CN2529462Y - 程控数字交换机时分交换电路板的总线接口过电压保护卡 - Google Patents

Abstract

一种程控数字交换机时分交换电路板的总线接口过电压保护卡，由一个其两端分别装设有用于插接两个不同时分交换电路板的插座和中间设有过电压保护电路的印刷电路板所组成，该过电压保护电路是在该时分交换电路板的TS－BUS总线接口驱动器/接收器的每一个驱动/接收信号线与地之间，分别设有一个采取旁路到地的双向限压型保护电路；该双向限压型保护电路的正向和负向保护电路都是由一个二极管与一个电容量极低的瞬态抑制器件TVS反向串接构成；该双向限压型保护电路选用美国SEMTECH公司型号为LCDA05的双列8针低电容防瞬态过电压及静电保护器件。该装置使超过稳压管额定动作电压的过电压被削弱或消除，从而提高TSW板的TS－BUS总线接口驱动器/接收器的抗冲击能力。

Description

程控数字交换机时分交换电路板的总线接口过电压保护卡

所属领域

本实用新型涉及一种程控数字交换机中的时分交换电路板总线接口过电压保护装置，确切地说，涉及一种适用于AXE-10程控数字交换机及其远端模块(RSS)交换设备的时分交换电路板(TSW板)的TS-BUS总线接口过电压保护卡。属于电信等弱电信息设备的过电压防护装置技术领域。

背景技术

自从九十年代通信行业在我国得到飞速发展以来，大量的瑞典爱立信(Erisson)公司生产的程控数字交换机AXE-10及其远端模块设备(RSS)引进到了我国，并在我国的电信网络中发挥着重要作用。如在广东、广西、江苏等地的电信本地网上，AXE-10交换机及其远端模块设备(RSS)一直是广泛使用的非常重要的交换机型之一。

但是，根据AXE-10交换机在我国连续多年运行的结果表明，在我国雷电活动频繁的广东、江苏等南方地区，每年的雷雨季节期间，都有大量的AXE-10交换机及其远端模块设备(RSS)的时分交换电路板(TSW板)被雷电、浪涌等过电压过电流损坏，导致通信受阻，甚至局(站)瘫痪。不仅严重影响了通信的正常运行，也给当地的运行维护工作带来了巨大的压力。

截止到目前，Ericsson设备制造商已对TSW电路板的硬件部分升级过好几个版本，当地不少通信局站、地面局也曾对AXE-10交换机房做过不少的接地防雷改造工作；但是TSW板的雷害问题依旧非常突出，问题并没有得到有效的解决。可以说，EMTS板的雷害问题已经成为目前AXE-10交换机最突出的问题，已经引起广东省电信公司、广东GUC公司、爱立信中国公司以及Ericsson设备制造商等各方面的高度重视，也是摆在申请人面前一个亟待解决的大问题。

目前AXE-10及其RSS现有的3个不同硬件版本(ROF 137 7856/1/3/4)的时分交换电路板(TSW板)均没有设计专用的接口保护电路来保护其TS总线接口，导致TSW板上的TS总线接口电路的抗冲击能力低下，以致在我国雷电活动较为频繁而激烈的广东、江苏、广西等南方地区使用时，TSW板的雷害问题变得非常突出。根据对广东电信使用的TSW板被雷击损坏的统计结果看，TSW板的损坏具有很典型的共性，即：TSW板上的TS-BUS总线接口驱动/接收器26C31/26C32被损坏击穿，这种损坏基本上占了被损坏TSW板的90％以上。其他地区TSW板被雷击损坏的长期统计结果，也是基本表现为TSW板上的TSB总线接口驱动/接收器26C31/26C32的信号线对地短路被损坏击穿。究其损坏原因，是在雷击发生时，群内连接到TS-BUS总线电缆上的不同TSW板的总线接口之间出现过高的地电位差(即过电压)，导致接口电路被过电压损坏。

