JP5966137B2 - Surge protection device for communication path - Google Patents

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Description

本発明は通信路用サージ保護装置に関し、特に高速データ伝送路におけるサージ保護装置に関する。   The present invention relates to a surge protection device for a communication path, and more particularly to a surge protection device in a high-speed data transmission path.

落雷等によって発生するサージは、電子機器に大きなダメージを与える。このため、電子機器をサージから保護するための、サージ保護装置(SPD)が検討されている。種々の構成のSPDが検討されているが、基本的な機能は、異常電圧が発生した場合に、電流を接地へ逃がすことである。   A surge generated by a lightning strike or the like causes a great damage to an electronic device. For this reason, a surge protection device (SPD) for protecting electronic devices from surges has been studied. Although various configurations of SPDs have been studied, the basic function is to allow current to escape to ground when an abnormal voltage occurs.

サージの侵入経路は種々あるが、通信用ケーブルもその一つである。近年のデータ伝送の発達により、さまざまな電子機器が、データ伝送ネットワークに接続されている。このため、通信ケーブルで構成されるデータ伝送路のサージ対策はますます重要になっている(例えば、特許文献1を参照。)。   There are various surge intrusion paths, and communication cables are one of them. With the recent development of data transmission, various electronic devices are connected to a data transmission network. For this reason, surge countermeasures for data transmission lines composed of communication cables are becoming increasingly important (see, for example, Patent Document 1).

監視カメラ等のセキュリティー機器は、屋外に設置されることも多く、セキュリティー機器が長い通信ケーブルを介してルーター等と接続される場合が多い。通信ケーブルが長くなると、サージが侵入しやすくなる。さらに、雷によるサージは1MHz程度までの高周波成分を含んでいる。このため、長い通信ケーブルの一端にSPDを挿入し、サージの発生時に直流的に接地できるようにしたとしても、他端においては、雷サージの高周波成分による定在波が存在することになり、高周波の高電圧が残留している。このため、通信ケーブルに取り付けたSPDとは反対側の端に接続された電子機器が損傷するおそれがある。   Security devices such as surveillance cameras are often installed outdoors, and security devices are often connected to a router or the like via a long communication cable. Longer communication cables make surges more likely to enter. Furthermore, the surge caused by lightning includes high frequency components up to about 1 MHz. For this reason, even if an SPD is inserted into one end of a long communication cable so that it can be grounded in a direct current manner when a surge occurs, a standing wave due to a high-frequency component of a lightning surge exists at the other end. High frequency high voltage remains. For this reason, there exists a possibility that the electronic device connected to the end on the opposite side to SPD attached to the communication cable may be damaged.

特開2001−327069号公報JP 2001-327069 A

機器に長い通信ケーブルが接続されている場合においても、雷サージの定在波による影響を回避して雷サージから機器を保護するために、通信ケーブルの両端にSPDを取り付けることが考えられる。しかし、従来のSPDを通信ケーブルの両端に取り付けた場合には、高周波特性が良好でないため、高速なデータ伝送が困難になるという問題がある。また、データネットワークには多数の電子機器が接続されるため、ルーター等のネットワーク機器には多本数のケーブルが接続されており、SPDを小型化することが求められている。また、屋外機器との接続では雷サージの電圧が高くなるので、SPDとして高耐量が求められている。   Even when a long communication cable is connected to the device, it is conceivable to install SPDs at both ends of the communication cable in order to protect the device from the lightning surge by avoiding the influence of the standing wave of the lightning surge. However, when conventional SPDs are attached to both ends of a communication cable, there is a problem that high-speed data transmission becomes difficult because high-frequency characteristics are not good. In addition, since a large number of electronic devices are connected to the data network, a large number of cables are connected to a network device such as a router, and it is required to reduce the size of the SPD. Moreover, since the voltage of a lightning surge becomes high in connection with an outdoor device, high resistance is required as SPD.

本発明は、これら相反する要求を満たし、高速なデータ伝送の線路において遠端、近端での縦続接続が可能で、小型、高耐量な通信路用サージ保護装置を実現できるようにすることを目的とする。   It is an object of the present invention to satisfy these conflicting requirements and to realize a small-sized and highly durable surge protection device for a communication path that can be cascaded at the far end and near end in a high-speed data transmission line. Objective.

