TW201117569A - Surge protection device for isolating premise devices - Google Patents

Description

201117569 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及突波保護’並且更具體地，涉及突波保護 設備的實施例，所述突波保護設備通過阻止突波輸入到達 設備來對設備隔離突波輸入。 【先前技術】 共用天線電視（CATV”）系統給駐地（premjse )提供 許多服務’該服務包括但不限於：網際網路服務、電話服 務（例如，網路協定語音（“ VOIP” ）電話）、電視服務、 以及音樂服務。這些服務中的每一個服務需要CATV系統和 駐地交換帶寬，尤其是例如諸如射頻（“RF”）信號以及數 位信號。通常，CATV系統被配置為使用相互分離的帶寬用 以分組傳輸，並且更常見的是，按照在CATV系統中傳輸被 發送或接收的方向來進行分組。即，具有一個頻率的傳輸 可以被相對於駐地和/或CATV系統的前端、沿不同於具有 第二頻率的傳輸的方向進行發送或接收。作為一個例子， 源自前端設備並被發送到駐地的傳輸在這裏被稱為下行帶 寬’而源自駐地並被發送到前端設備的傳輸在這裏被稱為 上行帶寬。 圖1示出CATV系統1〇〇的一個例子，CATV系統1〇〇 包括前端設備102和本地網路1〇4，本地網路1〇4通過分 配線106連接到前端設備1〇2。本地網路104包括馈送分 接頭108、引入線11〇和具有駐地114的部分丨丨2。駐地114 3 201117569 經由分配線106、饋送分接頭108和引入線no的組合連接 到前端設備102。系統100進一步包括下行帶寬116和上行 帶寬118，二者都將在下文中更加詳細地加以描述。 通常’下行帶寬116和上行帶寬118通過上和下截止 頻率來加以定義。用於下行帶寬116的示例性頻率大於約 54 MHz ’並且在一個應用中能夠從約54MHz到約 1002MHz。用作上行帶寬118的頻率小於約4〇 MHz，並且 在一個應用中能夠從約5 MHz到約40 MHz。 術語“下行帶寬，，和“上行帶寬，，用在這裏一般描述在例 如CATV系統1〇〇之類的系統内發送、交換和操作的一些傳 輸。如在例如系統1〇〇之類的系統中所固有的那樣，以描 述任意數量傳輸的方式來使用這些術語。此外，通過這些 術語描述的每個傳輸可能顯示出相似於或者不同於其他傳 輸的其他特性的特性。這些其他傳輸也可以通過術語“下行 帶寬”和/或“上行帶寬”加以分類，就像與本文公開、描述和 預期的本發明的各種實施例相關地使用的那樣。 除了 CATV系統之外，與圖1的系統1〇〇相似配置的系 統包括但不限於其他與遠端駐地（例如駐地114)通信的單 向和雙向通信系統。相似系統可以經由傳輸線（例如分配 線1〇6)和引入们1〇來實施傳輸。用料輸線的這類傳輸 線疋典型的承載傳輸導體，特別是諸如像同軸電缆、遮罩 電纜、多芯電纜、帶狀電纜和雙絞電纜。 …被連接到系統1〇〇的駐地（例如駐地114)包括例如 家A寓（例如個人公寓和/或連棟房屋）和企業。這些駐 4 201117569 地能夠具有任意數量的設備和/或裝置（統稱為“駐地設 備”其直接或間接地耦合到引入線1丨〇。用於將每個單獨 駐地設備連接到前端設備102的技術和裝置對那些熟悉 CATV系統的人來說通常是公知的，因此不為當前討論的目 的而提供詳細的描述。 駐地設備可以特別是包括但不限於數據機、臺式電 腦、筆記型電腦、電視、遊戲平臺、機上盒（STB )和機 上單元（STU) »這些一般被配置為通過下行帶寬116和上 行帶寬118與前端設備1〇2通信。例如，通常，駐地設備 從前端設備102接收下行帶寬116，並且能夠將上行帶寬 118傳送到前端設備1〇2。 在正常操作期間，例如CATV系統1〇〇之類的系統實施 在上述頻帶記憶體在的傳輸。