TSW板的雷害问题，有很大因素是该TSW板自身抗冲击能力较差。当初设计时，没有充分考虑到在雷害频繁的比较恶劣环境条件下，TSW板使用时对防雷电等过电压的需要。鉴于TSW板自身抗瞬态冲击力不足及其被损坏的共性，如何有针对性地对TSW板的TS总线接口增加保护措施，又不影响其传输性能，将是一种提高TSW板抗力、减少TSW板被雷击损坏的重要手段。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种程控数字交换机中的时分交换电路板总线接口过电压保护卡，该装置通过在AXE-10程控数字交换机及其远端模块(RSS)交换设备上的时分交换电路板(TSW板)安装抗过电压冲击能力的实用保护电路，以便显著地减少由于TSW板自身抗力不足而易被雷电等过电压损坏并导致通信中断的现象发生，保证电信畅通，减少维护工作量。

本实用新型的目的是这样实现的：一种程控数字交换机时分交换电路板的总线接口过电压保护卡，是由一个其两端分别装设有用于插接两个不同时分交换电路板的插座的印刷电路板所组成，其特征在于：在该印刷电路板的中间设置有过电压保护电路，该过电压保护电路是在该时分交换电路板的TS-BUS总线接口驱动器/接收器的每一个驱动/接收信号线与地之间，分别设有一个采取旁路到地保护方式的双向限压型保护电路；该双向限压型保护电路的正向保护电路是由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成，其负向保护电路同样是由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成的；以使超过该稳压管额定动作电压的过电压能够被削弱或消除，从而提高时分交换电路板的TS-BUS总线接口驱动器/接收器的抗冲击能力。

所述的由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成的、采取旁路到地保护方式的限压型保护电路是双向保护电路，也可以是单向保护电路；以双向保护电路为佳。

所述的由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成的、采取旁路保护方式的双向限压型保护电路是选用美国SEMTECH公司生产制造的SMD表面贴片式双列8针防瞬态过电压及静电保护器件，其型号为：LCDA05。

所述的在其中间设置的双向限压型过电压保护电路是由12片型号为LCDA05的双列8针防瞬态过电压及静电保护器件所组成，其中6片LCDA05器件组成12路驱动信号线对地的双向保护电路，另外6片LCDA05器件则组成12路接收信号线对地的双向保护电路。

本实用新型保护装置是针对AXE-10交换机TSW板容易损坏的特点，有针对性地在程控数字交换机时分交换电路板上TS-BUS总线接口的每一个驱动/接收信号线与地之间，增设一个采取旁路保护方式的双向限压型保护电路。该采取旁路保护的双向限压型保护电路是低电容效应的瞬态抑制器件(TVS，Transient Voltage Suppressor)，由该器件将危害性的瞬态能量旁路到大地，以削弱或消除TS-BUS总线接口上的过电压，提高时分交换电路板上的TS-BUS总线接口驱动/接收器的抗冲击能力。该低电容效应的TVS瞬态抑制器件采用美国SEMTECH公司的SMD表面贴片式双列8针防瞬态过电压及静电保护器件，其型号为LCDA05。该装置不仅适用于瑞典爱立信公司生产的程控数字交换机AXE-10及其远端模块设备(RSS)的时分交换电路板上TS-BUS总线接口驱动/接收器，也可适用于爱立信或其他公司生产的多种不同型号的程控数字交换机及其远端模块设备上，是一种成本低、见效快、且易推广使用的保护装置。

本实用新型的接口总线过电压保护装置，相对现有技术，具有如下优点：

1、该装置除了具有24路驱动/接口信号线对地的共模保护方式外，还间接地具有该24路信号线之间的差模保护方式。

2、该装置具有动作电压低、限制电压低、响应时间快，适用于高速数字信号线上发挥保护作用；其中共模对地动作电压≤6V；差模线间动作电压≤12V。

3、该装置具有较强的抗过电压冲击能力：测试表明，当TSW板的总线接口上加装TSB总线接口保护装置后，其组合波(1.2/50μs、8/20μs)冲击抗力可以由原来的不足100V增加到1KV。

4、该装置能有效地削弱群内不同TSW板的总线接口之间出现的过电压：由于AXE-10交换机不同LSM框的TSW板之间的连接是通过TSB接口总线电缆连接的，一个群(1024用户线，8块TSW板)的交换局，TSB电缆总长度一般可达十几米，雷击时易使不同的TSW板的总线接口之间出现较大的电位差(即过电压)，从而造成TSB总线接口电路的损坏。使用本实用新型的保护装置，可以有效削弱不同TSW板的总线接口之间的过电压。