本発明に係る通信路用サージ保護装置の一態様は、信号線路対及び該信号線路対を囲むグランドパターンを有する配線基板と、配線基板の両端部にそれぞれ設けられ、信号線路対により互いに接続された外部接続コネクタと、配線基板に実装された3極アレスタ素子とを備え、信号線路対は、少なくとも一部が平行線路であり、3極アレスタ素子は、端面のそれぞれに設けられた第1端子及び第2端子と、第1端子と第2端子との間に設けられた第3端子とを有し、第1端子の下端部は、信号線路対の一方と接続され、第3端子の下端部は、信号線路対の他方と接続され、第2端子の下端部は、グランドパターンと接続され、グランドプレーンとして機能する。   One aspect of a surge protection device for a communication path according to the present invention is provided on a wiring board having a signal line pair and a ground pattern surrounding the signal line pair, and at both ends of the wiring board, and is connected to each other by the signal line pair. The external connection connector and a three-pole arrester element mounted on the wiring board, and at least a part of the signal line pair is a parallel line, and the three-pole arrester element is a first terminal provided on each of the end faces. And a second terminal, and a third terminal provided between the first terminal and the second terminal, the lower end of the first terminal is connected to one of the signal line pair, and the lower end of the third terminal The part is connected to the other of the signal line pair, and the lower end of the second terminal is connected to the ground pattern and functions as a ground plane.

本発明に係る通信路用サージ保護装置によれば、小型、高耐量で、且つ高速なデータ伝送が可能な通信路用サージ保護装置を実現できる。   According to the surge protector for a communication path according to the present invention, it is possible to realize a surge protector for a communication path that is small in size, highly resistant, and capable of high-speed data transmission.

本実施形態のサージ保護装置の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the surge protective device of this embodiment. (a)及び(b)は一実施例に係るサージ保護装置の配線基板を示し、(a)第1層を示す平面図であり、(b)は第4層を示す平面図である。(A) And (b) shows the wiring board of the surge protection apparatus which concerns on one Example, (a) It is a top view which shows a 1st layer, (b) is a top view which shows a 4th layer. (a)及び(b)はサージ保護装置の挿入損失を示すグラフであり、(a)はグランドプレーンを設けた場合であり、(b)はグランドプレーンを設けていない場合である。(A) And (b) is a graph which shows the insertion loss of a surge protective device, (a) is a case where a ground plane is provided, (b) is a case where a ground plane is not provided. 一実施例に係るサージ保護装置の挿入損失を示す図である。It is a figure which shows the insertion loss of the surge protection apparatus which concerns on one Example. 一実施例に係るサージ保護装置の漏話特性を示す図である。It is a figure which shows the crosstalk characteristic of the surge protective device which concerns on one Example.

本実施形態の通信路用のサージ保護装置(SPD)は、信号線路対及び該信号線路対を囲むグランドパターンを有する配線基板と、配線基板の両端部にそれぞれ設けられ、信号線路対により互いに接続された外部接続コネクタと、配線基板に実装された3極アレスタ素子とを備え、信号線路対は、少なくとも一部が平行線路であり、3極アレスタ素子は、端面のそれぞれに設けられた第1端子及び第2端子と、第1端子と第2端子との間に設けられた第3端子とを有し、第1端子の下端部は、信号線路対の一方と接続され、第3端子の下端部は、信号線路対の他方と接続され、第2端子の下端部は、グランドパターンと接続され、グランドプレーンとして機能する。   The surge protection device (SPD) for a communication path according to this embodiment is provided on a wiring board having a signal line pair and a ground pattern surrounding the signal line pair, and at both ends of the wiring board, and is connected to each other by the signal line pair. And a three-pole arrester element mounted on a wiring board, and at least a part of the signal line pair is a parallel line, and the three-pole arrester element is provided on each of the end faces. A terminal and a second terminal; and a third terminal provided between the first terminal and the second terminal. The lower end of the first terminal is connected to one of the signal line pair, and the third terminal The lower end is connected to the other of the signal line pair, and the lower end of the second terminal is connected to the ground pattern and functions as a ground plane.

本実施形態のSPDにおいて、グランドパターンは信号線路対と平行に設けられていてもよい。   In the SPD of the present embodiment, the ground pattern may be provided in parallel with the signal line pair.

本実施形態のSPDにおいて、配線基板は、グランドプレーン層を有する多層基板であり、グランドプレーン層とグランドパターンとは接続されていてもよい。   In the SPD of the present embodiment, the wiring board is a multilayer board having a ground plane layer, and the ground plane layer and the ground pattern may be connected.

本実施形態のSPDは、信号線路対の間に接続された電圧制限素子をさらに備えていてもよい。   The SPD of this embodiment may further include a voltage limiting element connected between the signal line pair.

