CN201616888U - 一种以太网光网络单元 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种以太网光网络单元，通过在网络变压器和以太网口接口之间设置有两级保护电路，第一级保护电路包括两个三极气体放电管，起长时间承受高压作用，第二级保护电路包括瞬态电压抑制器，起快速响应、吸收残压的作用，实现对以太网光网络接口的差模和共模保护，从而有很好防雷、防浪涌效果；通过对印刷电路板的输入阻抗和以太网光网络接口的差分输出阻抗的匹配，使得输送信号更加稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种以太网络接口，尤其涉及一种以太网光网络单元(Optical Network Unit，ONU)。
背景技术
互联网用户的快速增长和宽带应用的普及，推动着网络基础设施的发展。网络的总带宽以每半年翻一番的速度递增，VoIP、IPTV、在线游戏等新的网络应用和网络技术也不断对网络带宽提出新的挑战。从长远来看，现有的宽带接入技术已经无法满足这种高速增长的需求，在这种背景下，无源光网络PON(Passive Optical Network)技术作为一种可以满足未来需求的宽带接入技术越来越得到人们的瞩目。
目前主流的PON技术主要有：EPON和GPON，其中又以以太网无源光网络EPON技术的市场占有率最高。EPON网络主要由OLT(OpticalLine Terminal)、ONU(Optical Network Unit)和ODN(OpticalDistribution Network)构成，ODN全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成，不需要昂贵的有源电子设备和其它安装环境，大大降低了网络铺设成本和运营支出。作为网络终端设备的以太网光网络单元经常安装在野外大楼外墙或者电线杆上，所以在以太网光网络单元通常应具有防水、防尘、防污染、抗干扰性能，适于户外安装使用，并具有优良的散热性能。此外，由于以太网光网络单元工作环境的特殊性，还应具有防雷、防浪涌的防护功能。
传统的以太网光网络单元设计的不足之处就是往往忽视了以太网光网络单元防雷、防浪涌的重要性。如今，随着超规模集成芯片的使用，以太网光网络单元集成度越来越高、元器件间隙更小、导线更细，这使得电子设备受到瞬态过电破坏的可能性越来越大。如果一个电涌导致的瞬态过电压超过一个电子设备的承受能力，那么这个设备或者被完全破坏，或者寿命大大缩短。按ANSI/IEEE C62.41-1991说明，瞬间电压可高达20000V，瞬间电流可达10000A，其中以雷击引起的电涌危害最大。在雷击放电时，以雷击为中心1.5-2km范围内，都有可能产生危险的过电压，所以为了保证以太网光网络单元正常工作时的可靠性和稳定性，必须使以太网光网络单元具有防雷、防浪涌的防护功能。
目前，常采用的防雷、防浪涌的技术方案有两种：一种是在通讯设备的以太网接口处采用一级硅保护电路进行过压保护，如瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor，TVS)，虽然在短时间内可以瞬时吸收很高的电压冲击，但是无法经受较长时间的导通电流，而如果采用能够经受较长时间的导通电流的硅保护电路，则其结电容就会变大，从而影响以太网的信号传输质量；另一种是在通讯设备的以太网接口处采用一级气体放电管进行过压保护，虽然可以持续地长时间承受耐压范围内的电压，但是放电时延较大，动作灵敏度不够理想，而且在差模暂态过电压的保护场合，气体放电管在承受瞬时电压冲击时，两电极之间存留残压，对于一些脆弱的电子设备来说，这样的残压有时候难以承受，需要采取另外的措施。从上面可以看出，这两种防雷、防浪涌的保护效果都较差。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够快速响应且长时间承受高压的以太网光网络单元，采用的技术方案如下：
