CN218549750U - 一种韦根接口保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种韦根接口保护电路，包括：信号输入端；过压保护模块，包括瞬态二极管的一端与信号输入端连接，瞬态二极管的另一端接地；电压转换模块，包括N型MOS管的漏极与信号输入端连接，N型MOS管的栅极与适配电压端、第一电阻的一端连接，N型MOS管的源极与第一电阻的另一端、第二电阻的一端、第一电容的一端连接，第一电容的另一端接地；信号输出端，与第二电阻的另一端连接。本实用新型的优点在于：将信号输入端的负脉冲信号直接传给信号输出端，将信号输入端的高电平电压转换成适配电压并传给信号输出端，还具有过压保护功能，保护处理器，降低维修成本。

Description

一种韦根接口保护电路

技术领域

本实用新型涉及韦根接口技术领域，具体地涉及一种韦根接口保护电路。

背景技术

楼宇对讲门口机通常需要预留外接的韦根接口。韦根协议是国际上统一的标准，是由摩托罗拉公司制定的一种通讯协议；韦根协议在数据的传输中只需两条数据线，一条为DATA0，另一条为DATA1；当表示输出数据“0”时，DATA0线上出现负脉冲；当表示输出数据“1”时，DATA1线上出现负脉冲；DATA0与DATA1在无数据时均为高电平，此处高电平为+5V。

一般CPU等处理器的IO引脚的输入高电平为+3.3V，CPU的一部分IO引脚可兼容+5V的输入，与韦根协议的+5V高电平直接连接一般不会出现问题，CPU的其他部分IO引脚不一定能够兼容+5V。韦根读头具有电源线、DATA0数据线、DATA1数据线与地线；韦根读头与配套的门禁设备的韦根接口并没有统一的标准，韦根接口的数据信号端是与CPU的IO引脚连接。市面上大部分韦根读头(或称为韦根读卡器)的电源线连接12V电压；在将韦根读头与门禁设备的韦根接口进行接线时，需要人工手动进行接线。如果接线时没有认真核对，将用于供电的12V接入韦根接口的数据信号端，就轻则烧毁CPU，返厂维修，重则引起安全事故，增加维修成本。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种韦根接口保护电路，将信号输入端的高电平电压转换成适配电压并传给信号输出端，保护处理器，降低维修成本。

本实用新型是这样实现的：一种韦根接口保护电路，包括：

信号输入端，用于跟韦根读头的数据线连接；

过压保护模块，包括瞬态二极管，所述瞬态二极管的一端与所述信号输入端连接，所述瞬态二极管的另一端接地；

电压转换模块，包括N型MOS管、第一电阻、第二电阻、适配电压端与第一电容，所述N型MOS管的漏极与所述信号输入端连接，所述N型MOS管的栅极与所述适配电压端、所述第一电阻的一端连接，所述N型MOS管的源极与所述第一电阻的另一端、第二电阻的一端、第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地；

信号输出端，与所述第二电阻的另一端连接，还用于跟处理器的IO引脚连接。

进一步地，所述处理器是CPU。

进一步地，所述适配电压端的电压是+3.3V。

进一步地，所述过压保护模块还包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容、PNP型三极管与稳压二极管，所述第三电阻的一端与所述信号输入端、PNP型三极管的发射极连接，所述第三电阻的另一端与所述稳压二极管的负极、第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述PNP型三极管的基极、第二电容的一端连接，所述PNP型三极管的集电极与所述第五电阻的一端连接，所述稳压二极管的正极、第二电容的另一端、第五电阻的另一端均接地。

进一步地，还包括：

上拉电平模块，包括上拉电压端、开关二极管与第六电阻，所述上拉电压端与所述开关二极管的正极连接，所述开关二极管的负极与所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端与所述N型MOS管的漏极连接。

进一步地，所述上拉电压端的电压是+5V。

进一步地，所述上拉电平模块还包括第三电容，所述第三电容的一端与所述第六电阻的另一端连接，所述第三电容的另一端接地。

本实用新型的优点在于：当信号输入端与韦根读头的数据线连接，信号输出端与处理器的IO引脚连接时，将信号输入端的负脉冲信号直接传给信号输出端，将信号输入端的高电平电压转换成适配电压并传给信号输出端，还具有过压保护功能，保护处理器，降低维修成本。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型的韦根接口保护电路的结构示意图。

图2是本实用新型中两个韦根接口保护电路与韦根读头、处理器的连接示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例通过提供一种韦根接口保护电路，解决了现有技术中韦根读头的数据线高电平与处理器的IO引脚不好兼容以及将供电线与接口的数据信号端连接造成处理器损坏的缺点，实现了将信号输入端的高电平电压转换成适配电压并传给信号输出端，保护处理器，降低维修成本的技术效果。