本実施形態のSPDは、グランドパターンと接続された外部接地端子と、外部接地端子を露出するように配線基板を収容し、外部接地端子と反対側の面を構造物側にして、構造物に固定するためのケースとをさらに備えていてもよい。   The SPD of the present embodiment accommodates an external ground terminal connected to the ground pattern and a wiring board so as to expose the external ground terminal, and the surface opposite to the external ground terminal faces the structure side. A case for fixing may be further provided.

本実施形態のSPDは、図1に示すような回路構成を有している。信号線路11と信号線路12とからなる信号線路対13により、2つの外部接続コネクタ21の対応する端子同士が接続されている。信号線路対13の間には、3極アレスタ素子15が接続されている。3極アレスタ素子15の第1端子T1は信号線路11と接続され、第3端子T3は信号線路12と接続され、第2端子T2は外部接地端子31と接続されている。また、信号線路11と信号線路12との間には、電圧制限素子17が接続されている。   The SPD of this embodiment has a circuit configuration as shown in FIG. The corresponding terminals of the two external connection connectors 21 are connected to each other by the signal line pair 13 including the signal line 11 and the signal line 12. A three-pole arrester element 15 is connected between the signal line pair 13. The first terminal T 1 of the three-pole arrester element 15 is connected to the signal line 11, the third terminal T 3 is connected to the signal line 12, and the second terminal T 2 is connected to the external ground terminal 31. A voltage limiting element 17 is connected between the signal line 11 and the signal line 12.

2つの外部接続コネクタ21のシールド同士は、シールド線路22により接続されており、シールド線路22は、3極アレスタ素子23の第1端子T1と接続されている。3極アレスタ素子23の第2端子T2及びT3は外部接地端子31と接続されている。シールド線路22と接続された3極アレスタ素子23は、2極アレスタ素子としてもよい。   The shields of the two external connection connectors 21 are connected by a shield line 22, and the shield line 22 is connected to the first terminal T 1 of the three-pole arrester element 23. The second terminals T 2 and T 3 of the three-pole arrester element 23 are connected to the external ground terminal 31. The three-pole arrester element 23 connected to the shield line 22 may be a two-pole arrester element.

米国電気電子学会(IEEE)制定の1000BASE−T規格のデータ伝送路の場合、信号線路対13は4組設けられており、外部接続コネクタ21には8ピンモジュラージャック(RJ−45)が用いられる。   In the case of a 1000BASE-T standard data transmission line established by the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), four signal line pairs 13 are provided, and an 8-pin modular jack (RJ-45) is used for the external connector 21. .

3極アレスタ素子15及び23は、ネオン又はアルゴン等の不活性ガスが封入されたセラミックス等の絶縁性のチューブ内に、互いに対向するように3つの電極が配置された、ガス入り放電管(Gas Discharge Tube:GDT)とすればよい。必要とする保護特性に応じたサージ耐量を有する3極アレスタ素子を用いればよいが、屋外においても使用する可能性がある場合等においては放電電流が大きいものを用いることが好ましく、具体的にはサージ耐量が10kA程度のものを用いることが好ましい。また、3極アレスタ素子の両端面は、全面が金属からなる電極となっているものを使用する。   The three-pole arrester elements 15 and 23 are gas discharge tubes (Gas) in which three electrodes are arranged so as to face each other in an insulating tube such as ceramics filled with an inert gas such as neon or argon. Discharge Tube: GDT). A three-pole arrester element having a surge withstand according to the required protective properties may be used. However, when there is a possibility of using it outdoors, it is preferable to use a device having a large discharge current. It is preferable to use a surge withstand of about 10 kA. In addition, as both end faces of the three-pole arrester element, those having the entire surface made of metal are used.

電圧制限素子17は、GDTが放電するのに遅延をともなうため、放電開始するまでの極めて短い時間間隔における高電圧抑制のために設置するものである。このため、サージ耐量(電流耐量)は、数十A程度でよいが、高速に動作する素子が好ましい。また、高周波特性を低下させないためには静電容量が小さいことが好ましい。   Since the voltage limiting element 17 has a delay in discharging the GDT, the voltage limiting element 17 is installed to suppress a high voltage in an extremely short time interval until the discharge starts. For this reason, the surge tolerance (current tolerance) may be about several tens of A, but an element that operates at high speed is preferable. In order not to deteriorate the high frequency characteristics, it is preferable that the capacitance is small.

