CN201491088U - 一种以太网交换机esd和浪涌防护装置及电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种以太网交换机接口电路，应用于包括以太网芯片、以太网交换机接口电路和以太网电缆的装置中，所述以太网交换机接口电路包括以太网变压器、芯片侧接口和线缆侧接口，所述以太网变压器通过所述芯片侧接口连接所述以太网芯片，所述以太网变压器通过所述线缆侧接口连接所述以太网电缆，所述以太网芯片与所述以太网电缆通过差分线对通信；所述线缆侧接口的差分线对之间还包括能量泻放器件，用于在ESD或浪涌引入线路时，将ESD或浪涌的能量通过所述以太网变压器的中心抽头泻放到工作地。从而起到保护后级以太网芯片的作用。

Description

一种以太网交换机ESD和浪涌防护装置及电路

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种以太网交换机ESD和浪涌防护装置及电路。

背景技术

以太网接口电路主要分两部分，如图1所示，一部分为芯片侧，即以太网变压器的左边与CHIP(以太网芯片)连接部分，一部分是线缆侧，即以太网变压器右边与CABLE(以太网电缆)连接部分。其中，以太网芯片与以太网电缆通过差分线对通信，在以太网电缆侧信号通过差分信号传输，经过以太网变压器耦合后，成为低压差分信号到达以太网芯片。

有时CABLE侧可能出现浪涌或ESD(Electro Static Discharge，静电放电)等干扰能量，通过以太网变压器后对以太网芯片造成损害。现有技术中，通过在CHIP侧采用线对到地之间使用TVS(瞬变电压抑制管)等防护器件进行防护，当干扰能量从CABLE的网口进入后，经过以太网变压器耦合到CHIP侧，TVS11和TVS12将能量直接泄放到工作地，从而起到保护后级以太网芯片的目的。另外，以太网变压器的中心抽头通过电阻R11和电容C11连接到设备的工作地(数字地)，可以避免工作地上的噪声耦合到芯片侧，也防止芯片侧的共模噪声耦合到工作地上，保证了变压器的共模隔离效果，提高了以太网变压器的电磁兼容性能。

然而，现有技术中，在芯片侧使用TVS将能量直接泄放到工作地的方案中，能量除了从TVS管泄放之外，还有相当一部分残压流向以太网芯片，从而导致以太网芯片损坏。另外，由于以太网接口电路通常包括多个线路，如果每条线路都需要使用TVS管进行防护，整体方案价格昂贵。

实用新型内容

本实用新型提供了一种以太网交换机ESD和浪涌防护装置及电路，对ESD及浪涌都有较好防护作用，同时降低成本。

本实用新型提供了一种以太网交换机接口电路，应用于包括以太网芯片、以太网交换机接口电路和以太网电缆的装置中，所述以太网交换机接口电路包括以太网变压器、芯片侧接口和线缆侧接口，所述以太网变压器通过所述芯片侧接口连接所述以太网芯片，所述以太网变压器通过所述线缆侧接口连接所述以太网电缆，所述以太网芯片与所述以太网电缆通过差分线对通信；

所述线缆侧接口的差分线对之间还包括能量泻放器件，用于在ESD或浪涌引入线路时，将ESD或浪涌的能量通过所述以太网变压器的中心抽头泻放到工作地，以降低所述差分线对之间的压差。

所述能量泻放器件包括第一器件组和第二器件组；所述第一器件组的钳位电压大于差分信号压差，正极连接到差分线对中的第一线路，负极连接到差分线对中的第二线路；所述第二器件组的钳位电压大于差分信号压差，正极连接到差分线对中的第二线路，负极连接到差分线对中的第一线路。

所述第一器件组包括串联的至少4个二极管；所述第二器件组包括串联的至少4个二极管。

其中，所述第一器件组包括串联的至少1个反向连接的TVS和至少一个正向连接的二极管，二极管正极连接到差分线对中的第一线路，二极管负极通过TVS连接到差分线对中的第二线路；所述第二器件组包括串联的至少1个反向连接的TVS和至少一个正向连接的二极管，二极管正极连接到差分线对中的第二线路，二极管负极通过TVS连接到差分线对中的第一线路。

其中，所述能量泻放器件包括二极管电桥，所述二极管电桥包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；

