CN109446139B - 一种带防护的串口 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带防护的串口，包括：与串口的数据发送引脚以及地连接的第一限流模块，用于当数据发送引脚的电压低于第一阈值时，控制自身的第一端与第二端之间开路，并且当数据发送引脚的电压大于等于第一阈值时，降低数据发送引脚流向数据发送线路的电流并吸收数据发送引脚的对地电流；与串口的数据接收引脚以及地连接的第二限流模块；与两个接地引脚以及地连接的第三限流模块，用于当两个接地引脚的电压均低于第三阈值时，控制自身的第一端与第二端之间导通，并且当任意一个接地引脚的电压大于等于第三阈值时，降低两个接地引脚的对地电流；串口主体。应用本发明所提供的方案，避免了串口被误当成网口时产生的串口芯片损坏的情况。

Description

一种带防护的串口

技术领域

本发明涉及串口设计技术领域，特别是涉及一种带防护的串口。

背景技术

在很多产品中会兼具有网口以及串口，串口用于调试和修改产品的配置，网口可以进行数据传输，并且通常采用的是POE(Power Over Ethernet，有源以太网)的供电方式，即网口还兼具为产品供电的功能。

在产品的实际使用中，有时操作人员会误将POE电源插在串口上，也即将串口误认为网口，导致串口芯片被烧毁，无法正常工作。

综上所述，如何有效地避免串口被误当成网口时产生的串口芯片损坏的情况，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种带防护的串口，以有效地避免串口被误当成网口时产生的串口芯片损坏的情况。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种带防护的串口，包括：

第一端与串口的数据发送引脚连接，第二端接地的第一限流模块，用于当所述数据发送引脚的电压低于预设的第一阈值时，控制自身的第一端与第二端之间开路，并且当所述数据发送引脚的电压大于等于所述第一阈值时，降低所述数据发送引脚流向数据发送线路的电流并吸收所述数据发送引脚的对地电流；

第一端与所述串口的数据接收引脚连接，第二端接地的第二限流模块，用于当所述数据接收引脚的电压低于预设的第二阈值时，控制自身的第一端与第二端之间开路，并且当所述数据接收引脚的电压大于等于所述第二阈值时，降低所述数据接收引脚流向数据接收线路的电流并吸收所述数据接收引脚的对地电流；

第一端与所述串口的第一接地引脚连接，其公共端与所述串口的第二接地引脚连接，第二端接地的第三限流模块，用于当所述第一接地引脚的电压以及所述第二接地引脚的电压均低于预设的第三阈值时，控制自身的第一端与第二端之间导通，并且当所述第一接地引脚的电压或所述第二接地引脚的电压大于等于所述第三阈值时，降低所述第一接地引脚以及所述第二接地引脚的对地电流；