信号線路対13に所定の電圧以上のサージが生じると、3極アレスタ素子15の第1端子T1及び第3端子T3と第2端子T2との間で放電して導通状態となり、サージを接地に逃がすことができる。なお、3極アレスタ素子15の放電開始直前までは電圧制限素子17が作動して、サージによる電圧上昇を抑制することができる。   When a surge of a predetermined voltage or more occurs in the signal line pair 13, the first terminal T 1 and the third terminal T 3 of the three-pole arrester element 15 are discharged and become conductive, and the surge is grounded. I can escape. In addition, the voltage limiting element 17 operates until immediately before the discharge of the three-pole arrester element 15 and the voltage increase due to the surge can be suppressed.

IEEEによる1000BASE−Tの規格では、信号の周波数帯域は約80MHzとなる。さらに、次世代の規格では周波数帯域は約250MHzとなる。従って、図1のような構成の回路を単純に組み立てただけでは、高周波特性が十分でなく、高速なデータ伝送を行うことができない。このため、高周波回路としての設計を行う必要がある。   According to the IEEE 1000BASE-T standard, the signal frequency band is about 80 MHz. Furthermore, in the next generation standard, the frequency band is about 250 MHz. Accordingly, simply assembling a circuit having a configuration as shown in FIG. 1 does not provide sufficient high-frequency characteristics, and high-speed data transmission cannot be performed. For this reason, it is necessary to design as a high frequency circuit.

高速度データ伝送用通信線は平衡芯線が用いられるので、回路内における信号線路対を構成する2つの信号線路は平行になるように配置することが重要である。このため、信号線路対は、できるだけ平行線路となるように配線基板に配置する。   Since a high-speed data transmission communication line uses a balanced core, it is important to arrange the two signal lines constituting the signal line pair in the circuit so as to be parallel. For this reason, the signal line pairs are arranged on the wiring board so as to be as parallel lines as possible.

また、配線基板には、直接信号伝送に関係しない空白領域にグランドパターンを設ける。グランドパターンは信号線路対に平行になるようにして信号線路対を囲むように設けることが好ましい。これにより、寄生発振等による特性低下を低減することができる。グランドパターンの面積は大きい方がよい。なお、グランドパターンが信号線路対に対して平行に配置されているとは、グランドパターンと信号線路対との互いに対向する辺が平行になっていることをいう。但し、全ての部分においてグランドパターンが信号線路対に対して平行に配置されている必要はない。   The wiring board is provided with a ground pattern in a blank area not directly related to signal transmission. The ground pattern is preferably provided so as to surround the signal line pair so as to be parallel to the signal line pair. As a result, characteristic degradation due to parasitic oscillation or the like can be reduced. The area of the ground pattern should be large. The phrase “the ground pattern is arranged in parallel with the signal line pair” means that the sides of the ground pattern and the signal line pair that face each other are parallel to each other. However, the ground pattern need not be arranged in parallel to the signal line pair in all portions.

3極アレスタ素子は、端面のそれぞれに設けられた第1端子及び第2端子と、第1端子と第2端子との間に設けられた第3端子とを有する形状とし、第1端子及び第3端子を信号線路対と接続し、第2端子をグランドパターンと接続する。3極アレスタ素子の両端に設けられた第1端子及び第2端子を信号線路対と接続する場合には、信号線路対の間隔を3極アレスタ素子の幅とほぼ同じにする必要がある。サージ耐量が10kAの3極アレスタ素子の場合、一般的な大きさは、直径が6mm程度で、幅が8mm程度となる。このため、第1端子及び第2端子を信号線路対と接続する場合には、3極アレスタ素子を接続する部分において、信号線路対を構成する信号線路同士の間隔を大きく広げる必要があり、小型化が困難となる。特に、4回路もの実装が必要となる高速データ伝送路用サージ保護装置では3極アレスタ素子の配置が困難となる。しかし、第1端子と、中央部に設けられた第3端子とを信号線路と接続することにより、信号線路の間隔を半分にすることができ、小型化に有利となる。   The three-pole arrester element has a shape including a first terminal and a second terminal provided on each of the end faces, and a third terminal provided between the first terminal and the second terminal. The three terminals are connected to the signal line pair, and the second terminal is connected to the ground pattern. When the first terminal and the second terminal provided at both ends of the three-pole arrester element are connected to the signal line pair, the distance between the signal line pair needs to be substantially the same as the width of the three-pole arrester element. In the case of a three-pole arrester element with a surge resistance of 10 kA, the general size is about 6 mm in diameter and about 8 mm in width. For this reason, when connecting the first terminal and the second terminal to the signal line pair, it is necessary to greatly increase the interval between the signal lines constituting the signal line pair in the portion where the three-pole arrester element is connected. It becomes difficult. In particular, in a surge protection device for a high-speed data transmission path that requires mounting of four circuits, it is difficult to arrange the three-pole arrester element. However, by connecting the first terminal and the third terminal provided at the center to the signal line, the interval between the signal lines can be halved, which is advantageous for downsizing.