本实用新型实施例中的技术方案为解决上述缺点，总体思路如下：当信号输入端与韦根读头的数据线连接，信号输出端与处理器的IO引脚连接时，韦根读头的数据线输出负脉冲信号即低电平，电压转换模块的N型MOS管导通，将信号输入端的负脉冲信号直接传给信号输出端；韦根读头的数据线输出+5V信号即高电平，电压转换模块的N型MOS管截止，将适配电压(+3.3V)传给信号输出端。如果接线时没有认真核对，将用于跟电源端连接的供电电线与信号输入端错接，使信号输入端的电压过高，过压保护模块就启动过压保护功能，优选烧毁瞬态二极管，保护价格更高的处理器，降低维修成本。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参阅图1与图2，本实用新型的优选实施例。

韦根读头的数据线有两条，一条为DATA0，另一条为DATA1；相应地，本实用新型的韦根接口保护电路有两个，第一个韦根接口保护电路的信号输入端IN_1与数据线DATA1连接，信号输出端OUT_1与处理器的一个IO引脚连接，第二个韦根接口保护电路的信号输入端IN_0与数据线DATA0连接，信号输出端OUT_0与处理器的另一个IO引脚连接。

以下对第一个韦根接口保护电路的信号输入端IN_1与数据线DATA1连接的情况进行分析。一种韦根接口保护电路，包括：

信号输入端IN_1，用于跟韦根读头的数据线DATA1连接；

过压保护模块，包括瞬态二极管D1，所述瞬态二极管D1的一端与所述信号输入端IN_1连接，所述瞬态二极管D1的另一端接地；瞬态二极管D1(TVS管)可选型号SMBJ14C，击穿电压VBR＝15.6V，可根据实际防护需求选择VBR等于其他值的型号，选型时VBR的值必须小于N型MOS管Q1的漏极与源极之间的最大可承受电压VDS。

电压转换模块，包括N型MOS管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、适配电压端与第一电容C1，所述N型MOS管Q1的漏极与所述信号输入端IN_1连接，所述N型MOS管Q1的栅极与所述适配电压端、所述第一电阻R1的一端连接，所述N型MOS管Q1的源极与所述第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端、第一电容C1的一端连接，所述第一电容C1的另一端接地；所述适配电压端的电压是+3.3V。N型MOS管Q1可选型号为2SK3018，N型MOS管Q1的VDS要大于瞬态二极管D1的VBR，VGS(th)需要小于源极的上拉电压。第一电阻R1的阻值可选4.7KΩ；第二电阻R2的阻值可选22Ω；第一电容C1的容值可选1000pF，耐受电压50V。

信号输出端OUT_1，与所述第二电阻R2的另一端连接，还用于跟处理器的一个IO引脚连接。所述处理器是CPU。CPU的IO引脚的输入高电平为+3.3V。

所述过压保护模块还包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2、PNP型三极管Q2与稳压二极管D2，所述第三电阻R3的一端与所述信号输入端IN_1、PNP型三极管Q2的发射极连接，所述第三电阻R3的另一端与所述稳压二极管D2的负极、第四电阻R4的一端连接，所述第四电阻R4的另一端与所述PNP型三极管Q2的基极、第二电容C2的一端连接，所述PNP型三极管Q2的集电极与所述第五电阻R5的一端连接，所述稳压二极管D2的正极、第二电容C2的另一端、第五电阻R5的另一端均接地。PNP型三极管Q2可选型号2N3906。稳压二极管D2可选型号BZT52C12，反向击穿电压VZ＝12V，可根据实际防护需要选择VZ等于其他值的型号。第三电阻R3的阻值可选100KΩ；第四电阻R4的阻值可选10KΩ；第五电阻R5的阻值可选16.5KΩ；第二电容C2的容值可选1000pF，耐受电压50V。

上拉电平模块，包括上拉电压端、开关二极管D3与第六电阻R6，所述上拉电压端与所述开关二极管D3的正极连接，所述开关二极管D3的负极与所述第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端与所述N型MOS管Q1的漏极连接。所述上拉电压端的电压是+5V。此处设置本地上拉电压的主要为了提高驱动能力，由于外接韦根读头的具体上拉电路无法确定，因此需要在机器内部增加上拉。同时在外部接线出现接触不良导致协议无法正常传输时，由于电路内部有上拉，会将N型MOS管Q1漏极电压稳定在5V，而不是让N型MOS管Q1处于导通状态，起到一定隔绝N型MOS管Q1前级能量的作用。