串口主体。

优选的，所述第一限流模块为第一瞬态抑制二极管TVS，所述第一TVS的第一端作为所述第一限流模块的第一端，所述第一TVS的第二端作为所述第一限流模块的第二端；

所述第二限流模块为第二TVS，所述第二TVS的第一端作为所述第二限流模块的第一端，所述第二TVS的第二端作为所述第二限流模块的第二端。

优选的，所述第三限流模块为正温度系数热敏电阻PTC，所述PTC的第一端作为所述第三限流模块的第一端，所述PTC的第二端作为所述第三限流模块的第二端。

优选的，所述PTC为高分子聚合物正系数温度电阻PPTC。

优选的，所述串口为RJ45串口。

优选的，所述数据发送引脚为所述RJ45串口的三号引脚，所述数据接收引脚为所述RJ45串口的六号引脚。

优选的，所述第一接地引脚为所述RJ45串口的四号引脚，所述第二接地引脚为所述RJ45串口的五号引脚。

优选的，所述第一限流模块包括：

N个TVS，且N个TVS的第一端相互连接，作为所述第一限流模块的第一端，N个TVS的第二端相互连接并接地，作为所述第一限流模块的第二端；

所述第二限流模块包括：

M个TVS，M个TVS的第一端相互连接，作为所述第二限流模块的第一端，M个TVS的第二端相互连接并接地，作为所述第二限流模块的第二端；

其中，N为正整数且N≥2，M为正整数且M≥2。

优选的，所述串口为目标设备上的串口，所述目标设备具有所述串口以及有源以太网POE的供电方式的网口。

优选的，所述目标设备为无线访问接入点AP设备。

应用本发明实施例所提供的带防护的串口，第一限流模块与数据发送引脚以及地连接，由于当数据发送引脚的电压低于预设的第一阈值时，第一限流模块的第一端与第二端之间开路，也就使得当串口被正常使用时，数据发送引脚对地开路，可以正常完成自身的功能。而当串口被误当成网口时，数据发送引脚的电压可能会增加，此时第一限流模块便起到作用，也即当数据发送引脚的电压大于等于第一阈值时，第一限流模块可以降低数据发送引脚流向数据发送线路的电流并吸收数据发送引脚的对地电流。因此，第一限流模块的设置，有效地避免了串口被误当成网口时，供电电源经由数据发送引脚将串口芯片烧毁。第二限流模块与数据接收引脚以及地连接，可与第一限流模块参照，有效地避免了串口被误当成网口时，供电电源经由数据接收引脚将串口芯片烧毁。第三限流模块与两个接地引脚以及地连接，串口被正常使用时，两个接地引脚的电压均会低于预设的第三阈值，此时第三限流模块的第一端与第二端之间导通，也就不影响串口的接地引脚的正常使用。而如果串口被误当成网口时，任意一个接地引脚的电压增加，高于第三阈值时，第三限流模块便发挥作用，降低第一接地引脚以及第二接地引脚的对地电流，也就避免了供电电源经由接地引脚将串口芯片烧毁。因此，本申请通过三个限流模块的设置，有效地避免了串口被误当成网口时产生的串口芯片损坏的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种POE系统的网口的供电结构示意图；

图2为本发明中带防护的串口的一种结构示意图；

图3为本发明中带防护的串口的另一种结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种带防护的串口，有效地避免了串口被误当成网口时产生的串口芯片损坏的情况。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在进行串口防护的设计之前，申请人对采用POE系统的网口进行了分析，请参阅图1，为现有技术中一种POE系统的网口的供电结构示意图。电源提供设备是指为以太网客户端设备进行供电的设备，同时也是整个POE以太网供电过程的管理者。电源应用设备即为带有网口的用电设备，例如可以是企业的AP设备，IP电话，网络安全摄像机等等。

POE供电系统通常采用的是IEEE 802.3af标准，网线中有四对双绞线，即网口有8个引脚，依次编号为引脚1至引脚8，在常用的10M BASE-T以及100M BASE-T中，通常只使用其中的两对线对，即使用4个引脚。在部分网口中，采用空闲脚供电，4，5引脚连接为正极，7，8引脚连接为负极，图1的实施方式中便是采用空闲脚供电。还有的网口采用的是数据引脚供电，1，2引脚连接为正极时，3，6引脚连接为负极；1，2引脚连接为负极时，3，6引脚连接为正极。在1000M BASE-T中，通常8个引脚均会被使用，即8个引脚均参与供电。

由上分析后申请人发现，当误将串口当做网口接入网线时，串口的8个引脚均可能与供电电源连接，从而在相应的引脚上产生高电压，进而大电流流入串口芯片中将串口芯片烧毁。

请参考图2，图2为本发明中一种带防护的串口的结构示意图，包括：

第一端与串口的数据发送引脚连接，第二端接地的第一限流模块10，用于当数据发送引脚的电压低于预设的第一阈值时，控制自身的第一端与第二端之间开路，并且当数据发送引脚的电压大于等于第一阈值时，降低数据发送引脚流向数据发送线路的电流并吸收数据发送引脚的对地电流。

本申请设置的第一限流模块10可以固定在串口内部，其第一端与串口的数据发送引脚连接，第二端接地。由于串口正常使用时，进行数据发送的数据线TX需要对地开路，也即数据发送引脚需要对地开路，以保证数据能够正常被发送，因此，本申请中设定的第一限流模块10，在数据发送引脚的电压低于预设的第一阈值时，需要控制自身的第一端与第二端之间开路。也就是说，本申请设置的第一限流模块10不能影响串口的原有功能，在数据发送引脚的电压正常时，要使得数据发送引脚对地开路。