5、该装置的传输特性好、电容低：插入损耗小(频率在30kHz～20MHz之间，插损≤0.15dB)。

6、该装置完全可以满足大话务量的传输要求：通过广东省电信科学技术研究院通信校准和检验试验室进行的现场大话务量呼叫测试，测试结果符合标准YDN 065-1997，对整个交换系统的正常工作不产生任何影响。

7、该装置结构简单，成本较低，抗过电压特性好，具有很好的性价比：AXE-10程控数字交换机及其远端模块(RSS)交换设备在机房的接地防雷措施方面相对其它机型而言有更高的要求。特别是AXE机房内设备及与建筑物立柱、横梁、楼板等内的钢筋的绝缘可靠性对AXE整个设备的防雷有着非常重要的作用。良好的绝缘措施可使设备的抗力得到很大的提高。但这种方法并不现实，因为，目前从广东省乃至全国的实际情况来看，AXE-10交换设备的所有机房，在安装时几乎都没有采取可靠的绝缘措施；而且电信、移动及寻呼等设备的机房大都共址而建，各种设备错综复杂，要重新进行接地防雷和绝缘措施等改造，不仅工作量和费用巨大，而且难度也非常之大，甚至根本就不可能彻底。因此，本实用新型的保护装置采用针对性增加接口保护电路，是一种成本低、见效快、易推广使用的好方法。

8、该装置安装简单、快捷，维护方便、便于推广使用：该装置配备了AXE-10专用的标准48针连接插头/插座，使用时，不需对交换机的TSW电路板进行任何改动，只需先将需安装TS-BUS接口保护装置的TSW板关闭(软件上实现)，在关闭了的TSW板上插好TSB总线保护装置和连接总线，然后解闭TSW板即可，无需其它调试。

附图说明

图1为交换机中两个LSM用户模块之间通过其各自的TSW板1、2上的TS-BUS总线接口互连实现扩展的示意图。

图2为本实用新型在时分交换电路板(TSW板)1、2上的TS-BUS总线接口使用TVS器件作过电压保护的旁路保护电路的电原理示意图。

图3为本实用新型在AXE-10程控数字交换机时分交换电路板(TSW板)的TS-BUS总线接口上采用型号为LCDA05器件作旁路保护电路的保护装置-TS-BUS总线接口保护卡-的电路原理图。

图4A、图4B、图4C分别为本实用新型的保护装置-TS-BUS总线接口保护卡-的外观正视图、侧视图和俯视图。

图5为在程控交换机时分交换电路板的TS-BUS接口上使用本实用新型的保护装置-TS-BUS总线接口保护卡-的实施例图。

具体实施方式

AXE-10交换机TSW板上的TS-BUS总线接口是一种使用26C31/26C32芯片组并满足EIA-RS422标准的平衡传输差分接口。AXE-10交换机的一个用户级模块(LSM)有128个用户，每个LSM模块上有一块TSW板，每块TSW板上有两个相同的TS-BUS总线接口：A口、B口，为一主一备。一个TS-BUS总线接口共有24路信号线，其中：12路为驱动信号线(6对驱动)，12路为接收信号线(6对接收)。参见图1所示的AXE-10交换机中两个LSM用户模块之间通过其各自的TSW板1、2上的TS-BUS总线接口互连实现扩展的示意图。

TSW板上的TS-BUS总线接口的损坏主要是共模过电压使得信号线对地击穿；同时，考虑到不同LSM框之间又不可避免地存在一定的接触电阻或互连地线电感等，当雷电、浪涌等过电压出现时，不同LSM框的TSW板上的TS-BUS总线接口之间的共模过电压将更严重。因此，为了有效地保护好TS-BUS总线接口，以及满足数据传输的需要，在TS-BUS接口上采取旁路保护电路是一种比较理想的保护方法，本实用新型就是在程控数字交换机时分交换电路板上的TS-BUS总线接口的每一个驱动/接收信号线与地之间，增设一个采取旁路保护方式的双向限压型保护电路。该旁路保护方式的双向限压型保护电路是电容量极低的瞬态抑制器件TVS，由该器件将危害性的瞬态能量旁路到大地，从而保护时分交换电路板上总线接口的每一个驱动/接收信号线免遭高压击穿。该采取旁路到地保护方式的双向限压型保护电路是由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成正向保护电路、由另一个二极管与另一个瞬态抑制器件也反向串接构成负向保护电路(参见图2所示)；该双向限压型保护电路可将超出其中瞬态抑制器件额定动作电压的双向危害性的瞬态高电压能量旁路到大地，以削弱或消除TS-BUS总线接口上的过电压，提高TSW板上的TS-BUS总线接口驱动/接收器的抗冲击能力。该电容量极低的瞬态抑制器件TVS可采用美国SEMTECH公司生产制造的SMD表面贴片式双列8针防瞬态过电压及静电保护器件，其型号为LCDA05。