所述上拉电平模块还包括第三电容C3，所述第三电容C3的一端与所述第六电阻R6的另一端连接，所述第三电容C3的另一端接地。开关二极管D3可选型号1N4148，反向击穿电压VRR＝60V，可根据实际防护需求选择VRR等于其他值的型号，选型时确保VRR＞VBR-5V。第六电阻R6的阻值可选4.7KΩ；第三电容C3的容值可选1000pF，耐受电压50V。

第一电容C1、第二电容C2与第三电容C3起到能量吸收的作用，用来吸收电平信号高低变化时产生的上冲。

本实用新型的韦根接口保护电路的工作方式：

(1)正常工作传输数据时，韦根读头的数据线DATA1输出低电平脉冲给信号输入端IN_1，此时N型MOS管Q1的漏极被拉至0V，N型MOS管Q1内的体二极管导通，进而使N型MOS管Q1导通，从而信号输出端OUT_1为低电平，CPU的IO引脚为低电平。

(2)正常工作时无数据时，韦根读头的数据线DATA1输出+5V给信号输入端IN_1。此时N型MOS管Q1的漏极为+5V，而栅极为+3.3V，N型MOS管Q1截止，从而信号输出端OUT_1为+3.3V,CPU的IO引脚为适配的+3.3V高电平。

(3)当信号输入端IN_1的电压超过5V但小于等于VZ+VEB＝12+0.7＝12.7V时，VZ是稳压二极管D2的反向击穿电压，VEB是PNP型三极管Q2的导通电压，是发射极与基极之间的电压；此时N型MOS管Q1处于截止状态，信号输出端OUT_1为+3.3V高电平。

(4)当信号输入端IN_1的电压超过VZ+VEB＝12+0.7＝12.7V时，比如在接线时将供电的电线接到信号输入端IN_1；此时稳压二极管D2将PNP型三极管Q2的基极电压稳定在12V左右，此时PNP型三极管Q2导通，整体电路增加一个回路，电流通过第五电阻R5接地。增加电路所需要的电流，正常使用的电源输出的最大功率一定，当需求电流增加超过额定电流时，会通过降低电压的方式来增大电流。工程上为了节省成本，所采用的电源额定功率不会大于所接设备很多，通过增加一条回路来将N型MOS管Q1的漏极电压降低，多出的能量则由第五电阻R5吸收，以此延长N型MOS管Q1的使用寿命。

(5)当信号输入端IN_1的电压过高，超过瞬态二极管D1的击穿电压VBR时，瞬态二极管D1直接击穿对后级电路进行保护。

第二个韦根接口保护电路的信号输入端IN_0与数据线DATA0连接的工作方式与上文相同。

本实用新型的技术方案可根据实际情况调整前级各种器件达到适配不同电压等级防护的需求；当信号输入端的电压过高时，优先烧毁瞬态二极管(TVS管)，保护后级更加昂贵的CPU，减小维修成本。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种韦根接口保护电路，其特征在于，包括：

信号输入端，用于跟韦根读头的数据线连接；

过压保护模块，包括瞬态二极管，所述瞬态二极管的一端与所述信号输入端连接，所述瞬态二极管的另一端接地；

电压转换模块，包括N型MOS管、第一电阻、第二电阻、适配电压端与第一电容，所述N型MOS管的漏极与所述信号输入端连接，所述N型MOS管的栅极与所述适配电压端、所述第一电阻的一端连接，所述N型MOS管的源极与所述第一电阻的另一端、第二电阻的一端、第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地；

信号输出端，与所述第二电阻的另一端连接，还用于跟处理器的IO引脚连接。

2.根据权利要求1所述的一种韦根接口保护电路，其特征在于，所述处理器是CPU。

3.根据权利要求1所述的一种韦根接口保护电路，其特征在于，所述适配电压端的电压是+3.3V。

4.根据权利要求1所述的一种韦根接口保护电路，其特征在于，所述过压保护模块还包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容、PNP型三极管与稳压二极管，所述第三电阻的一端与所述信号输入端、PNP型三极管的发射极连接，所述第三电阻的另一端与所述稳压二极管的负极、第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述PNP型三极管的基极、第二电容的一端连接，所述PNP型三极管的集电极与所述第五电阻的一端连接，所述稳压二极管的正极、第二电容的另一端、第五电阻的另一端均接地。

5.根据权利要求1所述的一种韦根接口保护电路，其特征在于，还包括：

上拉电平模块，包括上拉电压端、开关二极管与第六电阻，所述上拉电压端与所述开关二极管的正极连接，所述开关二极管的负极与所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端与所述N型MOS管的漏极连接。

6.根据权利要求5所述的一种韦根接口保护电路，其特征在于，所述上拉电压端的电压是+5V。

7.根据权利要求5所述的一种韦根接口保护电路，其特征在于，所述上拉电平模块还包括第三电容，所述第三电容的一端与所述第六电阻的另一端连接，所述第三电容的另一端接地。

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