当数据发送引脚的电压大于等于第一阈值时，说明此时串口被误用为网口，并且此时的数据发送引脚连接到了相关电源提供设备的电源正极，此时本申请的第一限流模块10便可以降低数据发送引脚流向数据发送线路的电流，因此，可以避免大电流经由数据发送线路破坏串口芯片。当数据发送引脚的电压大于等于第一阈值时，本申请的第一限流模块10允许数据发送引脚对地导通，实现分流，从而降低了数据发送引脚流向数据发送线路的电流。但如果对地电流过大，仍有可能对串口地或者串口芯片造成损坏，因此本申请的第一限流模块10还需要吸收数据发送引脚的对地电流，起到了对串口地的保护。

在具体实施方式中，考虑到RJ45形态的串口以及网口经常共同使用，因此，本申请的带防护的串口可以为RJ45串口。当然，在其他实施方式中，也可以是其他形式的串口，并不影响本发明的实施。

在图2的实施方式中，数据发送引脚为串口的三号引脚，数据接收引脚为串口的六号引脚。第一接地引脚为串口的四号引脚，第二接地引脚为串口的五号引脚。这是一种较为常见的实施方式，但在其他实例中，完全可以有其他形式的引脚设置，并不影响本发明的实施。例如选取一号引脚作为数据发送引脚，选取二号引脚作为数据接收引脚，又如选取七号引脚作为第一接地引脚，选取八号引脚作为第二接地引脚等等。此外还需要说明的是，串口通常需要使用4个引脚，其余未使用的引脚通常可以悬空。

第一端与串口的数据接收引脚连接，第二端接地的第二限流模块20，用于当数据接收引脚的电压低于预设的第二阈值时，控制自身的第一端与第二端之间开路，并且当数据接收引脚的电压大于等于第二阈值时，降低数据接收引脚流向数据接收线路的电流并吸收数据接收引脚的对地电流。

第二限流模块20的第一端与串口的数据接收引脚连接，第二端接地。第二限流模块20可以与第一限流模块10进行参照，此处不重复说明。由于第二限流模块20的设置，当数据接收引脚连接到了相关电源提供设备的电源正极时，可以降低数据接收引脚流向数据接收线路的电流，并吸收数据接收引脚的对地电流，因此，可以避免大电流经由数据接收线路破坏串口芯片，同时起到了对串口地的保护。

需要说明的是，第二阈值的大小可以与第一阈值相同，也可以不同，具体可以根据实际需要进行设定。但通常来说，当串口被误用为网口时，数据发送引脚遇到的高电压的等级与数据接收引脚遇到的高电压的等级相同，第一限流模块10的结构可以采取与第二限流模块20的结构相同的设计，即第一阈值的大小可以设计地与第二阈值大小相同。

第一端与串口的第一接地引脚连接，其公共端与串口的第二接地引脚连接，第二端接地的第三限流模块30，用于当第一接地引脚的电压以及第二接地引脚的电压均低于预设的第三阈值时，控制自身的第一端与第二端之间导通，并且当第一接地引脚的电压或第二接地引脚的电压大于等于第三阈值时，降低第一接地引脚以及第二接地引脚的对地电流。

串口主体。

串口主体指的是串口中除了第一限流模块10，第二限流模块20以及第三限流模块30之外的其他相关结构，具体的构成可以参照现有技术中的串口的原有设计，例如可以根据实际需要选取具体的串口芯片的型号，本申请图2中并未详细示出串口主体的结构。

第三限流模块30的第一端与串口的第一接地引脚连接，其公共端与该串口的第二接地引脚连接，第三限流模块30的第二端接地。考虑到当串口正常使用时，第一接地引脚以及第二接地引脚均需要对地导通，因此，本申请设置的第三限流模块30不能破坏串口的原有功能，即当第一接地引脚的电压以及第二接地引脚的电压均低于预设的第三阈值时，第三限流模块30需要控制自身的第一端与第二端之间导通，也就使得两个接地引脚对地导通。而当第一接地引脚的电压或第二接地引脚的电压大于等于第三阈值时，说明此时串口被误用为网口，且此时这两个接地引脚连接到了相关电源提供设备的电源正极，第三限流模块30则降低第一接地引脚以及第二接地引脚的对地电流，也就避免了大电流对串口地的破坏。

