CN112242825A - 一种基于串行接口芯片的滤波防护电路 - Google Patents

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刘强
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Abstract

本发明涉及一种基于串行接口芯片的滤波防护电路，其中，包括总线接口芯片、信号滤波电路和过压防护电路；信号滤波电路通过绕线片式电感进行信号滤波处理，在差分信号之间的双向瞬态抑制二极管配合串并联电阻组成过压防护电路，总线信号进入串行总线接口芯片，经滤波处理后的总线差分信号进串行总线接口芯片，完成信号转换后输出。本发明电路滤波防护效果良好，电路设计简单，可靠性高，具有很好推广使用价值。

Description

一种基于串行接口芯片的滤波防护电路
技术领域
本发明属于航空电气技术领域，特别涉及一种基于串行接口芯片的滤波防护电路。
背景技术
机载环境较为复杂，当有外部电压串扰或由于参考地不同导致大电压导入时差分信号接口时，较大压差容易对串行接口芯片造成毁坏，同时通讯信号容易受到环境电磁干扰的影响，为提高系统可靠性，需要对串行信号通讯接口进行滤波及过压防护设计。
不同的差分信号定义不同，需根据不同总线协议中规定的电平值对双向瞬态抑制二极管的击穿电压和钳位电压进行选择，需满足正常工作电压下稳定工作，出现过压状况时及时导通保护。
机载设备串行信号多采用差分对的形式进行数据传输，而设备所属环境复杂，当有外部电压串扰或由于参考地不同导致大电压导入时，容易对串行接口芯片造成毁坏，为提高系统可靠性，需要对串行信号通讯接口进行滤波及防护设计。
发明内容
本发明提出一种基于串行接口芯片的滤波防护电路，用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种基于串行接口芯片的滤波防护电路，其中，包括总线接口芯片、信号滤波电路和过压防护电路；信号滤波电路通过绕线片式电感进行信号滤波处理，在差分信号之间的双向瞬态抑制二极管配合串并联电阻组成过压防护电路，总线信号进入串行总线接口芯片，经滤波处理后的总线差分信号进串行总线接口芯片，完成信号转换后输出。
根据本发明的基于串行接口芯片的滤波防护电路的一实施例，其中，信号滤波电路包括：绕线片式电感L1的3脚接总线差分信号输出负，绕线片式电感L1的4脚接总线差分信号输出正；绕线片式电感L2的3脚接总线差分信号输入负，绕线片式电感L2的4脚接总线差分信号输入正；绕线片式电感L1的1脚连接第六电阻的1脚，绕线片式电感L1的2脚连接第六电阻的2脚，绕线片式电感L2的1 脚连接第七电阻的1脚，绕线片式电感L2的2脚连接第七电阻的2 脚。
根据本发明的基于串行接口芯片的滤波防护电路的一实施例，其中，所述的过压防护电路包括：双向瞬态抑制二极管V1的1脚连接第六电阻的1脚，双向瞬态抑制二极管V1的2脚连接第六电阻的2 脚；双向瞬态抑制二极管V2的1脚连接第七电阻的1脚，双向瞬态抑制二极管V2的2脚连接第七电阻的2脚；第六电阻与双向瞬态抑制二极管V1并联，第七电阻与双向瞬态抑制二极管V2并联，进行分流保护。
根据本发明的基于串行接口芯片的滤波防护电路的一实施例，其中，总线接口芯片与输入的差分信号之间串联限流电阻。
根据本发明的基于串行接口芯片的滤波防护电路的一实施例，其中，总线接口芯片为RS422串行总线接口芯片。
根据本发明的基于串行接口芯片的滤波防护电路的一实施例，其中，RS422串行总线协议规定,发送端差分信号电压:高电平1：在+2V～ 6V之间；低电平0：在-2V～-6V之间；双向瞬态抑制二极管击穿电压： VBR≥1.2×V工作＝6×1.2＝7.2V；双向瞬态抑制二极管钳位电压： VC≤2×V工作(估算值VC≈1.5VBR)；VC＝1.5×7.2＝10.8V。
根据本发明的基于串行接口芯片的滤波防护电路的一实施例，其中，绕线片式电感选择为(G)CMW2012-161T2。
