CN210577788U - 基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路及有线网络系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路及有线网络系统，所述网络芯片保护电路包括差分对信号线和TVS管，所述差分对信号线包括两条差分通讯信号线，每条所述差分通讯信号线连接在网络变压器的输出端口和网络芯片的输入管脚之间；所述TVS管连接在所述差分对信号线的两条所述差分通讯信号线之间。通过在差分对信号线的两条差分通讯信号线之间连接一个TVS管，即可实现差分对信号线对网络芯片的有效保护，即可以以一个TVS管保护两条差分通讯信号线连接的网络芯片的管脚，而TVS管的价格相较于集成的TVS芯片低很多，从而可以节约保护网络芯片的成本。

Description

基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路及有线网络系统

技术领域

本申请涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路及有线网络系统。

背景技术

网络芯片技术的出现是为了适应下一代高速网络特点的需要，提供网络服务质量控制，不断适应新的网络应用，发展新的网络管理模式以及快速响应市场对新的网络功能的需求而推出的一项新的芯片技术。日常中对网络芯片的正常工作产生干扰的因素有静电、雷击、磁场感应、网线拔插的冲击等。通常静电和雷击都容易想到，而磁场感应的破坏力可以忽略不计，但拔插网线的冲击很容易被忽视，反而破坏性却是最大的，特别是采用POE(Power Over Ethernet，基于以太网的网络供电)供电的方式。

有线网络连接的电子设备，多采用POE供电系统。部分电子设备为了节省布线成本，简化布线工艺，采用将直流电源加载到网络信号线上和数据信号一起传输的方式进行供电。而此类型电子设备的网络变压器初级线圈和次级线圈的匝数接近，以1：1为例，若将用电设备端的网线进行拔插，由于网络变压器初级线圈在断开的瞬间都会产生一个反电动势，如果再次插上网线，网络变压器初级线圈上的电势就会两者叠加，瞬间最高可达到2倍电势的高压，耦合到网络变压器的次级线圈上，直接作用于网络芯片的通讯接口，容易击穿网络芯片的管脚导致网络芯片永久性的损坏。

由于拔插网线引起的电势，其特点为瞬间产生的电压高，持续时间短，瞬间产生高脉冲后迅速衰减，通常几微妙内衰减掉80％左右，其能量并不大。目前对于网络芯片的保护措施，多数是采用价格昂贵的集成TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态二极管)芯片，或者采用普通的单个TVS管在每根信号线上并联一个到地，这两种方式均不经济，成本较高。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路及有线网络系统，以较低的成本实现对网络芯片的保护。

为了实现上述目的，本申请的实施例通过如下方式实现：

第一方面，本申请实施例提供一种基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路，所述网络芯片保护电路包括差分对信号线和TVS管，所述差分对信号线包括两条差分通讯信号线，每条所述差分通讯信号线连接在网络变压器的输出端口和网络芯片的输入管脚之间；所述TVS管连接在所述差分对信号线的两条所述差分通讯信号线之间。

通过在差分对信号线的两条差分通讯信号线之间连接一个TVS管，即可实现差分对信号线对网络芯片的有效保护，即可以以一个TVS管保护两条差分通讯信号线连接的网络芯片的管脚，而TVS管的价格相较于集成的TVS芯片低很多，从而可以节约保护网络芯片的成本。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述TVS管的数量与所述差分对信号线的数量一致。

在对多对差分对信号线连接的网络芯片进行保护时，TVS管的数量与差分对信号线的数量一致，便于布线和进行电路设计。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述TVS管的结电容的电容值为5～20皮法。

结电容的电容值为5～20皮法的TVS管，属于结电容小的TVS管，而TVS管具有响应速度快的特点，因此能够尽快抑制脉冲，对由拔插网线引起的电势具有很好的抑制效果。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述TVS管为PDF3V03C。

型号为PDF3V03C的TVS管，具有价格低廉、结电容的电容值小、响应速度快的特点，采用这种TVS管，可以低成本实现对网络芯片的有效保护。

结合第一方面，或者结合第一方面的第一种至第三种中任一可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述网络芯片保护电路还包括电阻，所述电阻连接在所述网络变压器的输出端口和所述网络芯片的输入管脚之间的所述差分通讯信号线上。