差分线对中的第一线路连接所述第一二极管的正极及所述第三二极管的负极，差分线对中的第二线路连接第二二极管的正极及第四二极管的负极，所述第一二极管和第二二极管的负极，与所述第三二极管和第四二极管的正极之间至少正向串联第五、第六二极管。

其中，所述能量泻放器件包括二极管电桥，所述二极管电桥包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、至少一个TVS；

差分线对中的第一线路连接所述第一二极管的正极及所述第三二极管的负极，差分线对中的第二线路连接所述第二二极管的正极及所述第四二极管的负极，所述第一二极管和所述第二二极管的负极，与所述第三二极管和所述第四二极管的正极之间至少反向串联一个TVS。

其中，所述芯片侧差分线对与工作地之间还分别包括TVS，用于在ESD或浪涌引入时，使ESD或浪涌的能量泻放到工作地。

本实用新型还提供了一种以太网交换机ESD和浪涌防护装置，包括：以太网芯片、以太网交换机接口电路和以太网电缆，所述以太网交换机接口电路包括以太网变压器、芯片侧接口和线缆侧接口，所述以太网变压器通过所述芯片侧接口连接所述以太网芯片，所述以太网变压器通过所述线缆侧接口连接所述以太网电缆，所述以太网芯片与所述以太网电缆通过差分线对通信；

所述线缆侧接口的差分线对之间还包括能量泻放器件，用于在ESD或浪涌引入线路时，将ESD或浪涌的能量通过所述以太网变压器的中心抽头泻放到工作地，以降低所述差分线对之间的压差。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型中，由于在以太网线缆侧采用低成本的二极管及分立器件，对ESD或浪涌的能量进行泻放，经过以太网变压器进一步消弱后耦合到以太网芯片侧，减小了对以太网芯片的损害，从而起到保护后级以太网芯片的作用；另外，由于本实用新型使用的是二极管，成本比TVS管价格低，降低了成本。

附图说明

图1是现有技术中TVS管防护信号示意图；

图2是本实用新型中CABLE侧串接二极管防护示意图；

图3是本实用新型中CABLE侧串接二极管防护示意图；

图4是本实用新型中二极管电桥配置示意图；

图5是本实用新型中二极管电桥加TVS管配置示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心思路是：由于在以太网线缆侧采用低成本的二极管及分立器件，对ESD或浪涌的能量进行泻放，经过以太网变压器进一步消弱后耦合到以太网芯片侧，减小了对以太网芯片的损害，从而起到保护后级以太网芯片的作用；并且，由于本实用新型使用的是二极管，成本比TVS管价格低，降低了成本。

本实用新型提供了一种以太网交换机接口电路，应用于包括以太网芯片、以太网交换机接口电路和以太网电缆的装置中，所述以太网交换机接口电路包括以太网变压器、芯片侧接口和线缆侧接口，所述以太网变压器通过所述芯片侧接口连接所述以太网芯片，所述以太网变压器通过所述线缆侧接口连接所述以太网电缆，所述以太网芯片与所述以太网电缆通过差分线对通信；

所述线缆侧接口的差分线对之间还包括能量泻放器件，用于在ESD或浪涌引入线路时，将ESD或浪涌的能量通过所述以太网变压器的中心抽头泻放到工作地，以降低所述差分线对之间的压差。

下面结合附图和具体应用场景对上述原理进行详细说明。如图2所示，所述能量泻放器件包括第一器件组和第二器件组；所述第一器件组包括串联的至少4个二极管D21、D22、D23和D24，正极连接到差分线对中的第一线路(LINE1)，负极连接到差分线对中的第二线路(LINE2)；所述第二器件组包括串联的至少4个二极管D25、D26、D27和D28，正极连接到差分线对中的第二线路(LINE2)，负极连接到差分线对中的第一线路(LINE1)。即在CABLE侧差分线对之间正反各串接了至少4个快速反应二极管。该实施例中第一器件组和第二器件组分别以包括4个快速反应二极管为例进行说明，实际应用中，如果快速反应二极管的钳位电压比0.7V大，则可能使用少于4个快速反应二极管，只要保证第一器件组和第二器件组的钳位电压大于差分信号压差。

