CN201674223U - 接口防护电路及可实现过压保护的接口电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种接口防护电路以及一种可实现过压保护的接口电路。本实用新型在接口芯片与连接器之间串连一TBU器件，并将该TBU器件与接口芯片相连的一端通过TVS接地，该TBU器件与连接器相连的一端通过GDT接地，当信号线缆上出现涌浪而导致信号线电压升高时，先由反应速度相对快的TVS在电压升高的初始阶段进行电压钳位、实现对接口芯片输入端的保护，尔后再由TBU器件电流触发而截断连接器与TVS之间的信号通路、并由GDT将涌浪电流泄放至地，实现对接口芯片的高等级防护，从而利用两级防护克服例如TVS等低结电容压敏器件保护存在通流能力较小、防护等级低的问题，并通过器件选型组合同时保证较小的结电容。

Description

接口防护电路及可实现过压保护的接口电路

技术领域

本实用新型涉及过压保护技术，特别涉及一种接口防护电路、以及一种可实现过压保护的接口电路。

背景技术

现有技术中，例如数字分量串行(Serial Digital Interface，SDI)接口等高速接口电路，通常选用例如瞬态电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressor，TVS)等压敏器件实现过压防护。

如图1所示，以SDI接口电路为例，其包括：SDI接口芯片、以及基本网络卡(BNC)连接器。BNC连接器可通过阻抗匹配电路，将接收信号送入SDI接口芯片的SDI输入端，该阻抗匹配电路由电感L、电阻R1、电容C、以及电阻R2组成。此外，该阻抗匹配电路与BNC连接器之间的信号线还通过一个TVS接地，当BNC连接器所接收的信号发生涌浪时，TVS两端的电压就会提升、SDI接口芯片的SDI输入端的电压也会相应提升，而当出现过压时，TVS就会将待送入SDI接口芯片的电流泄放至地、从而将SDI接口芯片的SDI输入端的电压钳位至较低值，进而实现对SDI接口芯片的过压保护。

但是，由于高速接口的信号速率较高，因而就需要TVS的结电容较小；而结电容较小的TVS的管通流能力较差，因而会使得泄放至地的电流不高，从而导致过压防护的等级较低。对于SDI接口等常用于视频监控等恶劣环境的接口电路，较低的防护等级显然无法满足实际应用的要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种接口防护电路、以及一种可实现过压保护的接口电路，能够提高过压防护等级。