参见图3、图4，本实用新型是一种AXE-10及其RSS设备上的TSW板专用的TSB总线接口过电压保护卡。该装置是由一个其两端分别装设有用于插接两个不同时分交换电路板的两个插座10、20和在其中间设置有过电压保护电路30的印刷电路板40所组成，其中该过电压保护电路30是在该时分交换电路板的TS-BUS总线接口驱动器/接收器的每一个驱动/接收信号线与地之间，分别设有由一个一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成正向保护电路、由另一个二极管与另一个瞬态抑制器件也反向串接构成负向保护电路的、采取旁路保护方式的双向限压型保护电路。在设计和选择TS-BUS接口保护电路时，必须将该电路或器件的防过电压特性和传输特性结合起来作综合考虑，做到不仅有良好的防过电压能力，而且又能适用大话务量的呼叫处理。本实用新型在综合考虑保护器件的极间电容、漏电流、雷击能力等几个方面的影响，选择了美国SEMTECH公司的SMD表面贴片式双列8针防瞬态过电压及静电保护器件(型号为LCDA05)作为防过压保护器件，该器件的各项特性非常适合用作高速数据接口的保护电路。图3所示的本实用新型双向限压型过电压保护装置的电路就是由12片型号为LCDA05的双列8针防瞬态过电压及静电保护器件IC1-IC12所组成，其中6片LCDA05器件组成12路驱动信号线对地的双向保护电路，另外6片LCDA05器件则组成12路接收信号线对地的双向保护电路。图5为本实用新型的保护装置-TS-BUS总线接口保护卡-在程控交换机时分交换电路板的TS-BUS接口上使用的实施例图。图中50为时分交换电路板(TSW板)，60为本实用新型的保护装置-TS-BUS总线接口保护卡。

由于TSW板上的TS-BUS时分交换总线是用于不同LSM用户模块之间进行数据交换的，工作速率快、频率高，因此，本实用新型在设计TSW板上的TS-BUS总线接口保护电路时，必须考虑TS-BUS接口电路的下列性能要求：

(1)传输要求：TS-BUS总线接口保护电路是串接在TSW板的TS总线接口上，故必须以不影响数据传输和交换为前提；

(2)插入损耗：TS-BUS总线接口保护电路的插入损耗应足够小：20Mb以内应小于0.15dB；

(3)串音防卫度：由于TS-BUS是差分传输方式，必须考虑使用TS-BUS总线接口保护装置后的线间串音干扰，其串音防卫度应不小于65dB；

(4)工作速率：TS-BUS接口总线的最大速率可以达到10Mb/s，因此，TS接口保护装置通常应能适用10Mb/s的工作速率要求；

(5)雷击抗力：TS-BUS接口保护装置应至少能承受±5次、1.0KV/25A的组合波(1.2/50μs、8/20μs，其中回路特性阻抗R_f＝40Ω)的冲击而被保护设备不被损坏；

(6)EFT(快速瞬变脉冲群)抗力：TS-BUS接口保护装置应能承受2KV、2.5kHz，持续时间不小于1min的冲击；

(7)ESD(静电放电)：接触放电6KV，空气放电8KV；

(8)保护器件：极间电容≤50pF，抗力满足上述(5)、(6)、(7)条的要求；

(9)保护方式：TS-BUS总线接口的全部24路信号线对地之间的双向保护；

(10)物理接口：TS-BUS总线接口保护装置的转接插头应符合TSW板上TS-BUS总线接口的连接要求；

(11)工艺要求：TS-BUS接口保护装置必须连接可靠、且不影响机架的开、关门，方便安装和插拔，外形美观等；

(12)失效要求：TS-BUS接口保护装置在失效时的状态是短路方式，通过AXE交换机诊断软件，可以很方便地诊断出某个TSW板上对应的TS-BUS接口保护装置的故障。