例如，图2中所示当ESD及浪涌信号从CABLE侧由LINE1引入时，经过左侧串联的4个二极管到达LINE2，并由以太网变压器的中心抽头，经过R21、C21泻放到工作地，迅速将线对间的压差减小到极低的程度。而经过防护电路后的残压经过以太网变压器的进一步消弱后耦合到以太网芯片侧，减小对以太网芯片的损害，从而起到保护以太网芯片的作用。当ESD及浪涌信号从CABLE侧由LINE2引入时，原理相同，不在赘述。

差分线对通常情况下需要通过差分信号及FLP(Fast Link Pulse，快速链接脉冲)信号。差分信号幅度要求在±850mV到±1285mV之间；FLP信号幅度要求在585mV到3.1V之间，实际测试一般在2.65V左右。因此采用4个二极管串联，每个二极管开启电压在0.7V左右，四个可以控制在2.8V左右，这样在正常工作时不会对正常差分信号的造成钳位，即正常的差分信号压差在钳位电压以下，不会开启串联的二极管进行能量泻放，而ESD及浪涌信号的电压远远高于钳位电压，将开启串联的二极管进行能量泻放。

当然，也可以将上述第一器件组和第二器件组中的部分串联的二极管替换为反向连接的TVS，如图3所示，所述第一器件组包括串联的至少1个反向连接的TVS31和至少一个正向连接的二极管D31，二极管D31正极连接到差分线对中的第一线路(LINE1)，二极管D31负极通过TVS31连接到差分线对中的第二线路(LINE2)；所述第二器件组包括串联的至少1个反向连接的TVS32和至少一个正向连接的二极管D32，二极管D32正极连接到差分线对中的第二线路(LINE2)，二极管D32负极通过TVS32连接到差分线对中的第一线路(LINE1)。当然，D32和TVS32的位置可以互换，D31和TVS31的位置也可以互换。

例如，图3中所示当ESD及浪涌信号从CABLE侧由LINE1引入时，经过二极D1，并反向击穿TVS31，到达LINE2(由于二极管的反向击穿电压远远高于TVS31的反向击穿电压，因此，不会导致差分信号串扰)，并由以太网变压器的中心抽头，经过R31、C31泻放到工作地，迅速将线对间的压差减小到极低的程度。而经过防护电路后的残压经过以太网变压器的进一步消弱后耦合到以太网芯片侧，减小对以太网芯片的损害，从而起到保护以太网芯片的作用。当ESD及浪涌信号从CABLE侧由LINE2引入时，原理相同，不再赘述。

在实际应用中，可以采用二极管桥接法减少二极管个数。如图4所示：所述能量泻放器件包括二极管电桥，所述二极管电桥包括：第一二极管D41、第二二极管D42、第三二极管D43、第四二极管D44、第五二极管D45和第六二极管D46；差分线对中的第一线路(LINE1)连接所述第一二极管D41的正极及所述第三二极管D43的负极，差分线对中的第二线路(LINE1)连接第二二极管D42的正极及第四二极管D44的负极，所述第一二极管D41和第二二极管D42的负极，与所述第三二极管D43和第四二极管D44的正极之间至少正向串联第五二极管D45、第六二极管D46。

例如，图4中所示当ESD及浪涌信号从CABLE侧由LINE1引入时，依次经过D41、D45、D46、D44到达LINE2，并由以太网变压器的中心抽头，经过R41、C41泻放到工作地，迅速将线对间的压差减小到极低的程度。而经过防护电路后的残压经过以太网变压器的进一步消弱后耦合到以太网芯片侧，减小对以太网芯片的损害，从而起到保护以太网芯片的作用。

同样，也可以将外接的D45和D46两个二极管换成分立的TVS51，也可以起到相同的作用，如图5所示，所述第一二极管D41和所述第二二极管D42的负极，与所述第三二极管D43和所述第四二极管D44的正极之间至少反向串联一个TVS51。

例如，图5中所示当ESD及浪涌信号从CABLE侧由LINE1引入时，依次经过D41、反向击穿TVS51、D44到达LINE2，并由以太网变压器的中心抽头，经过R41、C41泻放到工作地，迅速将线对间的压差减小到极低的程度。而经过防护电路后的残压经过以太网变压器的进一步消弱后耦合到以太网芯片侧，减小对以太网芯片的损害，从而起到保护以太网芯片的作用。