应用本发明实施例所提供的带防护的串口，第一限流模块10与数据发送引脚以及地连接，由于当数据发送引脚的电压低于预设的第一阈值时，第一限流模块10的第一端与第二端之间开路，也就使得当串口被正常使用时，数据发送引脚对地开路，可以正常完成自身的功能。而当串口被误当成网口时，数据发送引脚的电压可能会增加，此时第一限流模块10便起到作用，也即当数据发送引脚的电压大于等于第一阈值时，第一限流模块10可以降低数据发送引脚流向数据发送线路的电流并吸收数据发送引脚的对地电流。因此，第一限流模块10的设置，有效地避免了串口被误当成网口时，供电电源经由数据发送引脚将串口芯片烧毁。第二限流模块20与数据接收引脚以及地连接，可与第一限流模块10参照，有效地避免了串口被误当成网口时，供电电源经由数据接收引脚将串口芯片烧毁。第三限流模块30与两个接地引脚以及地连接，串口被正常使用时，两个接地引脚的电压均会低于预设的第三阈值，此时第三限流模块30的第一端与第二端之间导通，也就不影响串口的接地引脚的正常使用。而如果串口被误当成网口时，任意一个接地引脚的电压增加，高于第三阈值时，第三限流模块30便发挥作用，降低第一接地引脚以及第二接地引脚的对地电流，也就避免了供电电源经由接地引脚将串口芯片烧毁。因此，本申请通过三个限流模块的设置，有效地避免了串口被误当成网口时产生的串口芯片损坏的情况。

在本发明的一种具体实施方式中，可参阅图3，第一限流模块10为第一TVS10(Transient Voltage Suppressor，瞬态抑制二极管)，第一TVS10的第一端作为第一限流模块10的第一端，第一TVS10的第二端作为第一限流模块10的第二端；

第二限流模块20为第二TVS20，第二TVS20的第一端作为第二限流模块20的第一端，第二TVS20的第二端作为第二限流模块20的第二端。

考虑到TVS具有极强的浪涌功率吸收能力，并且当施加在TVS上的电压较低时，TVS不导通，满足本申请的要求，因此，在图3的实施方式中，采用第一TVS10作为第一限流模块10，采用第二TVS20作为第一限流模块10。

需要指出的是，在其他实施方式中，还可以采用更多相互并联的TVS以增强第一限流模块10以及第二限流模块20的电流吸收能力。具体的，在一种具体实施方式中，第一限流模块10可以包括：

N个TVS，且N个TVS的第一端相互连接，作为第一限流模块10的第一端，N个TVS的第二端相互连接并接地，作为第一限流模块10的第二端；

第二限流模块20包括：

M个TVS，M个TVS的第一端相互连接，作为第二限流模块20的第一端，M个TVS的第二端相互连接并接地，作为第二限流模块20的第二端；

其中，N为正整数且N≥2，M为正整数且M≥2。

在该种实施方式中，N个TVS并联作为第一限流模块10，M个TVS并联作为第二限流模块20，N和M都至少为2。在部分网口的电流较大的场合中，本申请的设计有利于为串口芯片提高更高等级的保护。

在本发明的一种具体实施方式中，第三限流模块30可以为PTC(PositiveTemperature Coefficient，正温度系数热敏电阻)。具体的，将PTC的第一端作为第三限流模块30的第一端，PTC的第二端作为第三限流模块30的第二端。考虑到当串口正常使用时，流过第三限流模块30的电流较低，PTC的特性允许两个接地引脚对地导通，符合本申请的要求。而当串口被误用时，如果两个接地引脚的对地电压增大，流过PTC的电流会迅速增加，此时温度上升，PTC阻值会迅速增大，也就使得两个接地引脚对地开路，从而降低了两个接地引脚的对地电流，符合本申请的需求。并且PTC的成本较低，因此，在具体实施时可以选用PTC作为第三限流模块30。