一种以太网光网络单元，包括印刷电路板、交换芯片、网络变压器和至少一个以太网接口，交换芯片、网络变压器和以太网接口均设置在印刷电路板上，交换芯片、网络变压器和以太网接口依次通过网络信号线串接，每路网络信号线由一对发送数据双绞线和一对接收数据双绞线组成，其特征是在所述网络变压器和以太网接口之间的每路网络信号线上均设有第一级保护电路和第二级保护电路，其中第一级保护电路设置在靠近以太网接口处，第二级保护电路设置在靠近网络变压器处；所述第一级保护电路包括两个三极气体放电管，其中一个三极气体放电管的接地电极接地，其余两电极分别连接两发送数据双绞线，另一个三极气体放电管的接地电极接地，其余两电极分别连接两接收数据双绞线；第二级保护电路包括瞬态电压抑制器，瞬态电压抑制器的四个输入端子通过两对双绞线对应地连接到两发送数据双绞线和两接收数据双绞线远离网络变压器的位置，瞬态电压抑制器的四个输出端子通过两对双绞线对应地连接到两发送数据双绞线和两接收数据双绞线靠近网络变压器的位置。
在正常工作情况下，网络信号由交换芯片、网络变压器、以太网接口顺序传输，将信号输送给终端；但当发生雷击或电涌时候，雷击或电涌产生的高压、强电流是由以太网接口向网络变压器、交换芯片等顺序冲击的，不仅会损坏网络变压器和交换芯片，而且会损坏网路中的其它敏感器件。通过上述第一级保护电路及第二级保护电路的双重保护，第一级保护电路主要起到长时间承受高压的作用，第二级保护电路主要起快速响应，吸收残压的作用，实现了对以太网光网络接口的差模和共模保护，这样既能够快速响应又能长时间承受高压，防雷、防涌浪效果好，因而可以防止网络变压器、交换芯片和其它敏感器件被雷击或电涌产生的高压、强电流所损坏。
上述交换芯片可采用88E6045芯片，它有四个以太网输出端口；与其相匹配的网络变压器可采用H1164，它有四个以太网输入端口和四个以太网输出端口；以太网接口可采用RJ45，它有一个输入端口和一个输出端口。
气体放电管的特点是绝缘电阻很大，寄生电容很小，可以持续地长时间承受耐压范围内的电压。当外加电压增大到超过气体的绝缘强度时，两极间的间隙将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，导通后放电管两极之间的电压维持在放电弧道所决定的残压水平，气体放电管放电后，它将提供一条接地的旁路泄放大电流的通道，同时也能起到限制过电压的作用。气体放电管可采用ARR-MM075M-CAA型的三极气体放电管。
瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor，TVS)是一种二极管形式的高效能保护器件，当瞬态电压抑制器中的二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。瞬态电压抑制器具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点，大大弥补了气体放电管放电时延较大、存留残压的特性。瞬态电压抑制器可采用PROTEK公司的SLVU2.8-4 TVS芯片。每片SLVU2.8-4 TVS芯片的四个输入端子和四个输出端子均可以连接两对双绞线，分别连接以太网光网络单元的每个端口的两发送数据双绞线和两接收数据双绞线，从而实现对全双工以太网数据口的防雷、防浪涌保护。因为网络变压器一般都有四个端口，而每个端口所连接的网络信号线包括两发送数据双绞线和两接收数据双绞线，对应于一片SLVU2.8-4 TVS芯片，所以在一个以太网光网络单元中一般采用四片SLVU2.8-4 TVS芯片组成的阵列芯片来实现保护。
将瞬态电压抑制器和三极气体放电管结合起来，就可以取长补短，既能持续经受长时间的耐压范围内的高能电压冲击，又能快速反应，瞬时将电压钳制在一个预定值，并吸收残电压，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。因此，采用瞬态电压抑制器和三极气体放电管相结合，构建防雷、防浪涌保护电路，可以有效地降低了设备受到瞬态过电破坏的可能性。
为达到信号输送稳定的目的，作为本实用新型的优选方案，印刷电路板的输入阻抗和以太网光网络接口的差分输出阻抗相匹配。阻抗匹配的具体做法是：布局时TVS阵列芯片要靠近以太网交换芯片和RJ45以太网接口，保证TVS阵列芯片与其双绞线对间的走线尽可能短；为了减少寄生电感，印刷电路板上所有到地平面瞬态电流反射回路要尽可能短和确保印刷电路板上的电源线和地线尽可能短，在印刷电路板上进行大面积覆地处理，同时为了减小地平面对信号走线阻抗的影响，地平面与信号线的间距至少要两倍线宽，数据信号线宽取1.2mm；在瞬态电压抑制器与气体放电管之间的网络信号线上串联一些冗余电感、电阻或并联上一些冗余电容，以便在调试过程中微调信号线阻抗时可以对印刷电路板的反射损耗进行补偿处理。由于以太网口收发差分数据线对一般都呈现100欧姆的差分输出阻抗，如果印刷电路板的输入阻抗没法和以太网口的差分输出阻抗相匹配的话，那么太网光网络单元数据链路就会很不稳定，数据通道会呈现时断时续的恶果。为了消除印刷电路板对太网光网络单元数据链路的影响，同时为了保持高效的抗EMC干扰性能，对印刷电路板的输入阻抗和以太网口的差分100欧姆输出阻抗作上述匹配。