然而，應當認識到，CatV系 統100的範圍、結構和傳統廣度使得這些系統對暫態事件 是敏感的’所述暫態事件例如像雷擊、停電和切換事件。 這些暫態事件能夠產生輸入（在下文中的“突波輸入”），該 輸入落在上行帶寬和下行帶寬的頻帶之外。此外，通常暫 態事件能夠產生落在低於1MHz的頻帶内的突波輸入。例 如’如果CATV系統的部件受到雷擊，通常突波輸入具有低 於大約1MHz的頻率’並且具有足夠破壞駐地設備的能量等 級。 如前面討論的那些突波輸入之類的突波輸入對許多電 部件是有害的，並且對連接到CATV系統的駐地設備特別有 害°因此優選地提供某類型的突波保護設備，其被設計用 201117569 來避免對駐地設備的損害。然而’任何這類突波保護設備 的先決條件是它還應當傳遞在期望頻帶記憶體在的傳輸， 所述期望㈣例>像下行帶寬和上行帶寬的頻冑。 許多突波保護設備在產生突波輸入的CATV系統的部 分和駐地設備之間串聯實現。遺憾的是，通常這些設備不 能避免突波輸入到達駐地設備。而這些設備（例如，氣體 放電管（GDT)和/或金屬氧化物壓敏電阻器（M〇v))被 構造時總是伴隨有内在延遲或回應時間。該延遲允許突波 輸入在設備被完全啟動以完全地保護駐地設備避免突波輸 入前即刻到達駐地設備》這樣的延遲本質上是有害的，因 為回應時間越慢，損害越可能發生在駐地設備上。 因此’需要能夠避免突波輸入到達駐地設備的突波保 護設備’並且更具體地’需要被完全啟動以便提供完全保 護避免突波輸入的突波保護設備。還期望的是，以某方式 構造突波保護設備’以便增加其期望壽命，並且降低在 CATV系統中發生暫態事件後對維護和/或替換的需求。 【發明内容】 涉及關於MOV和GDT的問題的一方面，本發明的實施 例被配置為使駐地設備隔離突波輸入。例如，諸如通過以 避免對駐地設備損害的方式對駐地設備隔離突波輸入，而 使得結合本發明思想的突波保護設備能夠比MOV和GDT快 得多地回應突波輸入。如下文中更詳細地討論的那樣，這 些實施例還允許在有利帶寬内的傳輸到達駐地設備。 201117569 在下面的一個實施例中描述了，本發明包含用於對駐 地設備隔離突波輸入的突波保護設備，其中，該設備可以 包括接收下行帶寬的第一突波路徑，和電感地•合到第一 突波路徑的第二突波路徑’第二突波路徑在第—突波路徑 之後接收下行帶寬。突波保護設備可以進一步包括在駐地 設備之前接收突波輸入的位置稱合到第二突波路徑的阻隔 元件。 在另-個實施例中，本發明包含被配置為對駐地設備 隔離CATV系統中的突波輸入的信號調節設備，其中信號調 節設備可以包括用於從CAT V系統接收下行帶寬的第一信 號路徑。所述設備還可以包括耦合到第一信號路徑的尺1?變 壓器，RF變壓器可以包括第一繞組和電感地耦合到第一繞 組的第二繞組。所述設備可以包括耦合到第二繞組的第二 信號路徑’第二信號路徑用於將下行帶寬傳送到駐地設 備。所述設備可以進一步包括在駐地設備之前接收突波輸 入的位置耦合到第二信號路徑的阻隔元件。 在又一個實施例中，本發明包含用於阻止突波輸入到 達駐地内的駐地設備的系統。該系統可以包括固定於駐地 的突波保護設備’突波保護設備可以包括具有前端側和駐 地側的内部電路。内部電路可以包括耦合到前端側的第一 突波路徑，第一突波路徑接收下行帶寬，第二突波路徑電 感地耦合到第一突波路徑，第二突波路徑用於將下行帶寬 傳送到駐地側’以及耦合到内部電路的阻隔元件，阻隔元 件在駐地設備之前接收突波輸入。系統進一步被配置，其 201117569 中突波輸入穿過第 地。 繞組和第二繞組中的一個或兩個以接 【實施方式】 .為了使得能夠更詳細地理解本發明的上面描述特徵的 方式可通過參考實施例來提供上面簡單總結的本發明的 更特定描述，λ中的一些在附圖中加以閣明。然而，應當 注意的是，附圖僅闡明本發明的典型實施例，並且因此不 被認為是限制其範圍’因為本發明可以允許其他等同效果 的實施例。 因此為了進一步理解發明的特性和目的，可對下面 結合圖閱讀的詳細說明進行參考。 