また、3極アレスタ素子の第1端子、第3端子の下端部を信号線路対と直接接続し、第2端子の下端部をグランドパターンと直接接続する。3極アレスタ素子の各端子と、信号線路対及びグランドパターンとの間をワイヤー等により接続すると、不要なリアクタンス成分が付加され、高周波特性に影響を与えることになる。しかし、各端子と信号線路対及びグランドパターンとを直接接続することにより、リアクタンス成分の増大を抑えることができる。さらに、金属板である第2端子がグランドパターンと略垂直に接続されることにより、第2端子がグランドプレーンとして機能する。これにより、寄生発振等の発生を抑えることができる。この場合、3極アレスタ素子の第2端子が形成された端面は、全面が金属板である第2端子となっていることが好ましい。   In addition, the first terminal and the lower end of the third terminal of the three-pole arrester element are directly connected to the signal line pair, and the lower end of the second terminal is directly connected to the ground pattern. If each terminal of the three-pole arrester element is connected to the signal line pair and the ground pattern by a wire or the like, an unnecessary reactance component is added, which affects the high-frequency characteristics. However, an increase in reactance component can be suppressed by directly connecting each terminal to the signal line pair and the ground pattern. Further, the second terminal, which is a metal plate, is connected substantially perpendicular to the ground pattern, so that the second terminal functions as a ground plane. Thereby, generation | occurrence | production of parasitic oscillation etc. can be suppressed. In this case, it is preferable that the end surface on which the second terminal of the three-pole arrester element is formed is a second terminal whose entire surface is a metal plate.

本実施形態のSPDにおいては、3極アレスタ素子の第2端子がグランドプレーンとして機能するため、グランドパターンと接続されたグランドプレーンを別途設けなくてよい。しかし、グランドプレーンを別途設けてもよい。グランドプレーンを別途設ける場合、グランドパターンと接続され、配線基板に対して略垂直となる金属板を配線基板の少なくとも一方の側端部に設けることが好ましい。金属板の長さは、配線基板の長さと以上とすることが好ましい。金属板の高さは、配線基板の上に実装された3極アレスタ素子の高さよりも高いことが好ましい。また、金属板は両側端部に設けてもよい。さらに、配線基板の上方を金属板により覆う構成としてもよい。配線基板の表面及び裏面のそれぞれに信号線路対を設ける場合には、裏面側にもグランドプレーンとなる金属板を設けることが好ましい。   In the SPD of this embodiment, since the second terminal of the three-pole arrester element functions as a ground plane, there is no need to separately provide a ground plane connected to the ground pattern. However, a ground plane may be provided separately. When a ground plane is separately provided, it is preferable that a metal plate connected to the ground pattern and substantially perpendicular to the wiring board is provided on at least one side end of the wiring board. The length of the metal plate is preferably equal to or greater than the length of the wiring board. The height of the metal plate is preferably higher than the height of the three-pole arrester element mounted on the wiring board. Moreover, you may provide a metal plate in a both-ends part. Furthermore, it is good also as a structure which covers the upper part of a wiring board with a metal plate. When providing a signal line pair on each of the front and back surfaces of the wiring board, it is preferable to provide a metal plate serving as a ground plane also on the back surface side.

高周波特性をさらに向上させるために、配線基板を多層基板とし、少なくとも1層を、グランドパターンと接続されたグランドプレーン層とすることが好ましい。グランドプレーン層を設けることにより信号線路対をシールドする効果が増大する。また、グランド面積を大きくすることができ、寄生発振等の抑制効果も得られる。   In order to further improve the high frequency characteristics, it is preferable that the wiring board is a multilayer board and at least one layer is a ground plane layer connected to the ground pattern. Providing the ground plane layer increases the effect of shielding the signal line pair. Further, the ground area can be increased, and an effect of suppressing parasitic oscillation and the like can be obtained.