本实用新型已经按照上述方法试制出保护装置若干个，并进行了抗雷击和交换机大话务量呼叫能力的测试试验。其中雷击抗力测试的测试结果如下：

序号	组合波冲击电压(1.2/50μs、8/20μs)	TSW时分交换板测试结果
				加装TS-BUS保护装置前	加装TS-BUS保护装置后
		1	32V			TSW板的时分交换总线接口端口有部分26C31芯片损坏击穿。	TSW板完好。
2	64V			TSW板的时分交换总线接口端口有部分26C31芯片损坏击穿。	TSW板完好。
		3	96V			TSW板的时分交换总线接口端口有部分26C31芯片损坏击穿。	TSW板完好。

4	500V		-	TSW板完好。
					5	1000V		-	TSW板完好。
结论		在TSW时分交换电路板总线接口上加装TS-BUS接口保护装置后，TSW板的雷击抗力提高非常显著，可承受1000V的组合波冲击而不损坏。
					备注		(1)加装TS-BUS接口保护装置的前后进行的雷击测试，TSW时分交换板的24路信号线均同时对地进行多路冲击测试；(2)测试回路串接电阻Rf采用32Ω，比40Ω的要求更严。

其中大话务量呼叫能力的测试情况如下：

检验项目	YDN 065-1997标准要求	检验结果	结论
				基本话务数据	用户线话务：BHCA＝参考负荷A×1.35用户始发话务量＝0.075(Erl/线)用户线每次呼叫平均占用时长＝30s	用户线话务：BHCA＝9×1024×1.35＝12441.6次/小时实测：BHCA＝13477次/小时	合格
呼叫处理性能	呼叫故障率≤4×10-4	故障率：0	合格
				结论	对加装TSW板TS-BUS总线接口保护装置的Ericsson AXE-10交换机进行大话务量呼叫检验，检验项目符合YDN 065-1997标准的要求。
备注	测试采用Ericsson AXE-10交换机的一个用户群(1024线)，有两个机柜，共8个EM的TSW板上都加上TS-BUS总线接口保护装置的条件下进行的，采用31个用户呼叫31个用户(EM6的16个主叫呼叫EM7的16个被叫，EM7的15个主叫呼叫EM6的15个被叫)。试呼次数：26955次，完成次数：26955次，故障次数：0次，呼叫时长：2小时，平均一个呼叫时长：8.3秒

本实用新型的保护装置在广东省南海电信局松岗分局龙头模块局进行长达2个月的实施试验，试验应用的情况良好，TS-BUS接口保护装置和龙头模块局的AXE-10远端交换设备均未有异常情况出现，实现了发明目的。试验的结果表明，本实用新型具有很好的应用前景。

Claims (4)

1、一种程控数字交换机时分交换电路板的总线接口过电压保护卡，是由一个其两端分别装设有用于插接两个不同时分交换电路板的插座的印刷电路板所组成，其特征在于：在该印刷电路板的中间设有过电压保护电路，该过电压保护电路是在该时分交换电路板的TS-BUS总线接口驱动器/接收器的每一个驱动/接收信号线与地之间，分别设有一个采取旁路到地保护方式的双向限压型保护电路；该双向限压型保护电路的正向保护电路是由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成，其负向保护电路同样是由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成的。

2、根据权利要求1所述的程控数字交换机时分交换电路板的总线接口过电压保护卡，其特征在于：所述的由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成的、采取旁路到地保护方式的限压型保护电路是双向保护电路，也可以是单向保护电路；以双向保护电路为佳。

3、根据权利要求1所述的程控数字交换机时分交换电路板的总线接口过电压保护卡，其特征在于：所述的由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成的、采取旁路保护方式的双向限压型保护电路是选用美国SEMTECH公司生产制造的SMD表面贴片式双列8针防瞬态过电压及静电保护器件，其型号为：LCDA05。

4、根据权利要求1或3所述的程控数字交换机时分交换电路板的总线接口过电压保护卡，其特征在于：所述的在其中间设置的双向限压型过电压保护电路是由12片型号为LCDA05的双列8针防瞬态过电压及静电保护器件所组成，其中6片LCDA05器件组成12路驱动信号线对地的双向保护电路，另外6片LCDA05器件则组成12路接收信号线对地的双向保护电路。

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