TWI410007B - 具有突波隔離功能之電連接器總成 - Google Patents

Description

具有突波隔離功能之電連接器總成

本發明係與突波隔離電路有關，特別是關於以濾波方式隔離突波之具有突波隔離功能之電連接器總成。

如「第1圖」所示，設置於電子裝置之電連接器1(Network Jack)，例如RJ-45規格之網路連接器，係用以讓一電纜線之電接頭插接，而使電子裝置之電子電路2電連接該電纜線，從而與另一外部裝置建立通訊連接。電子裝置本身可能因為靜電持續累積至一高電壓電位，而形成高電壓之突波，通過電連接器1傳導至電子電路2；或是，因為電纜線接收了來自外部的高壓電流，例如電纜線受到雷擊，也會產生高電壓之突波通過電連接器1傳導至電子電路2。前述的高電壓突波將造成電子電路2之損壞，例如網路晶片3或南橋晶片4等電子晶片被高壓電所擊穿。

如「第2圖」所示，為了避免電子電路2受損，電連接器1與電子電路2之間，通常會設置一旁通切換裝置5。如「第2圖」所示者，該旁通切換裝置5係設置於電連接器1及網路晶片之間。該旁通切換裝置5透過一切換機制，在電連接器1之任一腳位承受高於門檻值之高電壓電位時，切換旁通切換裝置5之電性連接關係，使該承受高電壓電位之腳位或是所有腳位接地。前述切換機制使得電連接器1與電子電路2之間暫時形成斷路狀態，從而避免網路晶片3或南橋晶片4等電子晶片被高壓電所擊穿。「第2圖」所示之切換機制的具體實施方式如中華民國M379251號新型專利「具有尖端放電的連接器」所揭露者。M379251號所示之具有尖端放電的連接器係以放電端子作為其旁通切換機制，在電連接器接受高電壓電位時進行尖端放電，避免外部之高電壓電位，例如EMI造成之靜電、雷擊產生之突波直接傳輸至電子電路。

然而，如「第2圖」或M379251號所示之旁通切換機制，其保護效果取決於將特定腳位或全部腳位切換為接地的反應速度。電連接器1承受高電壓電位至旁通切換機制完成將特定腳位或全部腳位切換為接地的過程中，存在一時間差，此一時間差若在外部電流足夠大或是高電壓電位過高時，仍足以對電子電路2造成損害。

習知技術中，電連接器與電子電路之間係以旁通切換機制作為突波隔離機制，該旁通切換機制結構相對複雜，且於突波之瞬間電流過大或是電位過高時仍足以對電子電路造成損害。

鑑於上述問題，本發明提出一種具有突波隔離功能之電連接器總成，係可有效地隔離突波。

本發明之具有突波隔離功能之電連接器總成，用以供一電子電路與外部建立通訊連結，電連接器總成包括一電連接器、至少一數據傳輸線及一直流高通濾波電路。數據傳輸線之一端連接電連接器，且數據傳輸線之另一端用以連接電子電路。直流高通濾波電路具有一頻率門檻值，直流高通濾波電路係供頻率超過頻率門檻值之訊號通過，且數據傳輸線之另一端係分別延伸通過該直流高通濾波電路再連接電子電路。透過直流高通濾波電路之設置，被電連接器所接收且通過數據傳數線之低頻突波係可被濾除，以避免電子電路受到損壞。

本發明透過濾波電容、接地電感、電阻等被動元件之設置，即可達成隔離突波之效果；且被動元件成本低，易整合於小型電路基板上，因此本發明可容易地實施於各種小尺寸電連接器之上。

請參閱「第3圖」所示，為本發明所揭露之具有突波隔離功能之電連接器總成100，設置於一電子裝置，係用以連接一電纜線之電接頭，而使電子裝置之電子電路900電連接該電纜線，從而與另一外部裝置建立通訊連結。電連接器總成100包括一電連接器110、複數個數據傳輸線120及一直流高通濾波電路130。