1000BASE−Tの規格の場合、4対の信号線路対が必要となる。SPDを小型化するために、配線基板の第1の面(表面)及び第2の面(裏面)の両方にそれぞれ2対の信号線路を配置し、第1の面と第2の面との間に、グランドプレーン層を設けた3層構造としてもよい。また、2つの両面基板を積層した4層構造としてもよい。この場合には、グランドプレーン層を2層とすればよい。   In the case of the standard of 1000BASE-T, four signal line pairs are required. In order to reduce the size of the SPD, two pairs of signal lines are arranged on both the first surface (front surface) and the second surface (back surface) of the wiring board, and the first surface and the second surface A three-layer structure in which a ground plane layer is provided therebetween may be employed. Moreover, it is good also as a 4 layer structure which laminated | stacked two double-sided board | substrates. In this case, the ground plane layer may be two layers.

SPDを外部の接地と接続する外部接地端子は、配線基板の外部接続コネクタと同じ面に設けることが好ましい。また、外部接続コネクタの高さと、外部接地端子の高さとを揃えることが好ましい。このようにすることにより、SPDの厚さを薄くすることができる。   The external ground terminal for connecting the SPD to the external ground is preferably provided on the same surface as the external connection connector of the wiring board. Moreover, it is preferable that the height of the external connection connector and the height of the external grounding terminal are aligned. By doing so, the thickness of the SPD can be reduced.

SPDを収容するケースは、外部接地端子と反対側の面を構造物側にして固定できるようにすることが好ましい。外部接地端子を構造物と反対側にして固定することにより、外部接地端子へのアース線の接続が容易となる。ルーター側のSPDは制御盤の構造材であるDINレールに複数取り付けられることが多い。また、ルーターのポートの変更等によりSPDの位置を移動させることも多い。外部接地端子をDINレールと反対側の面に設けることにより、外部接続端子へのアクセスが容易となり、SPDの施工が容易となる。   It is preferable that the case accommodating the SPD can be fixed with the surface opposite to the external grounding terminal facing the structure. By fixing the external grounding terminal on the side opposite to the structure, the ground wire can be easily connected to the external grounding terminal. In many cases, a plurality of SPDs on the router side are attached to a DIN rail that is a structural material of the control panel. Also, the position of the SPD is often moved by changing the port of the router. By providing the external ground terminal on the surface opposite to the DIN rail, access to the external connection terminal is facilitated, and the SPD is facilitated.

本実施形態のSPDは、データネットワークのケーブルの途中に少なくとも1つ取り付けられていればよい。取り付け位置は特に限定されないが、ハブにできるだけ近い場所に取り付けることが好ましい。また、ケーブルの両端部にSPDをそれぞれ取り付けることがより好ましい。ケーブルの両端部にSPDを取り付けることにより、長いケーブルにおいて生じやすい雷サージの定在波に対してもケーブルの両端に接続された電子機器を保護することができる。本実施形態のSPDは高周波特性が良好なことから、ケーブルの両端部に挿入した場合においても、1ギガビット/秒又はそれ以上の高速なデータ伝送を行うことができる。また、小型化することが容易であり、複数のデータケーブルが配線されている場合においても、配置が容易である。さらに、小型化した場合においてもサージ耐量が10kA以上のGDTを用いることが可能であり、十分なサージ耐量を確保することができる。     It is sufficient that at least one SPD of the present embodiment is attached in the middle of the data network cable. The attachment position is not particularly limited, but it is preferable to attach it as close as possible to the hub. Moreover, it is more preferable to attach SPD to both ends of the cable. By attaching SPDs to both ends of the cable, electronic devices connected to both ends of the cable can be protected against a standing wave of lightning surge that tends to occur in a long cable. Since the SPD of the present embodiment has good high frequency characteristics, even when it is inserted at both ends of the cable, high-speed data transmission of 1 gigabit / second or more can be performed. Further, it is easy to reduce the size, and the arrangement is easy even when a plurality of data cables are wired. Further, even when the size is reduced, a GDT having a surge withstand of 10 kA or more can be used, and a sufficient surge withstand can be ensured.

以下において実施例を用いて、本発明に係るSPD装置をさらに詳細に説明する。なお、本実施例において示す回路基板及び素子の配置等は一例であり、何ら発明を限定しない。   Hereinafter, the SPD device according to the present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, arrangement | positioning etc. of the circuit board shown in a present Example and an element are examples, and do not limit invention.

4層構造の配線基板を用いて図1に示す回路構成のSPDを実現した。図2(a)及び(b)は、それぞれ基板の第1層(表面)及び第4層(裏面)を示している。説明のため、パターン及び接続されている素子は実線で記載している。配線基板の長さは約80mm、幅は約24mmとした。   An SPD having the circuit configuration shown in FIG. 1 was realized using a four-layer wiring board. 2 (a) and 2 (b) show the first layer (front surface) and the fourth layer (back surface) of the substrate, respectively. For the sake of explanation, the pattern and connected elements are indicated by solid lines. The length of the wiring board was about 80 mm and the width was about 24 mm.