为了提高对以太网芯片的保护，还可以在上述实施例的基础上，在芯片侧差分线对与工作地之间分别增加TVS，用于在ESD或浪涌引入时，使ESD或浪涌的能量泻放到工作地。

本实用新型还提供了一种以太网交换机ESD和浪涌防护装置，包括：以太网芯片、以太网交换机接口电路和以太网电缆，所述以太网交换机接口电路包括以太网变压器、芯片侧接口和线缆侧接口，所述以太网变压器通过所述芯片侧接口连接所述以太网芯片，所述以太网变压器通过所述线缆侧接口连接所述以太网电缆，所述以太网芯片与所述以太网电缆通过差分线对通信；其特征在于，

所述线缆侧接口的差分线对之间还包括能量泻放器件，用于在ESD或浪涌引入线路时，将ESD或浪涌的能量通过所述以太网变压器的中心抽头泻放到工作地，以降低所述差分线对之间的压差。

上述本实用新型序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种以太网交换机接口电路，应用于包括以太网芯片、以太网交换机接口电路和以太网电缆的装置中，所述以太网交换机接口电路包括以太网变压器、芯片侧接口和线缆侧接口，所述以太网变压器通过所述芯片侧接口连接所述以太网芯片，所述以太网变压器通过所述线缆侧接口连接所述以太网电缆，所述以太网芯片与所述以太网电缆通过差分线对通信；其特征在于，

所述线缆侧接口的差分线对之间还包括能量泻放器件，用于在ESD或浪涌引入线路时，将ESD或浪涌的能量通过所述以太网变压器的中心抽头泻放到工作地，以降低所述差分线对之间的压差。

2.如权利要求1所述的以太网交换机接口电路，其特征在于，所述能量泻放器件包括第一器件组和第二器件组；所述第一器件组的钳位电压大于差分信号压差，正极连接到差分线对中的第一线路，负极连接到差分线对中的第二线路；所述第二器件组的钳位电压大于差分信号压差，正极连接到差分线对中的第二线路，负极连接到差分线对中的第一线路。

3.如权利要求2所述的以太网交换机接口电路，其特征在于，所述第一器件组包括串联的至少4个二极管；所述第二器件组包括串联的至少4个二极管。

4.如权利要求1所述的以太网交换机接口电路，其特征在于，所述第一器件组包括串联的至少1个反向连接的TVS和至少一个正向连接的二极管，二极管正极连接到差分线对中的第一线路，二极管负极通过TVS连接到差分线对中的第二线路；所述第二器件组包括串联的至少1个反向连接的TVS和至少一个正向连接的二极管，二极管正极连接到差分线对中的第二线路，二极管负极通过TVS连接到差分线对中的第一线路。

5.如权利要求1所述的以太网交换机接口电路，其特征在于，所述能量泻放器件包括二极管电桥，所述二极管电桥包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；

差分线对中的第一线路连接所述第一二极管的正极及所述第三二极管的负极，差分线对中的第二线路连接第二二极管的正极及第四二极管的负极，所述第一二极管和第二二极管的负极，与所述第三二极管和第四二极管的正极之间至少正向串联第五、第六二极管。

6.如权利要求1所述的以太网交换机接口电路，其特征在于，所述能量泻放器件包括二极管电桥，所述二极管电桥包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、至少一个TVS；

差分线对中的第一线路连接所述第一二极管的正极及所述第三二极管的负极，差分线对中的第二线路连接所述第二二极管的正极及所述第四二极管的负极，所述第一二极管和所述第二二极管的负极，与所述第三二极管和所述第四二极管的正极之间至少反向串联一个TVS。

7.如权利要求1至6中任一项所述的以太网交换机接口电路，其特征在于，所述芯片侧差分线对与工作地之间还分别包括TVS，用于在ESD或浪涌引入时，使ESD或浪涌的能量泻放到工作地。

8.一种以太网交换机ESD和浪涌防护装置，其特征在于，包括：以太网芯片、以太网交换机接口电路和以太网电缆，所述以太网交换机接口电路包括以太网变压器、芯片侧接口和线缆侧接口，所述以太网变压器通过所述芯片侧接口连接所述以太网芯片，所述以太网变压器通过所述线缆侧接口连接所述以太网电缆，所述以太网芯片与所述以太网电缆通过差分线对通信；其特征在于，

所述线缆侧接口的差分线对之间还包括能量泻放器件，用于在ESD或浪涌引入线路时，将ESD或浪涌的能量通过所述以太网变压器的中心抽头泻放到工作地，以降低所述差分线对之间的压差。

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