提供了 一種突波保護設備及其實現，其實施例有益於 隔離敏感設備，例如電視、機上盒和數據機◊這些實施例 能夠特別地被配置為避免突波輸入到達這些設備，例如這 些突波輸入是由於CATV系統内的雷擊而導致的。例如，下 面更詳細地討論了突波保護設備的特定實施例可以包括單 個路徑，其不僅被配置為在駐地設備和前端設備之間傳遞 傳輸，而且還阻隔突波輸入並防止它們在駐地設備處產生 電壓。這些實施例通常包括一個或更多電路組，每一個電 路被配置為單獨地或與其他電路結合地進行操作，傳遞下 行帶寬，同時還被配置為阻隔突波輸入，以避免突波輸入 損害駐地設備。 用於實現本發明的一個或多個理念的電路以互相連接 201117569 各種電元件的方式加以構造，所述電元件例如但不限於電 阻、電容、電晶體、電感、傳輸線和開關。這些電路可以 進一步與其他電路（和/或設備）通信，其運行高級邏輯函 數、演算法以及處理固件和軟體指令。這種示例電路包括 但不限於現場可編程閘陣列（“FPGA”）和專用積體電路 〔“ASIC”）。儘管所有這些元件、電路和設備獨立地以在 CATV領域具有普通技能的技術人員所普遍理解的方式運 行’但是本文公開和描述的是它們的組合和集成，該組合 和集成構成為通常為本發明的思想提供的功能電氣組和電 路0 除了上述電路以及在圖2和圖3中提供並在下面詳細 描述的突波保護設備的其他實施例之外，同樣實用的是， 本發明的思想被實現為用於將駐地與CATV系統i 〇〇 (圖i ) 的則端設備102(圖1)連接的其他信號處理設備的一部 分，或與該其他信说處理設備相組合。這些組合可包括調 節上行帶寬的設備。該組合還可包括提供上行帶寬和下行 帶寬中的一個或兩個的信號衰減、信號處理和信號放大的 設備。該功能可被合併到本文所提供的設備中，並且也可 被合併到耦合到根據本發明製造的設備或以其他方式與該 設備對接的獨立設備中。 考慮到前述内容’並且如可以在圖2中看到的那樣， 示出了根據本發明思想製造的突波保護設備2〇〇的示例。 此處可見’突波保護設備200可以包括具有前端側2〇4和 駐地側206的内部電路202。内部電路2〇2還可以包括阻 201117569 隔元件208、耦合到前端側204的第一突波路徑2丨〇、以及 耦合到駐地側206和阻隔元件208的第二突波路徑2丨2。 第一突波路徑210和第二突波路徑212中的每個可以包括 地 214。 駐地側206通過引入線21 8耦合到饋送分接頭2丨6。 信號調節設備200位於系統（未示出）的部分220中，並 且更特別地’駐地側206耦合到駐地222 »這一配置與圖i 的系統100的部分112相似，其已在上述背景技術部分中 加以描述。 駐地222接收下行帶寬224，並產生上行帶寬226，其 將在下面更詳細地加以描述。駐地222包括前端接入點 228，以及具有多個輸入埠232的内部佈線系統23〇，以及 多條線234 ’其將前端接入點228與每個輸入埠232連接。 駐地222也可以具有多個信號操作設備236，信號操作設 備包括生成傳輸240的數個駐地設備238 » 駐地222進一步包括將駐地設備238連接到例如輸入 埠232的連接電纜242。無線技術也適用於將駐地設備 連接到輸入埠232。傳輸240由一個或多個朝向前端接入 點228的線路234來承載，並在前端接入點228處離開駐 地222。示例性的傳輸，傳輸238可以包括但不限於來自 數據機、機上盒、電視、電腦及其任意組合的傳輸。 在圊2中所示的是，突波保護設備200能夠被固定在 駐地222的外面’諸如例如制定在家、公寓、辦公大樓 等的外自但是’在其他實實施方式中，突波保護設備2⑽ 10 201117569 被配置為使得其能夠置於駐地222内部》這種配置包括處 於駐地222内部的位置，在此處，突波保護設備200能夠 在下行帶寬224被傳送到駐地設備236之前接收下行帶寬 224 〇 術語“前端側”和“駐地側”用於指元件或物件的相對 端，所述元件或物件例如突波保護設備200和/或内部電路 202，所述術語不限制本發明公開的範圍和程度。