図2(a)及び(b)に示すように信号線路対13は第1層111及び第4層114にそれぞれ2対配置した。第1層111には、RJ−45規格の外部接続コネクタ21の端子J1同士を接続する信号線路11及び端子J2同士を接続する信号線路12からなる信号線路対13と、端子J3同士を接続する信号線路11及び端子J6同士を接続する信号線路12からなる信号線路対13を設けた。第4層114には、端子J4同士を接続する信号線路11及び端子J5同士を接続する信号線路12からなる信号線路対13と、端子J7同士を接続する信号線路11及び端子J8同士を接続する信号線路12からなる信号線路対13を設けた。   As shown in FIGS. 2A and 2B, two pairs of signal lines 13 are arranged on the first layer 111 and the fourth layer 114, respectively. The first layer 111 connects the signal line pair 13 including the signal line 11 that connects the terminals J1 of the RJ-45 standard external connector 21 and the signal line 12 that connects the terminals J2 and the terminal J3. The signal line pair 13 including the signal line 11 and the signal line 12 connecting the terminals J6 is provided. The fourth layer 114 is connected to the signal line pair 13 including the signal line 11 that connects the terminals J4 and the signal line 12 that connects the terminals J5, and the signal line 11 and the terminals J8 that connect the terminals J7 to each other. A signal line pair 13 including the signal line 12 is provided.

各信号線路対13は、その全長の90%以上の部分において2つの信号線路11及び12が平行である平行線路となるようにした。また、各信号線路対13は、グランドパターン121により囲まれるように配置した。第1層111及び第4層114においてグランドパターン121が各信号線路対13に平行になるように配置して、その面積が第1層111の総面積の50%以上となるように配置した。第2層及び第3層は、グランドプレーン層とし、スルーホール配線により第1層111及び第4層114のグランドパターン121と接続した。外部接続コネクタ21及び外部接地端子31は、第1層111に設けた。外部接続コネクタ21のケース及び外部接地端子31は、グランドプレーン層とは直接接続されていない。   Each signal line pair 13 is a parallel line in which two signal lines 11 and 12 are parallel in a portion of 90% or more of the total length. Further, each signal line pair 13 is arranged so as to be surrounded by the ground pattern 121. In the first layer 111 and the fourth layer 114, the ground pattern 121 is arranged so as to be parallel to each signal line pair 13, and the area thereof is arranged to be 50% or more of the total area of the first layer 111. The second and third layers were ground plane layers and connected to the ground patterns 121 of the first layer 111 and the fourth layer 114 by through-hole wiring. The external connection connector 21 and the external ground terminal 31 are provided on the first layer 111. The case of the external connector 21 and the external ground terminal 31 are not directly connected to the ground plane layer.

3極アレスタ素子15及び23には、直径が約6mm、幅が8mmで、サージ耐量が10kAの市販のGDT(エプコス社製:T30-A230XMSD)を用いた。電圧制限素子17には、ピーク逆電圧が5V、サージ耐量が50Aであり、静電容量が小さい市販のサージクランパ(オリジン電気社製:SCL510)を用いた。   For the three-pole arrester elements 15 and 23, a commercially available GDT (Epcos Corporation: T30-A230XMSD) having a diameter of about 6 mm, a width of 8 mm, and a surge withstand of 10 kA was used. As the voltage limiting element 17, a commercially available surge clamper (Origin Electric Co., Ltd .: SCL510) having a peak reverse voltage of 5 V, a surge withstand capability of 50 A, and a small capacitance was used.

図3(a)及び(b)は、グランドプレーンを設ける効果を確認した結果を示している。図3(a)は、グランドプレーンが設けられている場合の伝送特性をスペクトラムアナライザ(アドバンテスト社製:R3361C)を用いて測定した結果であり図3(b)は、グランドプレーンを設けていない場合の結果を示している。グランドプレーンを設けていない場合には、挿入損失が大きく変化し、寄生発振が生じていることが明らかである。このように、グランドプレーンを設けることにより、高周波特性を大きく向上させることができる。   3A and 3B show the results of confirming the effect of providing a ground plane. FIG. 3A shows the result of measuring the transmission characteristics when a ground plane is provided using a spectrum analyzer (manufactured by Advantest: R3361C). FIG. 3B shows the case where no ground plane is provided. Shows the results. When no ground plane is provided, it is clear that the insertion loss changes greatly and parasitic oscillation occurs. Thus, by providing the ground plane, the high frequency characteristics can be greatly improved.