在网络变压器的输出端口和网络芯片的输入管脚之间的差分通讯信号线上串联电阻，可以减缓脉冲对网络芯片的冲击，且电阻有阻碍电流流通的作用，不但可以让流入网络芯片的输入管脚的电流减小，还可以使脉冲到达网络芯片的输入管脚的速度变慢，从而让更多的电流通过TVS管泄放掉，更有效地保护网络芯片。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述电阻的数量与所述差分通讯信号线的数量一致。

通过在每根差分通讯信号线上串联一个电阻，可以有效减小每根差分通讯信号线流入网络芯片的输入管脚的电流，从而保护网络芯片。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述电阻的阻值为0.1～2欧姆。

选用阻值较小的电阻串联在差分通讯信号线上，能够尽可能避免对数据传输的影响。

结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述电阻为精密电阻。

选用精密电阻，能够尽可能避免对差分特性的破坏，从而能够避免对差分通讯数据的影响。

结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述精密电阻的阻值为1欧姆。

选用阻值为1欧姆的精密电阻串联在差分通讯信号线上，能够对网络芯片提供有效的保护，也能够保证差分通讯的质量，并且成本较低。

第二方面，本申请实施例提供一种有线网络系统，所述有线网络系统包括第一设备和第二设备，所述第一设备包括网络变压器；所述第二设备包括网络芯片；所述网络变压器与所述网络芯片通过如第一方面或第一方面可能的实现方式中任一项所述的基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路连接。

采用基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路实现对有线网络系统中的网络芯片的保护，可以使得有线网络系统运行更加稳定，通信质量可靠。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路应用在有线网络系统中的示意图。

图2为本申请实施例提供的一种基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路应用在有线网络系统中的示意图。

图3为TVS管PDF3V03C特性曲线图。

图4为TVS管PDF3V03C特性曲线图。

图5为采用PDF3V03C和阻值为1欧姆的精密电阻的网络芯片保护电路应用在有线网络系统中的示意图。

图标：10-有线网络系统；11-第一设备；111-网络变压器的第一输出端口；112-网络变压器的第二输出端口；113-网络变压器的第三输出端口；114-网络变压器的第四输出端口；12-第二设备；121-网络芯片的第一输入管脚；122-网络芯片的第二输入管脚；123-网络芯片的第三输入管脚；124-网络芯片的第四输入管脚；13-差分对信号线；131-第一差分通讯信号线；132-第二差分通讯信号线；133-第三差分通讯信号线；134-第四差分通讯信号线；V1-第一TVS管；V2-第二TVS管；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路应用在有线网络系统10中的示意图。在本实施例中，有线网络系统10可以包括第一设备11和第二设备12，第一设备11内包含网络变压器，第二设备12内包含网络芯片，通过第一设备11内网络变压器的输出端口与第二设备12内网络芯片的输入管脚之间的有线连接，可以实现第一设备11与第二设备12的通信和数据传输。

在本实施例中，第一设备11与第二设备12可以通过差分通讯的方式进行通信连接，而为了对网络芯片进行有效的保护，可以基于差分通讯信号线，设计网络芯片的保护电路。

示例性的，基于差分通讯信号线的网络芯片的保护电路，可以包括差分对信号线13和TVS管。如图1所示，本实施例中的差分对信号线13可以包括第一差分通讯信号线131和第二差分通讯信号线132，或者，差分对信号线13可以包括第三差分通讯信号线133和第四差分通讯信号线134。对应的，第一设备11中网络变压器包括网络变压器的第一输出端口111、网络变压器的第二输出端口112、网络变压器的第三输出端口113和网络变压器的第四输出端口114；第二设备12中网络芯片可以包括网络芯片的第一输入管脚121、网络芯片的第二输入管脚122、网络芯片的第三输入管脚123和网络芯片的第四输入管脚124。

需要说明的是，一组差分对信号线13中包括两条差分通讯信号线，本实施例中差分对信号线的组数不作限定。对应的，网络变压器的输出端口通常与网络芯片的输入管脚相对应，但并非限定其数量必须相等，数量上也可以不等同，例如，网络芯片具有20个输入引脚，网络变压器具有8个输出端口，那么可以选择网络芯片的8个输入引脚与网络变压器的8个输出端口对应。因此，此处不作限定。另外，差分对信号线的组数与网络芯片的输入引脚数、网络变压器的输出端口数并无绝对关系，以实际使用中的数量为准。