考虑到在自然状态下PPTC的阻值接近于0，更为符合串口正常工作状态下的需求，因此，在图3的实施方式中，将PTC具体选取为PPTC30(Polymeric Positive TemperatureCoefficient，高分子聚合物正系数温度电阻)。

在本发明的一种具体实施方式中，串口可以为目标设备上的串口，目标设备具有串口以及POE的供电方式的网口。由于本申请的方案可以在串口被误用为网口时进行串口保护，因此，在具体实施时，本申请的串口通常可以为容易发生误用的设备上的串口，这类设备即为同时具有串口以及POE的供电方式的网口的设备。具体的，可以是企业常用的AP(Access Point，无线访问接入点)设备。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带防护的串口，其特征在于，包括：

第一端与串口的数据发送引脚连接，第二端接地的第一限流模块，用于当所述数据发送引脚的电压低于预设的第一阈值时，控制自身的第一端与第二端之间开路，并且当所述数据发送引脚的电压大于等于所述第一阈值时，降低所述数据发送引脚流向数据发送线路的电流并吸收所述数据发送引脚的对地电流；

第一端与所述串口的数据接收引脚连接，第二端接地的第二限流模块，用于当所述数据接收引脚的电压低于预设的第二阈值时，控制自身的第一端与第二端之间开路，并且当所述数据接收引脚的电压大于等于所述第二阈值时，降低所述数据接收引脚流向数据接收线路的电流并吸收所述数据接收引脚的对地电流；

第一端与所述串口的第一接地引脚连接，其公共端与所述串口的第二接地引脚连接，第二端接地的第三限流模块，用于当所述第一接地引脚的电压以及所述第二接地引脚的电压均低于预设的第三阈值时，控制自身的第一端与第二端之间导通，并且当所述第一接地引脚的电压或所述第二接地引脚的电压大于等于所述第三阈值时，降低所述第一接地引脚以及所述第二接地引脚的对地电流；

串口主体。

2.根据权利要求1所述的带防护的串口，其特征在于，所述第一限流模块为第一瞬态抑制二极管TVS，所述第一TVS的第一端作为所述第一限流模块的第一端，所述第一TVS的第二端作为所述第一限流模块的第二端；

所述第二限流模块为第二TVS，所述第二TVS的第一端作为所述第二限流模块的第一端，所述第二TVS的第二端作为所述第二限流模块的第二端。

3.根据权利要求2所述的带防护的串口，其特征在于，所述第三限流模块为正温度系数热敏电阻PTC，所述PTC的第一端作为所述第三限流模块的第一端，所述PTC的第二端作为所述第三限流模块的第二端。

4.根据权利要求3所述的带防护的串口，其特征在于，所述PTC为高分子聚合物正系数温度电阻PPTC。

5.根据权利要求1所述的带防护的串口，其特征在于，所述串口为RJ45串口。

6.根据权利要求5所述的带防护的串口，其特征在于，所述数据发送引脚为所述RJ45串口的三号引脚，所述数据接收引脚为所述RJ45串口的六号引脚。

7.根据权利要求6所述的带防护的串口，其特征在于，所述第一接地引脚为所述RJ45串口的四号引脚，所述第二接地引脚为所述RJ45串口的五号引脚。

8.根据权利要求1所述的带防护的串口，其特征在于，所述第一限流模块包括：

N个TVS，且N个TVS的第一端相互连接，作为所述第一限流模块的第一端，N个TVS的第二端相互连接并接地，作为所述第一限流模块的第二端；

所述第二限流模块包括：

M个TVS，M个TVS的第一端相互连接，作为所述第二限流模块的第一端，M个TVS的第二端相互连接并接地，作为所述第二限流模块的第二端；

其中，N为正整数且N≥2，M为正整数且M≥2。

9.根据权利要求1至8任一项所述的带防护的串口，其特征在于，所述串口为目标设备上的串口，所述目标设备具有所述串口以及有源以太网POE的供电方式的网口。

10.根据权利要求9所述的带防护的串口，其特征在于，所述目标设备为无线访问接入点AP设备。

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