図4は長さが100mのIEEEのカテゴリー5e規格のケーブルの両端に本実施例のSPDを接続し、ケーブルアナライザ(FLUKE社製:DTX−1800)により測定した伝送特性を示している。図4に示すように本実施例のSPDは、挿入損失が十分に小さいことが確認された。また、図5に示すように長いケーブルの両端に接続した場合においても、漏話特性も規格に対して余裕を有することが確認できた。   FIG. 4 shows transmission characteristics measured with a cable analyzer (DTX-1800, manufactured by FLUKE) with the SPD of this embodiment connected to both ends of an IEEE category 5e standard cable having a length of 100 m. As shown in FIG. 4, it was confirmed that the SPD of this example has a sufficiently small insertion loss. In addition, as shown in FIG. 5, it was confirmed that the crosstalk characteristics have a margin with respect to the standard even when connected to both ends of a long cable.

本発明のサージ保護装置は、小型、高耐量で、且つ高速なデータ通信が可能であり、特に高速なデータ伝送路のサージ保護装置として有用である The surge protection device of the present invention is small, highly durable, and capable of high-speed data communication, and is particularly useful as a surge protection device for high-speed data transmission paths.

11 信号線路
12 信号線路
13 信号線路対
15 3極アレスタ素子
17 電圧制限素子
21 外部接続コネクタ
22 シールド線路
23 3極アレスタ素子
31 外部接地端子
111 第1層
114 第4層
121 グランドパターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Signal line 12 Signal line 13 Signal line pair 15 3 pole arrester element 17 Voltage limiting element 21 External connection connector 22 Shield line 23 3 pole arrester element 31 External ground terminal 111 1st layer 114 4th layer 121 Ground pattern

Claims (4)

信号線路対及び該信号線路対を囲むグランドパターンを有する配線基板と、
前記配線基板の両端部にそれぞれ設けられ、前記信号線路対により互いに接続された外部接続コネクタと、
前記配線基板に実装された3極アレスタ素子とを備え、
前記信号線路対は、構成する2本の信号線路が前記配線基板の同一面に設けられ、少なくとも一部が平行線路であり、
前記3極アレスタ素子は、端面のそれぞれに設けられた第1端子及び第2端子と、前記第1端子と前記第2端子との間に設けられた第3端子とを有し、
前記第1端子は、下端部が前記信号線路対の一方と直接接続され、
前記第3端子は、下端部が前記信号線路対の他方と直接接続され、
前記第2端子は、全面が金属板である端面の下端部において、前記グランドパターンと直接接続され、グランドプレーンとして機能する、通信路用サージ保護装置。
A wiring board having a signal line pair and a ground pattern surrounding the signal line pair;
External connection connectors provided at both ends of the wiring board and connected to each other by the signal line pair;
A three-pole arrester element mounted on the wiring board;
In the signal line pair, two signal lines constituting the same are provided on the same surface of the wiring board, and at least a part is a parallel line,
The three-pole arrester element has a first terminal and a second terminal provided on each of the end faces, and a third terminal provided between the first terminal and the second terminal,
The first terminal has a lower end portion directly connected to one of the signal line pairs,
The third terminal has a lower end connected directly to the other of the signal line pair,
The communication terminal surge protection device , wherein the second terminal is directly connected to the ground pattern at a lower end portion of an end face whose entire surface is a metal plate and functions as a ground plane.
前記グランドパターンは前記信号線路対と平行に配置されている、請求項1に記載の通信路用サージ保護装置。   The surge protection device for a communication path according to claim 1, wherein the ground pattern is arranged in parallel with the signal line pair. 前記配線基板は、グランドプレーン層を有する多層基板であり、
前記グランドプレーン層と前記グランドパターンとは接続されている、請求項1又は2に記載の通信路用サージ保護装置。
The wiring board is a multilayer board having a ground plane layer,
The surge protection device for a communication path according to claim 1 or 2, wherein the ground plane layer and the ground pattern are connected.
前記グランドパターンと接続された外部接地端子と、
前記外部接地端子を露出するように前記配線基板を収容し、前記外部接地端子と反対側の面を構造物側にして、前記構造物に固定するためのケースとをさらに備えている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の通信路用サージ保護装置。
An external grounding terminal connected to the ground pattern;
The case further comprising: a case for housing the wiring board so as to expose the external ground terminal, and fixing the surface to the structure with a surface opposite to the external ground terminal facing the structure. The surge protection device for a communication path according to any one of 1 to 3.
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