如「第3圖」所示，電連接器110用以供電接頭插接，透過電連接器110及電接頭之接觸彈片互相接觸，使電連接器110及電接頭之間電性連接。

再參閱「第3圖」所示，各該數據傳輸線120之一端連接電連接器110，各該數據傳輸線120之另一端，係分別延伸通過該直流高通濾波電路130，再連接於電子電路900。透過電接頭、電連接器110及數據傳輸線120，電子電路900可與另一外部裝置建立通訊連結。

該直流高通濾波電路130用以濾除直流、低頻之雜訊。一般而言，靜電、或雷擊產生之突波，為一持續時間極短且為低頻之訊號。

參閱「第4圖」及「第5圖」所示，前述之突波，其振幅約為數千伏特(Volt)，頻率約為1kHz~1MHz，電壓上升時間(Rise Time)約1~10微秒(μs)。「第4圖」及「第5圖」所示者係為一般用於進行雷擊測試所輸入之測試用突波波形。「第4圖」為測試用突波之電壓波形，電壓上升時間(Rise Time)為1.2微秒(μs)，亦即突波開始產生後在第1.2微秒(μs)，電壓可到達最大電壓值之90%，藉以模擬週期極短之突波，而其半衰期(Half Value time，電壓下降至最大電壓值之50%)則為50微秒(μs)。「第5圖」為測試用突波之電流波形，電流上升時間(Rise Time)為10微秒(μs)，亦即突波開始產生後在第10微秒(μs)，電流可到達最大電流值之 90%，藉以模擬週期極短之突波，而其半衰期(Half Value time，電壓下降至最大電壓值之50%)則為700微秒(μs)。

網路電連接器等高速傳輸之電連接器，其傳送速率大多落在10Mb/s至1Gb/s，對應之傳輸訊號之頻率則介於2.5Mhz至125MHz，都遠超過1MHz。因此，直流高通濾波電路130可設定一頻率門檻值，例如1MHz，且只讓頻率超過該頻率門檻值之訊號通過，即可濾除低頻訊號。是以當突波被電連接器110所接收而通過數據傳輸線120之後，該突波係被該直流高通濾波電路130所濾除，僅有原本透過電連接器110輸入之高頻的數據訊號可以通過該直流高通濾波電路130，而傳送至該電子電路900。同樣地，電子電路900反向通過電接頭對外傳送數據訊號也是高頻訊號，因此該對外傳送的數據訊號也可以通過該直流高通濾波電路130，而傳送至外部裝置。

以下以多個實施例，說明直流高通濾波電路130之具體實施方式。

參閱「第6A圖」係為本發明實施方式之第一實施例，具有突波隔離功能之電連接器總成100包括一電連接器110、複數個數據傳輸線120及一直流高通濾波電路。該電連接器總成100用以使電子裝置之電子電路電連接於另一外部裝置而建立通訊連結。所述電子電路之具體實施例至少包含一網路晶片910及一南橋晶片920。

第一實施例之直流高通濾波電路包括一或複數個濾波電容131。濾波電容131之數量係與數據傳輸線120相同，亦即，每一濾波電容131分別對應於一數據傳輸線120，且每一數據傳輸線120係通過其所對應之濾波電容131。因此，電連接器110、每一濾波電容131及電子電路之網路晶片910之間係形成串聯電路。

通過數據傳輸線之數據訊號，係先通過濾波電容131，而對濾波電容131產生充放電效應。當屬於低頻之突波通過濾波電容131時，低頻之突波將被濾波電容131吸收，而無法通過濾波電容131而被濾除。

如前所述，傳輸訊號之頻率介於2.5Mhz至125MHz，因此濾波電容131較佳的電容值範圍為100pF至10μF。以傳輸速率為1Gb/s為例，對應之傳輸訊號之頻率為125Mhz，此時濾波電容131的電容值為100pF時，對125Mhz之傳輸訊號有較低的阻抗，有利於傳輸訊號通過。再以傳輸速率為10Mb/s為例，對應之傳輸訊號之頻率為2.5Mhz，此時濾波電容131的電容值為10μF時，對2.5Mhz之傳輸訊號有較低的阻抗，有利於傳輸訊號通過。亦即，濾波電容131較佳的電容值，取決於其對具有特定頻率之傳輸訊號是否具有最低阻抗。