本实用新型的太网光网络单元通过在网络变压器和以太网接口之间的网络信号线上设置有两级保护电路，第一级保护电路包括两个三极气体放电管，起长时间承受高压作用，第二级保护电路包括瞬态电压抑制器，起快速响应、吸收残压的作用，实现对以太网光网络接口的差模和共模保护，从而有很好防雷、防浪涌效果；通过对印刷电路板的输入阻抗和以太网光网络接口的差分输出阻抗的匹配，使得输送信号更加稳定。
附图说明
图1是以太网光网络单元的硬件电路设计图
图2是以太网光网络单元防雷、防浪涌电路原理图
具体实施方式
下面结合附图和本实用新型的优选实施方式做进一步的说明。
如图1和图2所示，这种以太网光网络单元，包括印刷电路板、88E6045交换芯片1、H1164网络变压器2和四个RJ45以太网接口3；88E6045交换芯片1、H1164网络变压器2和RJ45以太网接口3均设置在印刷电路板上，88E6045交换芯片1、H1164网络变压器2和RJ45以太网接口3的每个端口均用两发送数据双绞线4和两接收数据双绞线5串接起来；在H1164网络变压器2和RJ45以太网接口3的每个端口之间的发送数据双绞线4和两接收数据双绞线5上设有两级保护电路；第一级保护电路包括两个ARR-MM075M-CAA三极气体放电管6，两个ARR-MM075M-CAA三极气体放电管6设在靠近RJ45以太网接口3处，其中一个ARR-MM075M-CAA气体放电管6的接地电极接地，其余两电极分别连接两发送数据双绞线4，另一个ARR-MM075M-CAA气体放电管6的接地电极接地，其余两电极分别连接两接受数据双绞线5；第二级保护电路包括SLVU2.8-4 TVS芯片7，设置在靠近H1164网络变压器2处，SLVU2.8-4 TVS芯片7的四个输入端子通过两对双绞线对应地连接到两发送数据双绞线4和两接收数据双绞线5远离H1164网络变压器的位置，SLVU2.8-4 TVS芯片7的四个输出端子通过两对双绞线对应地连接到两发送数据双绞线4和两接收数据双绞线5靠近5H1164网络变压器的位置，使SLVU2.8-4 TVS芯片7与H1164网络变压器2的输出端和RJ45以太网接口3的输入端之间的两发送数据双绞线4和两接收数据双绞线5处于并联状态。如图1所示，88E6045交换芯片1、H1164网络变压器2均有四个端口，并采用四个RJ45以太网接口3，四条线路并行工作，因此，需要采用四片SLVU2.8-4TVS芯片7组成TVS阵列芯片8；同样，也必须采用四组ARR-MM075M-CAA三极气体放电管6，每两个一组，组成阵列气体放电管9。布局时SLVU2.8-4 TVS芯片7要靠近88E6045交换芯片1和RJ45以太网口接口3，确保SLVU2.8-4 TVS芯片7与其双绞线对间的走线尽可能短；在印刷电路板上进行大面积覆地处理，地平面与信号线的间距至少要两倍线宽，数据信号线宽取1.2mm；在SLVU2.8-4TVS芯片7与ARR-MM075M-CAA气体放电管6之间串联冗余电阻10。
SLVU2.8-4 TVS芯片的性能参数表
| 参数 | 符号 | 数值 | 单位 |
| 可承受峰值功率 | Ppp | 600 | 瓦特 |
| 峰值脉冲电流(当脉冲时间tp＝8/20us时) | Ipp | 30 | 安培 |
| 额定变位电压 | VWM | 2.8 | 伏特 |
| 最小击穿电压 | VBR | 3.0 | 伏特 |
| 最大反向漏电流 | IBR | 1.0 | 安培 |
| 最大箝位电压(当Ip＝30A时) | VC | 21 | 伏特 |
| 典型容值 | C | 3 | 皮法 |