而第一差分通讯信号线131可以连接在网络变压器的第一输出端口111和网络芯片的第一输入管脚121之间，以实现第一设备11与第二设备之间的数据通信。与之类似的，第二差分通讯信号线132可以连接在网络变压器的第二输出端口112和网络芯片的第二输入管脚122之间，第三差分通讯信号线133可以连接在网络变压器的第三输出端口113和网络芯片的第三输入管脚123之间，第四差分通讯信号线134可以连接在网络变压器的第四输出端口114和网络芯片的第四输入管脚124之间。而第一差分通讯信号线131和第二差分通讯信号线132可以构成一组差分对信号线13，第三差分通讯信号线133和第四差分通讯信号线134也可以构成一组差分对信号线13。

在本实施例中，为了在保护网络芯片的同时，尽可能降低成本，一组差分对信号线13可以搭配一个TVS管进行网络芯片保护电路的设计。示例性的，可以在每一对差分对信号线13连接一个TVS管。示例性的，第一TVS管V1可以连接在第一差分通讯信号线131和第二差分通讯信号线132之间，例如，并联在网络变压器的第一输出端口111和网络变压器的第二输出端口112之间，或者，并联在第一差分通讯信号线131和第二差分通讯信号线132之间，并联在网络芯片的第一输入管脚121和网络芯片的第二输入管脚122之间，此处不作限定。由此，第一TVS管V1即可对第一差分通讯信号线131连接的网络芯片的第一输入管脚121和第二差分通讯信号线132连接的网络芯片的第二输入管脚122形成保护。与之类似，第二TVS管V2亦可对第三差分通讯信号线133连接的网络芯片的第三输入管脚123和第四差分通讯信号线134连接的网络芯片的第四输入管脚124形成保护。

TVS管的数量与差分对信号线13的数量保持一致，也便于网络芯片保护电路的设计和布线。

由于结电容的电容值越小的TVS管响应速度越快，为了尽快抑制脉冲，以对由拔插网线引起的电势起到更好的抑制效果，可以选用结电容较小的TVS管。示例性的，可以选用结电容的电容值为5～20皮法的TVS管。例如，可以选用结电容的电容值为5皮法的TVS管，或者，可以选用结电容的电容值为20皮法、15皮法、8皮法的TVS管，以尽快抑制脉冲，保护网络芯片。当然，此处所列举的电容值数值不应视为对本申请的限定，电容值也可以为11皮法、18皮法等。

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的另一种基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路应用在有线网络系统10中的示意图。在本实施例中，图2所示的有线网络系统10与图1所示的有线网络系统10存在部分雷同的结构和连接关系，由此，此处仅对二者之间的不同之处加以介绍，对雷同部分不再赘述。

图2中所示的有线网络系统10相较于图1所示的有线网络系统10，区别在于图2中所示的有线网络系统10还包括电阻。在本实施例中，电阻可以连接在网络变压器的输出端口和网络芯片的输入管脚之间的差分通讯信号线上。

示例性的，电阻可以包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。第一电阻R1可以串联在网络变压器的第一输出端口111与网络芯片的第一输入管脚121之间的第一差分通讯信号线131上；第二电阻R2可以串联在网络变压器的第二输出端口112与网络芯片的第二输入管脚122之间的第二差分通讯信号线132上；第三电阻R3可以串联在网络变压器的第三输出端口113与网络芯片的第三输入管脚123之间的第三差分通讯信号线133上；第四电阻R4可以串联在网络变压器的第四输出端口114与网络芯片的第四输入管脚124之间的第四差分通讯信号线134上。

将电阻连接在网络变压器的输出端口和网络芯片的输入管脚之间的差分通讯信号线上，可以减缓脉冲对网络芯片的冲击，且电阻有阻碍电流流通的作用，不但可以让流入网络芯片的输入管脚的电流减小，还可以使脉冲到达网络芯片的输入管脚的速度变慢，从而让更多的电流通过TVS管泄放掉，更有效地保护网络芯片。而在每根差分通讯信号线上串联一个电阻，可以有效减小每根差分通讯信号线流入网络芯片的输入管脚的电流，从而保护网络芯片。