參閱「第6B圖」係為本發明實施方式之第一實施例之變化例，直流高通濾波電路更包括複數個電阻132。每一該電阻132係設置於一數據傳輸線120上，而與對應之濾波電容131串聯，藉以提升數據傳輸線120之整體阻抗，以降低突波產生之瞬間電流，從而提升濾波電容131濾除突波之效果。

參閱「第7A圖」係為本發明實施方式之第二實施例，具有突波隔離功能之電連接器總成100包括一電連接器110、複數個數據傳輸線120及一直流高通濾波電路。該電連接器總成100用以使電子裝置之電子電路電連接於另一外部裝置而建立通訊連結。所述電子電路之具體實施例至少包含一網路晶片910及一南橋晶片920。

第二實施例之直流高通濾波電路包括一或複數個接地電感133。接地電感133之數量係與數據傳輸線120相同，亦即，每一接地電感133分別對應於一數據傳輸線120。

每一接地電感133之一端，係連接於對應之數據傳輸線120中段，使每一數據傳輸線120係通過其所對應之接地電感133的一端；而每一接地電感133之另一端係電性接地。因此，電連接器110、每一接地電感133及電子電路之網路晶片910之間係形成並聯電路。

通過數據傳輸線之數據訊號，係先通過接地電感133之一端。當屬於低頻之突波通過接地電感133之一端時，低頻之突波將通過接地電感133，使接地電感133對該突波產生接地效應而不會通過數據傳輸線到達電子電路之網路晶片910，因而濾除該低頻之突波。

傳輸訊號之頻率介於2.5Mhz至125MHz，因此接地電感133較佳的感值範圍為680nH至22μH。以傳輸速率為1Gb/s為例，對應之傳輸訊號之頻率為125Mhz，此時接地電感133的感值為680nH時，對125Mhz之傳輸訊號有較高的阻抗，避免傳輸訊號通過接地電感133而進入接地線路。再以傳輸速率為10Mb/s為例，對應之傳輸訊號之頻率為2.5Mhz，此時接地電感133的感值為22μH時，對2.5Mhz之傳輸訊號有較高的阻抗，避免傳輸訊號通過接地電感133而進入接地線路。亦即，接地電感133較佳的感值，取決於其對具有特定頻率之傳輸訊號是否具有最高阻抗。

參閱「第7B圖」係為本發明實施方式之第二實施例之變化例，直流高通濾波電路更包括複數個電阻132。每一該電阻132係設置於一數據傳輸線120上，藉以提升數據傳輸線120之整體阻抗，使突波產生之瞬間電流有較高的比例被分配至接地電感133，從而提升接地電感133濾除突波之效果。

參閱「第8A圖」係為本發明實施方式之第三實施例，具有突波隔離功能之電連接器總成100包括一電連接器110、複數個數據傳輸線120及一直流高通濾波電路。所述電子電路之具體實施例至少包含一網路晶片910及一南橋晶片920。

第三實施例之直流高通濾波電路包括一或複數個濾波電容131、一或複數個接地電感133。第三實施例之直流高通濾波電路複合了串聯電路及並聯電路。

每一濾波電容131分別對應於一數據傳輸線120，且每一數據傳輸線120係通過其所對應之濾波電容131。因此，電連接器110、每一濾波電容131及電子電路之網路晶片910之間係形成串聯電路。

每一數據傳輸線120又分別對應於一接地電感133。每一接地電感133之一端，係連接於對應之數據傳輸線120中段，使每一數據傳輸線120係通過其所對應之接地電感133的一端；而每一接地電感133之另一端係電性接地。因此，電連接器110、每一接地電感133及電子電路之網路晶片910之間係形成並聯電路。

通過數據傳輸線之數據訊號，係先通過接地電感133之一端，使接地電感133對該突波產生接地效應而不會通過數據傳輸線到達電子電路之網路晶片910，因而濾除該低頻之突波。若突波的電流過高，致使突波經過接地電感133濾波效應後仍有高電位，此時的突波仍會通過濾波電容131，而對濾波電容131產生充放電效應，而被濾波電容131吸收，而無法通過濾波電容131而被濾除。