本发明电路基于双向瞬态抑制二极管和线绕片式电感实现信号滤波防护设计，串行接口芯片一端接CPU接口引脚，串行通讯总线端引脚依次与串联限流电阻、并联分流电阻、双向瞬态抑制二极管及片式电感相连。双向瞬态抑制二极管可防止串口芯片差分对引脚出现较大压差，串并联电阻可有效降低芯片引脚通过电流值，如此组合设计可用较少资源实现可靠串行差分接口过压保护，利用绕线片式电感实现成对差分信号滤波处理。该电路滤波防护效果良好，电路设计简单，可靠性高，具有很好推广使用价值。
附图说明
图1是应用于机翼防冰控制器RS422串行总线接口的滤波防护电路。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1是应用于机翼防冰控制器RS422串行总线接口的滤波防护电路，如图1所示，该电路包括总线接口芯片、信号滤波和过压防护三部分。通过绕线片式电感进行信号滤波处理，然后通过在差分信号之间的双向瞬态抑制二极管配合串并联电阻设计过压防护电路，最后总线信号进入串行总线接口芯片，经滤波处理后的总线差分信号进串行总线接口芯片，完成信号转换后输出。
所述的信号滤波部分：绕线片式电感L1的3脚接总线差分信号输出负，绕线片式电感L1的4脚接总线差分信号输出正；绕线片式电感 L2的3脚接总线差分信号输入负，绕线片式电感L2的4脚接总线差分信号输入正；绕线片式电感L1的1脚连接电阻R6的1脚，绕线片式电感L1的2脚连接R6的2脚，绕线片式电感L2的1脚连接R7的1脚，绕线片式电感L2的2脚连接R7的2脚，由绕线片式电感实现信号滤波。
所述的过压防护部分：双向瞬态抑制二极管V1的1脚连接电阻R6 的1脚，双向瞬态抑制二极管V1的2脚连接电阻R6的2脚；双向瞬态抑制二极管V2的1脚连接电阻R7的1脚，双向瞬态抑制二极管V2的2脚连接电阻R7的2脚；电阻R6、R7分别与双向瞬态抑制二极管V1、V2并联，起到分流保护的作用。U1第9脚、10脚、11脚和12脚分别与电阻 R5、R4、R3、R2的一端相连；电阻R2另一端连接电阻R6的1脚，电阻R3另一端连接电阻R6的2脚，电阻R4另一端连接电阻R7的1脚，电阻R5另一端连接电阻R7的2脚。电阻R5、R4、R3、R2起到串联限流的作用。
所述的总线信号转换部分：U1为RS422串行总线接口芯片，U1 第2脚和第5脚连接CPU端，其中第2脚为芯片输出信号至CPU，第5脚为CPU输出信号至接口芯片，U1第4脚为U1使能端，第4脚连接电阻 R1一端，电阻R1另一端接CPU控制端。U1第6脚和第7脚接5V电源地，第14脚接5V电源。
如图1所示，本发明具体包括一种基于串行接口芯片的滤波防护电路的一实施例，总线对外接口处通过绕线片式电感进行信号滤波处理，然后通过在差分信号之间的双向瞬态抑制二极管实现接口过压防护，并通过串并联电阻限流增加电路的可靠性，形成简单实用的差分信号防护滤波电路。经滤波处理后的总线信号进入串行总线接口芯片，完成信号转换后输出。
绕线片式电感在总线对外接口处实现滤波处理，绕线片式电感L1 的3脚接总线差分信号输出负，绕线片式电感L1的4脚接总线差分信号输出正；绕线片式电感L2的3脚接总线差分信号输入负，绕线片式电感L2的4脚接总线差分信号输入正；绕线片式电感L1的1脚连接电阻 R6的1脚，绕线片式电感L1的2脚连接R6的2脚，绕线片式电感L2 的1脚连接R7的1脚，绕线片式电感L2的2脚连接R7的2脚，由绕线片式电感实现信号滤波。
用双向瞬态抑制二极管作为防护器件，双向瞬态抑制二极管V1 的1脚连接电阻R6的1脚，双向瞬态抑制二极管V1的2脚连接电阻R6 的2脚；双向瞬态抑制二极管V2的1脚连接电阻R7的1脚，双向瞬态抑制二极管V2的2脚连接电阻R7的2脚；电阻R6、R7分别与双向瞬态抑制二极管V1、V2并联，起到分流保护的作用。U1第9脚、10脚、11 脚和12脚分别与电阻R5、R4、R3、R2的一端相连；电阻R2另一端连接电阻R6的1脚，电阻R3另一端连接电阻R6的2脚，电阻R4另一端连接电阻R7的1脚，电阻R5另一端连接电阻R7的2脚。电阻R5、R4、R3、 R2起到串联限流的作用。