在本实施例中，为了尽可能避免电阻对差分通讯信号线的数据传输产生消极影响，可以尽可能选用阻值较小的电阻。示例性的，可以选用阻值为0.1～2欧姆的电阻。例如，选用阻值为0.1欧姆的电阻，几乎不会对差分通讯信号线的数据传输产生消极影响；或者，选用阻值为2欧姆的电阻，对流入网络芯片的输入管脚的电流具有明显的阻碍作用，使脉冲到达网络芯片的输入管脚的速度更慢，从而让更多的电流通过TVS管泄放掉，能够更有效地保护网络芯片。当然，也可以选用阻值为5欧姆、0.5欧姆的电阻，以实际需要为准，此处不作限定。

为了尽可能避免对差分通讯中差分特性的影响，可以选用精密电阻连接在网络变压器的输出端口和网络芯片的输入管脚之间的差分通讯信号线上。

需要说明的是，在本实施例中，电阻连接在网络变压器的输出端口和网络芯片的输入管脚之间的差分通讯信号线上，TVS管的两端可以分别连接在差分对信号线13中每条差分通讯信号线上的电阻与网络变压器的输出端口之间，或者TVS管的两端分别连接在差分对信号线13中两条差分通讯信号线对应的网络变压器的输出端口之间，以保证TVS管的脉冲抑制效果。

以下，将结合一个具体的应用实例，对本申请的基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路及有线网络系统进行介绍。

在本实施例中，可以对TVS管和电阻选型。请参阅图3和图4，图3和图4示出了一种型号为PDF3V03C的TVS管的特性曲线。图3示出的是PDF3V03C在25度环境温度时的峰值脉冲功率与脉冲时间特性图，图4示出的是PDF3V03C的脉冲波形图。其中，tr表示脉冲重复时间，td表示时间延迟，由图3和图4中的展示的特性曲线，可以看出PDF3V03C的脉冲抑制速度快，抑制效果好。因此，此应用实例选用型号为PDF3V03C的TVS管。

而结合PDF3V03C、第一设备11的网络变压器和第二设备12的网络芯片，此应用实例选用阻值为1欧姆的精密电阻。

请参阅图5，图5为此应用实例中基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路应用在有线网络系统10中的电路示意图。具体的连接关系描述可以参照对图2中的基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路应用在有线网络系统10的描述，此处不再赘述。由此，可以实现差分通讯信号线的网络芯片。

通过采用基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路实现对有线网络系统中的网络芯片的保护，可以使得有线网络系统运行更加稳定，通信质量可靠。

综上所述，本申请实施例提供一种基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路及有线网络系统，通过在差分对信号线的两条差分通讯信号线之间连接一个TVS管，即可实现差分对信号线对网络芯片的有效保护，即可以以一个TVS管保护两条差分通讯信号线连接的网络芯片的管脚，而TVS管的价格相较于集成的TVS芯片低很多，从而可以节约保护网络芯片的成本。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路，其特征在于，所述网络芯片保护电路包括差分对信号线和TVS管，

所述差分对信号线包括两条差分通讯信号线，每条所述差分通讯信号线连接在网络变压器的输出端口和网络芯片的输入管脚之间；

所述TVS管连接在所述差分对信号线的两条所述差分通讯信号线之间。

2.根据权利要求1所述的网络芯片保护电路，其特征在于，所述TVS管的数量与所述差分对信号线的数量一致。

3.根据权利要求1所述的网络芯片保护电路，其特征在于，所述TVS管的结电容的电容值为5～20皮法。

4.根据权利要求3所述的网络芯片保护电路，其特征在于，所述TVS管为PDF3V03C。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的网络芯片保护电路，其特征在于，所述网络芯片保护电路还包括电阻，所述电阻连接在所述网络变压器的输出端口和所述网络芯片的输入管脚之间的所述差分通讯信号线上。

6.根据权利要求5所述的网络芯片保护电路，其特征在于，所述电阻的数量与所述差分通讯信号线的数量一致。

7.根据权利要求5所述的网络芯片保护电路，其特征在于，所述电阻的阻值为0.1～2欧姆。

8.根据权利要求7所述的网络芯片保护电路，其特征在于，所述电阻为精密电阻。

9.根据权利要求8所述的网络芯片保护电路，其特征在于，所述精密电阻的阻值为1欧姆。

10.一种有线网络系统，其特征在于，所述有线网络系统包括第一设备和第二设备，

所述第一设备包括网络变压器；

所述第二设备包括网络芯片；

所述网络变压器与所述网络芯片通过如权利要求1-9中任一项所述的基于差分通讯信号线的网络芯片保护电路连接。

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