在正常工作情况下，网络信号由88E6045交换芯片1、H1164网络变压器2、RJ45以太网接口3顺序传输，将信号输送给终端；但当发生雷击或电涌时候，雷击或电涌产生的高压、强电流是由RJ45以太网接口3向H1164网络变压器2、88E6045交换芯片1等顺序冲击的；此时两个ARR-MM075M-CAA三极气体放电管6的绝缘电阻被击穿，处于导通状态，开始在其耐压范围内泄放强电流；同时SLVU2.8-4TVS芯片7由于两端被加上反向高电压，以10的负12次方秒量级的速度，将两极间的高阻抗瞬时变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极问的电压箝位于一个预定值，并吸收ARR-MM075M-CAA气体放电管6的残压，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。而在SLVU2.8-4 TVS芯片7和ARR-MM075M-CAA气体放电管6之间串联入的电阻10起到阻抗匹配的作用，因为SLVU2.8-4TVS芯片7平时处于高阻状态，相当于断开，当SLVU2.8-4 TVS芯片7的两极受到反向瞬态高能量冲击时，其两极间的高阻抗变为低阻抗，串联入的电阻10的目的就是匹配这时候的电阻。
Claims (2)
1.一种以太网光网络单元，包括印刷电路板、交换芯片、网络变压器和至少一个以太网接口，交换芯片、网络变压器和以太网接口均设置在印刷电路板上，交换芯片、网络变压器和以太网接口依次通过网络信号线串接，每路网络信号线由一对发送数据双绞线和一对接收数据双绞线组成，其特征是：所述网络变压器和以太网接口之间的每路网络信号线上均设有第一级保护电路和第二级保护电路，其中第一级保护电路设置在靠近以太网接口处，第二级保护电路设置在靠近网络变压器处；所述第一级保护电路包括两个三极气体放电管，其中一个三极气体放电管的接地电极接地、其余两电极分别连接两发送数据双绞线，另一个三极气体放电管的接地电极接地、其余两电极分别连接两接收数据双绞线；所述第二级保护电路包括瞬态电压抑制器，瞬态电压抑制器的四个输入端子通过两对双绞线对应地连接到两发送数据双绞线和两接收数据双绞线远离网络变压器的位置，瞬态电压抑制器的四个输出端子通过两对双绞线对应地连接到两发送数据双绞线和两接收数据双绞线靠近网络变压器的位置。
2.如权利要求1所述的以太网光网络单元，其特征是：所述印刷电路板的输入阻抗与以太网光网络接口的差分输出阻抗相匹配。
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Publications (1)
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2009
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: GUANGDONG DONYAN NETWORK TECHNOLOGIES CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: SHANTOU HI-TECH ZONE ULTRA-VISTA TECHNOLOGIES INC. |
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Address after: Shantou high tech Zone Technology South Street Longhu District 515000 in Guangdong Province, Shantou City No. 6 Building 5 floor hengze Patentee after: GUANGDONG DONGYAN NETWORK TECHNOLOGIES Co.,Ltd. Address before: Shantou high tech Zone Technology South Street Longhu District 515000 in Guangdong Province, Shantou City No. 6 Building 5 floor hengze Patentee before: Shantou Hi-tech Zone Ultra-vista Technologies Inc. |
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Granted publication date: 20101027 |
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| CX01 | Expiry of patent term |