而是，當 與本公開所設想的突波保護設備結合討論時，突波保護設 備的部分被配置為使得它們在突波保護設備的其他部分之 前接收下行帶寬224 ^當通常被定義為這些部分之間的相 對位置時，在一些實施例中其將包括突波保護設備200的 一部分，例如前端側204，其在突波保護設備200的另一 部分（例如駐地側206 )之前接收下行帶寬224 (包括突波 輸入）。 如上所述，CATV系統會對閃電和其他能夠導致突波輸 入（並且更特別地是在下行帶寬224中存在的突波輸入） 的暫態事件敏感。為了處理這些突波輸入，内部電路202 能夠被構造為使得突波保護設備200能夠對駐地設備238 隔離突波輸入，而不中斷前端設備（例如前端設備1〇2(圖 1))和駐地設備238之間的通信。該通信包括在下行帶寬 224和上行帶寬226二者的帶寬中存在的傳輸。例如，本 文所設計的該類型突波保護設備能夠被構造為適應非常寬 的帶寬。即，突波保護設備200的實施例能夠適應可能超 過3000MHz的帶寬，其中，在該設定範圍内的突波保護設 11 201117569 備的帛特疋結構被構造為適應從大約5觀2到大約 2000MHz。 雖然各種構造能夠用於實現本公開所設想的理念但 是可以期望的是’第_突波路徑21〇和第二突波路徑 (在下文中稱為“突波路徑，，）包括電纜和傳導設備，例如同 轴電缆光缆和符合在特定應用（例如CATV系、统⑽（圖 1))中進行傳輸的其他傳導設備。突波路徑還可以包括能 夠在前端側204和駐地侧206之間傳送傳輸的電元件和/或 電路。示例性元件可包括例如電感，以及能例如通過提供 下行帶寬224和上行帶寬226的傳輸以及突波輸入的耦合 (例如，電感耦合）來促進突波路徑之間通信的類似繞組。 當與突波路徑結合使用時，阻隔元件2〇8能被配置以 防止突波輸入產生能夠損害駐地設備226的電壓。即，可 選擇阻隔元件208以便阻止突波輸入到達負載，例如駐地 設備226。用作阻隔元件208的合適的阻隔元件能夠阻隔 可能導致損害的突波輸入。這些阻隔元件還可以允許將傳 輸（例如射頻（“RF”）信號）傳送到駐地設備226。這種 選擇通道可通過使用恰當設計的電路來實現，所述電路包 括一個或多個電元件’例如電容、電阻、電晶體、電感及 其任意組合。結合圖3中所示並且在下文中描述的突波保 護設備的實施例來提供用作内部電路202的一種内部電路 構造的細節。 例如並且參考圖3，示出了突波保護設備300的另一 個實施例。此處可見，突波保護設備300可包括内部電路 12 201117569 302、前端側304、駐地側306、阻隔元件308、第一突波 路徑310、第二突波路徑312和地314。突波保護設備300 還可包括RF變壓器316，其被耦合到第一突波路徑312和 第二突波路徑3 14。這種配置允許前端側304和駐地側306 之間的下行帶寬318和上行帶寬320的傳輸eRF變壓器316 可包括多個繞組322。在一個例子中，繞組322可包括分 別耦合到第一突波路徑3 10和第二突波路徑312的第一繞 組324和第二繞組326。 突波保護設備300可以進一步包括至少一個滤波設備 328，其被耦合到第二突波路徑312。濾波設備328可以包 括濾波電路330 ’例如但不限於低通濾波器、高通濾波器、 帶通據波器及其任意組合。在一個例子中，據波電路3 3 0 被安置為使得其在阻隔元件308之後接收下行信號318， 且其在阻隔元件308之前接收上行信號320。 可以期望的是，RF變壓器3 16被構造用於至少約 3000MHz的帶寬，其中一個典型的構造相容於從約5MHz 到約2000MHz的帶寬》但是，值得考慮的是，各種配置和 構造可用於RF變壓器316，從而使得突波保護設備300被 按照本公開的思想、範圍和精神來加以製造。