1的参考电压管脚2连接与第三电阻R3和第四电阻R4之间，精密可调稳压器U1的阳极管脚3连接与模拟视频信号地线输入端503；

第六电阻509连接于模拟视频信号线输出端502和发光二极管510的正极之间；

发光二极管510的负极连接于模拟视频信号地线输入端503；

电容C1的正极连接于模拟视频信号地线输出端504，电容C1的负极连接于模拟视频信号地线输入端503；

接地线GND连接于模拟视频信号地线输入端503。

上面对图5所示的接口防护电路的组成及连接方式进行了描述，下面将对此接口防护电路的工作流程进行说明：

以下说明内容中供电电压Vcc以直流5V、精密可调稳压器U1的参考电压管脚2的参考电压以2.5V、第三电阻R3和第四电阻R4为两个电阻值相等的电阻、MOSFET的开启电压在1V至2.5范围内以及电容C1的电容值为220微法额定电压大于48V为例，其余器件的器件参数均在合理设计范围内进行说明。

当模拟视频信号线未搭接直车载电源线时，第三电阻R3和第四电阻R4分压后精密可调稳压器U1的参考电压管脚2的实际电压值小于参考电压，精密可调稳压器U1成高组态等效于精密可调稳压器U1处于断路状态，MOSFET的栅极电压由第一电阻R1、第二电阻R2和二极管D1对供电电压Vcc进行分压将其控制在MOSFET的开启电压范围内使得MOSFET导通正常工作，模拟视频信号线输入端501与模拟视频信号线输出端502之间处于导通状态。

当模拟视频信号线搭接直车载电源线时，搭接瞬间MOSFET仍处于导通状态，模拟视频信号线上将产生一个电脉冲信号至单向TVS管507和第五电阻508，由于此时该电脉冲信号大于单向TVS管507的正常工作电压，单向TVS管507便瞬间导通形成旁路将该电脉冲信号引流至模拟视频信号地线上通过接地线GND快速引入大地将该电脉冲信号衰减，单向TVS管507瞬间导通后又迅速恢复正常关断状态，第五电阻508同时将未被引流入大地的部分该电脉冲信号消耗至与模拟视频信号线输入端501连接的芯片的可抵抗范围内；当短暂的瞬间过后，第三电阻R3和第四电阻R4分压后精密可调稳压器U1的参考电压管脚2的实际电压值大于参考电压，精密可调稳压器U1导通，精密可调稳压器U1的阴极管脚1有电压输出，使得二极管将MOSFET Q1的栅极电压钳位于MOSFET Q1的开启电压范围之外，MOSFET Q1被关断，从而模拟视频信号线输入端501与模拟视频信号线输出端502之间处于断开状态；搭接之后，第六电阻509对模拟视频信号线上的产生的高电压进行分压触发发光二极管310由不发光变为点亮状态。

当模拟视频信号地线未搭接直车载电源线时，模拟视频信号地线上无直流电压信号，电容C1处于导通状态，模拟视频信号地线输入端503和模拟视频信号地线输出端504处于导通状态正常工作。

当模拟视频信号地线搭接直车载电源线时，模拟视频信号地线上存在直流电压信号，由于电容具有通交流隔直流的特性，因此该直流电压信号被隔离在电容两端，模拟视频信号地线输入端503和模拟视频信号地线输出端504仍然正常工作；由于搭接瞬间会产生一个电脉冲信号，电容C1不能对该电脉冲信号进行隔离，此时，接地线GND将该电脉冲信号引流入大地使得该电脉冲信号被衰减不会影响模拟视频信号地线正常工作。

本实施例中，接口防护电路具有以下优点：一、解决了以下三种异常搭接场景：1、模拟视频信号线搭接到电源线上。2、模拟视频信号地线搭接到电源线上。3、模拟视频信号线和模拟视频信号地线同时搭接到电源线上。另外，不仅对长期搭接起到保护作用，还能抑制搭接瞬间即打火启动瞬间产生的瞬间电脉冲；搭接消除后可以实现自动恢复模拟视频信号传输。二、防护电路可单独做成一个独立电路模块，无需修改原设备硬件即可提升车载设备的防护规格。三、可以通过发光二极管作为指示灯指示用户模拟视频信号线存在与车载电源搭接情况，方便用户快速实施定位和修复。四、调节第三电阻R3、第四电阻R4和精密可调稳压器U1的参考电压，接口防护电路可以实现50DC甚至更高DC电源的搭接防护。

对于本领域技术人员而言，图5仅仅是本发明实施例中最优选的一种组成连接方式，具体实现中接口防护电路连接方式很多，上述描述的仅一个具体的连接实施例。

以上对本发明所提供的一种接口防护电路进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种接口防护电路，其特征在于，包括：

模拟视频信号线输入端，模拟视频信号地线输入端，模拟视频信号线输出端，模拟视频信号地线输出端，第一保护模块，第二保护模块；

所述第一保护模块分别与所述模拟视频信号线输入端、所述模拟视频信号线输出端和所述模拟视频信号地线输入端相连接；

所述第二保护模块连接于所述模拟视频信号地线输入端与所述模拟视频信号地线输出端之间；

所述第一保护模块包括金属氧化物半导体场效应管MOSFET和稳压器，当所述稳压器检测到模拟视频信号线上的电压值不小于预置电压值时，则关断所述MOSFET，使得所述模拟视频信号线输入端与所述模拟视频信号线输出端断开；

所述第一保护模块还包括：第一电阻、二极管和第二电阻，所述第一电阻连接于所述模拟视频信号地线输入端与所述MOSFET的栅极之间，所述MOSFET的源极与所述模拟视频信号线输入端连接，所述MOSFET的漏极与所述模拟视频信号线输出端连接，所述二极管的负极与所述MOSFET的栅极连接，所述二极管的正极与所述稳压器的阴极管脚连接，所述第二电阻连接于所述二极管的正极与直流供电电压之间；

所述第二保护模块包括电容，所述电容正极与所述模拟信号地线输出端连接，所述电容负极与所述模拟信号地线输入端连接，所述电容用于隔开直流电压。

2.根据权利要求1所述的接口防护电路，其特征在于，所述第一保护模块还包括：

所述稳压器的阳极管脚连接于所述模拟视频信号地线输入端；

第三电阻，所述第三电阻连接于所述MOSFET的漏极与所述稳压器的参考电压管脚之间；

第四电阻，所述第四电阻连接于所述模拟视频信号地线输入端与所述稳压器的参考电压管脚之间。

3.根据权利要求2所述的接口防护电路，其特征在于，所述电路还包括：

单向TVS管，所述单向TVS管连接于所述模拟视频信号线输入端与所述模拟视频信号地线输入端之间。

4.根据权利要求3所述的接口防护电路，其特征在于，所述电路还包括：

第五电阻，所述第五电阻连接于所述模拟视频信号线输入端与所述MOSFET的源极之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的接口防护电路，所述第二保护模块还包括：

接地线，所述接地线连接与所述模拟视频信号地线输入端。

6.根据权利要求5所述的接口防护电路，其特征在于，所述电路还包括：

第六电阻，所述第六电阻一端连接于所述MOSFET的漏极；

发光二极管，所述发光二极管的正极与所述第六电阻另一端连接，所述发光二极管的负极与所述模拟视频信号地线输出端连接。

7.根据权利要求5所述的接口防护电路，其特征在于，所述稳压器为精密可调稳压器。