RS422串行总线协议规定,发送端差分信号电压:
高电平1：在+2V～6V之间；
低电平0：在-2V～-6V之间；
双向瞬态抑制二极管击穿电压：
VBR≥1.2×V工作＝6×1.2＝7.2V；
双向瞬态抑制二极管钳位电压：
VC≤2×V工作(估算值VC≈1.5VBR)
VC＝1.5×7.2＝10.8V。
根据要求选择(G)TVS1500D，绕线片式电感选择(G)CMW2012-161T2。
当RS422串行接口芯片差分对引入过压信号时，双向瞬态抑制二极管V1/V2击穿，将电压钳位于10.8V，对当RS422串行接口芯片引脚实现保护，当过压信号消失后，RS422总线工作恢复正常。
当差分对信号中的差模干扰信号通过电感L1/L2时被抑制，总线信号抗干扰能力大大增强。
本发明在串行差分接口电路的基础上，增加了滤波和过压防护设计，并通过串并联电阻对通道进行限流处理，有效提高电路可靠性。本发明电路在差分接口电路与串行总线的连接端通过双向瞬态抑制二极管进行过压防护，而后通过绕线片式电感进行滤波处理，根据总线协议中规定的电压值选择双向瞬态抑制二极管的匹配击穿电压和钳位电压；经过滤波电路和过压防护后的总线信号进入串行通讯接口芯片的对应引脚，经接口芯片处理为CPU接口处理信号。整个电路设计具有通用性，简单可靠，具有典型推广价值。
本发明技术方案采用瞬态抑制二极管作为差分信号接口防护器件，并通过串并联电阻限流增加电路的可靠性，通过绕线片式电感对差分信号进行滤波，形成简单实用的差分信号防护滤波电路；电路元器件数量少可靠性高，参数选择简单，适用范围广，环境适用性强，具有典型推广价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于串行接口芯片的滤波防护电路，其特征在于，包括总线接口芯片、信号滤波电路和过压防护电路；
信号滤波电路通过绕线片式电感进行信号滤波处理，在差分信号之间的双向瞬态抑制二极管配合串并联电阻组成过压防护电路，总线信号进入串行总线接口芯片，经滤波处理后的总线差分信号进串行总线接口芯片，完成信号转换后输出。
2.如权利要求1所述的基于串行接口芯片的滤波防护电路，其特征在于，信号滤波电路包括：绕线片式电感L1的3脚接总线差分信号输出负，绕线片式电感L1的4脚接总线差分信号输出正；绕线片式电感L2的3脚接总线差分信号输入负，绕线片式电感L2的4脚接总线差分信号输入正；绕线片式电感L1的1脚连接第六电阻的1脚，绕线片式电感L1的2脚连接第六电阻的2脚，绕线片式电感L2的1脚连接第七电阻的1脚，绕线片式电感L2的2脚连接第七电阻的2脚。
3.如权利要求1所述的基于串行接口芯片的滤波防护电路，其特征在于，所述的过压防护电路包括：双向瞬态抑制二极管V1的1脚连接第六电阻的1脚，双向瞬态抑制二极管V1的2脚连接第六电阻的2脚；双向瞬态抑制二极管V2的1脚连接第七电阻的1脚，双向瞬态抑制二极管V2的2脚连接第七电阻的2脚；第六电阻与双向瞬态抑制二极管V1并联，第七电阻与双向瞬态抑制二极管V2并联，进行分流保护。
4.如权利要求1所述的基于串行接口芯片的滤波防护电路，其特征在于，总线接口芯片与输入的差分信号之间串联限流电阻。
5.如权利要求1所述的基于串行接口芯片的滤波防护电路，其特征在于，总线接口芯片为RS422串行总线接口芯片。
6.如权利要求5所述的基于串行接口芯片的滤波防护电路，其特征在于，RS422串行总线协议规定,发送端差分信号电压:
高电平1：在+2V～6V之间；
低电平0：在-2V～-6V之间；
双向瞬态抑制二极管击穿电压：
VBR≥1.2×V工作＝6×1.2＝7.2V；
双向瞬态抑制二极管钳位电压：
VC≤2×V工作(估算值VC≈1.5VBR)；
VC＝1.5×7.2＝10.8V。
7.如权利要求1所述的基于串行接口芯片的滤波防护电路，其特征在于，绕线片式电感选择为(G)CMW2012-161T2。
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