用於用作RF 變壓器316的合適變壓器的示例可包括但不限於，Ruth〇ff 變壓器、Guanella變壓器、Marchand變壓器、Baiun變壓器 及其任意組合。 通常設置阻隔元件308以使得它在rf變壓器316之後 接收突波輸入。也可以設置阻隔元件3〇8以使得它在RF變 13 201117569 壓器316之前接收上行帶寬32〇。如上所述，通常選擇用 作阻隔元件308的這類阻隔元件，以使得當與RF變壓器316 串聯放置時’阻隔元件3〇8隔離駐地設備，例如駐地設備 236 (圖2)。除了可用作阻隔元件3〇8的合適設備、電路 和組合的上述示例之外，可以進一步設想的是，具有介電 材料的設備能夠被實現為阻隔元件3〇8的一部分。 更詳細地討論突波保護設備300的操作，可以設想的 是’設備300被配置為將上行帶寬320從駐地側306傳遞 到前端側304。同樣’設備300被配置為將下行帶寬318 從别端側304傳遞到駐地側306。這些特徵允許駐地設備 (未示出）與前端設備（未示出）通信。在設備300的一個 實施例中，這些特徵通過使用RF變壓器316而被促進，其 中下行帶寬318和上行帶寬320能夠被經由第一突波路徑 310和第二突波路徑312加以輸送，並且跨越繞組322進 行電感輕合’以便促進前端側304和駐地側306之間的通 道°在系統（未示出）中產生突波輸入的事件中，設備3〇〇 被配置為阻止突波輸入產生對駐地設備的損害。在一個實 施例中’該特徵通過阻隔元件308來實現，並且更具體地 選擇阻隔元件308，以便阻隔突波輸入足夠長時間，從而 使得突波輸入通過RF變壓器3 16的繞組3 18消散，並達到 一個不再能夠損害駐地設備的等級。 可以設想的是，本文記載的數值以及其他值通過術語 大約來加以修飾，無論是明確說明還是由本公開的討論 自然地導出均是如此。如本文所使用的，術語“大約”限定 201117569 了被修飾的值的數值邊界，以便包括但不限於容差和上限 值（values up to )，並包括被如此修飾的數值。即數值可 以包括所明確說明的實際值，以及是、或可以是本公開中 指示和/或描述的實際值的小數、分數或其他倍數的其他 值。 雖然已經參考特定示例性實施例具體地示出和描述了 本發明’但是本領域技術人員應當理解的是，在不脫離由 已述的說明書和附圖支持的申請專利範圍所限定的發明的 精神和範圍的情況下，可以在其中產生各種詳細的變形。 進一步地，當參考特定數量的元件來描述示例性實施例 時’應當理解的是，能夠使用少於或者大於特定數量的元 件來實現該示例性實施例。 【圖式簡單說明】 圖1是包括根據本發明思想製造的突波保護器的一個 示例的CATV系統的示意圖； 圖2是CATV系統（例如圖i的cATV系統）的一部分 的詳細不意圖，其包括根據本發明思想製造的突波保護設 備的實施例；以及 圖3是在CATV系統（例如圖1的CATV系統）中使用 的突波保護設備的另一個示例的示意圖。 【主要元件符號說明】 100..CATV系統；102·.前端設備；104.·本地網路； 15 201117569 106..分配線；108、216.·饋送分接頭；n〇、218·.引入線； 112、220.·部分；114、222..駐地； 116、224、3 18..下行帶寬；118、226、320·.上行帶寬； 200、300..突波保護設備；202、302..内部電路； 204、304..前端側；206、306..駐地側； 208、308..阻隔元件；210、212、310、312..突波路徑； 214、314..地；228.·前端接入點；230..内部佈線系統； 232.·輸入埠；234..多條線；236信號操作設備； 23 8..駐地設備；240..生成傳輸；316 RF變壓器； 322、324、326·.繞組；328濾波設備；33〇·.濾波電路 16

Claims (1)