本实用新型提供的一种接口防护电路，包括：

可在电流达到第一电流值后变为高阻抗状态的第一器件，其串连于接口芯片与连接器之间；

可在两端电压达到第一电压值后实现两端电压钳位的第二器件，其连接于第一器件靠近接口芯片的一端与地之间；

可在两端电压达到第二电压值后导通的第三器件，其连接于第一器件靠近连接器的一端与地之间；

其中，第一电流值小于等于第二器件的最大通流值，第一电压小于第二电压，第二电压小于等于第一器件变为高阻抗状态后连接器与地之间的电压。

第一器件为瞬态电压阻值单元TBU、第二器件为瞬态电压抑制二极管TVS、第三器件为气体放电管GDT。

所述接口芯片为数字分量串行SDI接口芯片；

且，第一器件靠近SDI接口芯片、并连接第二器件的一端，进一步通过阻抗匹配电路串连至SDI接口芯片。

阻抗匹配电路中的阻抗与第一器件在未达到第一电流时的阻抗之和，为接口芯片所需的预定阻抗值。

所述连接器为基本网络卡BNC连接器。

本实用新型提供的一种可实现过压保护的接口电路，包括：接口芯片、以及可将信号送入接口芯片的连接器，还包括：

可在电流达到第一电流值后变为高阻抗状态的第一器件，其串连于接口芯片与连接器之间；

可在两端电压达到第一电压值后实现两端电压钳位的第二器件，其连接于第一器件靠近接口芯片的一端与地之间；

可在两端电压达到第二电压值后导通的第三器件，其连接于第一器件靠近连接器的一端与地之间；

其中，第一电流值小于等于第二器件的最大通流值，第一电压小于第二电压，第二电压小于等于第一器件变为高阻抗状态后连接器与地之间的电压。

第一器件为瞬态电压阻值单元TBU、第二器件为瞬态电压抑制二极管TVS、第三器件为气体放电管GDT。

所述接口芯片为数字分量串行SDI接口芯片；

且，第一器件靠近SDI接口芯片、并连接第二器件的一端，进一步通过阻抗匹配电路串连至SDI接口芯片。

阻抗匹配电路中的阻抗与第一器件在未达到第一电流时的阻抗之和，为接口芯片所需的预定阻抗值。

所述连接器为基本网络卡BNC连接器。

由上述技术方案可见，本实用新型在接口芯片与连接器之间串连一第一器件，并将该第一器件与接口芯片相连的一端通过第二器件接地，还将该第一器件与连接器相连的一端通过第三器件接地，因而，当信号线缆上出现的浪涌进入接口电路而导致电压升高时，先由反应速度相对快的第二器件在电压升高的初始阶段进行电压钳位、实现对接口芯片输入端的保护，即第一级防护，尔后再由第一器件电流触发而截断连接器与第二器件之间的信号通路，并由第三器件将涌浪电流泄放至地、实现对接口芯片输入端的高等级防护，即第二级防护。也就是说，本实用新型并不是采用始终依靠第二器件泄放电流的一级防护，而是采用第二器件在过压程度较低时泄放电流、第三器件在过压程度较高时泄放电流、第一器件实现泄放电流的器件切换的两级防护，从而能够克服现有技术中仅利用例如TVS等低结电容压敏器件保护存在通流能力较小、防护等级低的问题。

进一步地，第一器件选用TBU、第二器件选用TVS、第三器件选用GDT，能够确保足够小的结电容，更好地适用于例如SDI接口更高速接口电路。

附图说明

图1为现有技术中可实现过压保护的一种接口电路的结构图；

图2为本实用新型实施例中可实现过压保护的一种接口电路的结构图；

图3为TBU器件的动作特性图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。

本实施例在接口芯片与连接器之间串连一瞬态阻塞单元(Transient Blocking Unit，TBU)器件，并将该TBU器件靠近接口芯片的后端通过TVS接地，还将该TBU器件靠近连接器的前端通过气体放电管(Gas Discharge Tube，GDT接地，因而，当信号线缆上出现的涌浪通过连接器进入接口电路而导致信号线电压升高时，先由反应速度相对快(即导通电压低于GDT)的TVS在电压升高的初始阶段进行电压钳位、实现对接口芯片输入端的保护，即第一级防护，尔后再由TBU器件电流触发而截断连接器与TVS之间的信号通路、将连接器与地之间的电压全部加在GDT两端，并由两端电压升高后导通的GDT在TBU的前端将信号涌浪电流泄放至地，实现对接口芯片的高等级防护，即第二级防护。

也就是说，本实施例并不是采用始终依靠TVS泄放电流的一级防护，而是采用TVS在过压程度较低时泄放电流、GDT在过压程度较高时泄放电流、TBU器件实现泄放电流的器件切换的两级防护，从而能够克服现有技术中由于TVS管通流能力较小所导致的防护等级低的问题。

图2为本实用新型实施例中可实现过压保护的一种接口电路的结构图。如图2所示，以SDI接口电路为例，该电路包括：

具有SDI输入端的SDI接口芯片；

可将信号送入SDI接口芯片的SDI输入端的BNC连接器；

串连于SDI接口芯片的SDI输入端与BNC连接器之间的阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路由电感L、电阻R1、电容C、以及电阻R2组成；

TBU，其可在电流达到如图3所示的阻滞电流后变为高阻抗状态，并串连于阻抗匹配电路与连接器之间；由于串联了TBU，因而可以调整阻抗匹配电路中的电阻R1，以保证阻抗匹配电路中R1的阻抗与TBU未达到阻滞电流的工作状态时的阻抗之和，为接口芯片所需的预定阻抗值，例如75ohm；

TVS，其可在两端电压达到导通电压后实现两端电压钳位，并连接于TBU靠近SDI接口芯片的一端与地之间、即连接于TBU与阻抗匹配电路相连的一端与地之间；

GDT，其可在两端电压达到导通电压后导通，并连接于TBU靠近BNC连接器的一端与地之间；

其中，TBU的阻滞电流大于TVS的最大通流，TVS的导通电压小于GDT的导通电压，而GDT的导通电压又小于等于TBU达到阻滞电流后BNC连接器与地之间的电压，还可以理解为GDT的导通电压小于等于如图3所示的TBU的阻滞电流所对应的电压值。

这样，当BNC连接器所接收的信号发生涌浪而导致电压升高时，电压值并不是立即到达峰值、而是存在一个初始阶段的上升过程；

在初始阶段的上升过程中，电压值虽高于TVS的导通电压，但未达到GDT的导通电压、且流过TBU的电流值也尚未达到如图3所示的阻滞电流，因而GDT不会放电、TBU器件也不会变为高阻抗状态而切断信号通路，即TVS的反应速度快于TBU和GDT，且此时的电流值小于TVS的最大通流，因而能够由TVS泄放至地，实现TVS将SDI接口芯片的SDI输入端钳位的第一级防护；