1. 201117569 七、申請專利範圍： 1、一種用於對駐地設備隔離突波輪入的突波保護設 備，所述突波保護設備包括： 接收下行帶寬的第一突波路捏； 以電感方式耦合到第一突波路徑的第二突波路徑’第 二突波路徑在第一突波路徑之後接收下行帶寬；以及 在駐地設備之前接收突波輸入的位置耦合到第二突波 路徑的阻隔元件。 2、如申請專利範圍第丨項所述的突波保護設備，其進 一步包括耦合到第一突波路徑的第一繞組，以及耦合到第 二突波路徑的第二繞組，其中下行帶寬從第一繞組傳遞到 第二繞組》 3、 如申請專利範圍第丨項所述的突波保護設備，其進 一步包括耦合第一突波路徑和第二突波路徑的RF變壓器。 4、 如申請專利範圍第3項所述的突波保護設備，其中 該RF變壓器包括Ruthr〇ff變壓器、以抓以變壓器、 Marchand變壓器 '和Bahin變壓器中的一個或多個。 5、 如申請專利範圍第1項所述的突波保護設備，其進 步包括輪合到阻隔元件和駐地設備之間的第二突波路徑 的滤波電路。 17 201117569 6、 如申請專利範圍第5項所述的突波保護設備，其中 該濾波電路包括低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器中 的一個或多個。 7、 如申請專利範圍第1項所述的突波保護設備，其中 該阻隔元件包括介電材料。 8、 如申請專利範圍第1項所述的突波保護設備，其中 該阻隔元件包括電容。 9、 一種被配置為對駐地設備隔離CATV系統中所產生 的突波輸入的信號調節設備，所述信號調節設備包括： 用於從CATV系統接收下行帶寬的第一信號路徑； 耦合到第一信號路徑的RF變壓器，RF變壓器包括第一 繞組和以電感方式耦合到第一繞組的第二繞組； 耦合到第二繞組的第二信號路徑，第二信號路徑用於 將下行帶寬傳輸到駐地設備；以及 在駐地設備之前接收突波輸入的位置耦合到第二信號 路徑的阻隔元件。 10、 如申請專利範圍第9項所述的信號調節設備，其 中該RF變壓器包括Ruthroff變壓器、Guanella變壓器、 Marchand變壓器、和Baiun變壓器中的一個或多個。 18 201117569 11、 如申請專利範圍第9項所述的信號調節設備’其 進一步包括耦合到阻隔元件和駐地設備之間的第二信號路 徑的濾波電路。 12、 如申請專利範圍第11項所述的突波保護設備’其 中該濾波電路包括低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器 中的一個或多個。 13、 一種用於對駐地中的駐地設備阻隔突波輸入的系 統，所述系統包括： 固定於駐地的突波保護設備，該突波保護設備包括具 有前端側和駐地側的内部電路，該内部電路包括： 麵合到前端側的第一突波路徑，·第一突波路徑接 收下行帶寬， 以電感方式叙合到第一突波路徑的第二突波路 徑，第二突波路徑用於將下行帶寬傳輸到駐地側，及 耦合到該内部電路的阻隔元件’阻隔元件在駐地設備 之前接收突波輸入， 其中突波輸入穿過第一繞組和第二繞組中的一個或兩 個以接地。 14、如申請專利範圍第13項所述的系統，其進一步包 括耦合到第一突波路徑的第一繞組，以及耦合到第二突波 201117569 路徑的第二繞組，其中下行帶寬從第一繞組傳遞到第二繞 組。 15、 如申請專利範圍第13項所述的系統，其進一步包 括耗合第一突波路徑和第二突波路徑的RF變壓器。 16、 如申請專利範圍第15項所述的系統，其中該rf 變壓器包括Ruthroff變壓器、Guanella變壓器、Marchand變 壓器、和Baiun變壓器中的一個或多個。 17、 如申請專利範圍第π項所述的系統，其進一步包 括耗合到該阻隔元件和駐地設備之間的第二突波路徑的遽 波電路》 18 '如申請專利範圍第17項所述的系統，其中該據波 電路包括低通濾波器 '高通濾波器和帶通濾波器中的一個 或多個。 19、如申請專利範圍第13項所述的系統，其中該阻隔 元件包括介電材料。 20 '如申請專利範圍第13項所述的系統，其中該阻 疋件包括電容。 阳