此后，电压值上升到峰值，使得流过TBU的电流其大于等于如图3所示的阻滞电流，因而能够由TBU切断BNC连接器与TVS和SDI接口芯片之间的信号通路，虽然此时的电流无法通过管通流能力有限的TVS泄放，但由于信号通路已被切断，因而电流不会流至TVS，同时，由于信号通路被切断，因而BNC连接器与地之间的电压全部加在GDT两端、并将GDT导通，从而由GDT在TBU靠近BNC连接器的前端即将电流泄放至地，实现GDT放电的第二级防护。

需要说明的是，本实施例仅仅是以TBU、TVS、GDT为例，选用TBU、TVS、GDT是考虑到这三个器件的结电容较小、更适用于例如SDI接口等高速接口电路。例如，GDT可选用小结电容表贴方头陶瓷气体放电管，其结电容可以达到0.23pF、甚至更低，通流能力可以达到数百安培、甚至达到或超过1kA(8/20uS)；TVS可选用小结电容TVS，其结电容可低至0.6pF。

而实际应用中，如果对于结电容没有要求，则，可以选用能够随电压升高变为高阻抗状态的器件替换TBU、选用能够随电压升高实现钳位的例如压敏电阻等器件可替换TVS、选用能够随电压升高而导通的例如压敏电阻等器件可替换GDT。

此外，虽然TBU能够被例如金膜电阻、或正温度系数热敏电阻(PTC)等其他器件予以替换，但是，选用TBU实现本实用新型的技术方案更优。具体说，TBU器件与PTC器件相似，在正常应用中可以被看作是电阻，但是，当流过的电流达到其阻滞电流后，TBU器件的阻抗能够迅速增大、以实现电流截止，而PTC的阻抗增大主要受温度的影响，即PTC器件的反应速度较慢；而且，当流过的电流达到其阻滞电流后，TBU器件在理论上可以完全截止电流，而PTC器件还需要一定的残余电流以维持器件本体处于高阻状态。

因此，相比于PTC器件，选用TBU器件对TVS的要求会更为宽松，不易出现GDT器件与TVS由于防护能力不匹配而存在TVS管损坏失效的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种接口防护电路，其特征在于，该接口防护电路包括：

可在电流达到第一电流值后变为高阻抗状态的第一器件，其串连于接口芯片与连接器之间；

可在两端电压达到第一电压值后实现两端电压钳位的第二器件，其连接于第一器件靠近接口芯片的一端与地之间；

可在两端电压达到第二电压值后导通的第三器件，其连接于第一器件靠近连接器的一端与地之间；

其中，第一电流值小于等于第二器件的最大通流值，第一电压小于第二电压，第二电压小于等于第一器件变为高阻抗状态后连接器与地之间的电压。

2.如权利要求1所述的接口防护电路，其特征在于，第一器件为瞬态电压阻值单元TBU、第二器件为瞬态电压抑制二极管TVS、第三器件为气体放电管GDT。

3.如权利要求1或2所述的接口防护电路，其特征在于，所述接口芯片为数字分量串行SDI接口芯片；

且，第一器件靠近SDI接口芯片、并连接第二器件的一端，进一步通过阻抗匹配电路串连至SDI接口芯片。

4.如权利要求3所述的接口防护电路，其特征在于，阻抗匹配电路中的阻抗与第一器件在未达到第一电流时的阻抗之和，为接口芯片所需的预定阻抗值。

5.如权利要求3所述的接口防护电路，其特征在于，所述连接器为基本网络卡BNC连接器。

6.一种可实现过压保护的接口电路，包括：接口芯片、以及可将信号送入接口芯片的连接器，其特征在于，还包括：

可在电流达到第一电流值后变为高阻抗状态的第一器件，其串连于接口芯片与连接器之间；

可在两端电压达到第一电压值后实现两端电压钳位的第二器件，其连接于第一器件靠近接口芯片的一端与地之间；

可在两端电压达到第二电压值后导通的第三器件，其连接于第一器件靠近连接器的一端与地之间；

其中，第一电流值小于等于第二器件的最大通流值，第一电压小于第二电压，第二电压小于等于第一器件变为高阻抗状态后连接器与地之间的电压。

7.如权利要求6所述的接口电路，其特征在于，第一器件为瞬态电压阻值单元TBU、第二器件为瞬态电压抑制二极管TVS、第三器件为气体放电管GDT。

8.如权利要求6或7所述的接口电路，其特征在于，所述接口芯片为数字分量串行SDI接口芯片；

且，第一器件靠近SDI接口芯片、并连接第二器件的一端，进一步通过阻抗匹配电路串连至SDI接口芯片。

9.如权利要求8所述的接口电路，其特征在于，阻抗匹配电路中的阻抗与第一器件在未达到第一电流时的阻抗之和，为接口芯片所需的预定阻抗值。

10.如权利要求8所述的接口电路，其特征在于，所述连接器为基本网络卡BNC连接器。

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