如上所述，突波係分別被接地電感133導引至接地線路，且被濾波電容131所吸收，因此由濾波電容131與接地電感133複合組成之直流高通濾波電路可進一步提升隔離低頻突波之效果。需注意的是，濾波電容131與接地電感133的設置順序並不限於「第8A圖」所示者，亦可改變其先後順序，使通過數據傳輸線之數據訊號先通過濾波電容133，再通過接地電感133之一端。

參閱「第8B圖」係為本發明實施方式之第三實施例之變化例，直流高通濾波電路更包括複數個電阻132。每一該電阻132係設置於一數據傳輸線120上，而與對應之濾波電容131串聯，藉以提升數據傳輸線120之整體阻抗，以降低突波產生之瞬間電流，從而提升濾波電容131及接地電感133濾除突波之效果。

本發明透過濾波電容131、接地電感133、電阻132等被動元件之設置，即可達成隔離突波之效果，使得電子電路中相關的電子晶片，例如網路晶片910或南橋晶片920可以承受更高電壓的外部突波。前述被動元件成本低，且易整合於小型電路基板上，因此本發明可容易地實施於各種小尺寸電連接器之上。

「習知技術」

1‧‧‧電連接器

2‧‧‧電子電路

3‧‧‧網路晶片

4‧‧‧南橋晶片

5‧‧‧旁通切換裝置

「本發明」

100‧‧‧具有突波隔離功能之電連接器總成

110‧‧‧電連接器

120‧‧‧數據傳輸線

130‧‧‧直流高通濾波電路

131‧‧‧濾波電容

132‧‧‧電阻

133‧‧‧接地電感

900‧‧‧電子電路

910‧‧‧網路晶片

920‧‧‧南橋晶片

第1圖為習知技術中，電連接器與電子電路之電路方塊圖。

第2圖為習知技術中，電連接器、旁通切換裝置、電子電路之電路方塊圖。

第3圖為本發明之具有突波隔離功能之電連接器總成連接於電子電路之電路方塊圖。

第4圖為進行雷擊測試所輸入之測試用突波之電壓波形。

第5圖為進行雷擊測試所輸入之測試用突波之電流波形。

第6A、6B圖為本發明第一實施例之具有突波隔離功能之電連接器總成連接於電子電路之電路方塊圖。

第7A、7B圖為本發明第二實施例之具有突波隔離功能之電連接器總成連接於電子電路之電路方塊圖。

第8A、8B圖為本發明第三實施例之具有突波隔離功能之電連接器總成連接於電子電路之電路方塊圖。

100‧‧‧具有突波隔離功能之電連接器總成

110‧‧‧電連接器

120‧‧‧數據傳輸線

131‧‧‧濾波電容

132‧‧‧電阻

910‧‧‧網路晶片

920‧‧‧南橋晶片

Claims (8)

1. 一種具有突波隔離功能之電連接器總成，用以供一電子電路與外部建立通訊連結，該電連接器總成包括：一電連接器；至少一數據傳輸線，該數據傳輸線之一端連接該電連接器，且該數據傳輸線之另一端用以連接該電子電路；及一直流高通濾波電路，包含一濾波電容及一接地電感，具有一頻率門檻值，該直流高通濾波電路係供頻率超過該頻率門檻值之訊號通過，且該數據傳輸線之另一端係分別延伸通過該直流高通濾波電路再連接該電子電路，其中該濾波電容與該電子電路之間係形成一串聯電路，及該接地電感與該電子電路之間係形成一並聯電路。
2. 如請求項1所述之具有突波隔離功能之電連接器總成，其中該頻率門檻值為1MHz。
3. 如請求項1所述之具有突波隔離功能之電連接器總成，其中該濾波電容對應於該數據傳輸線，且該數據傳輸線係通過該濾波電容。
4. 如請求項3所述之具有突波隔離功能之電連接器總成，其中該濾波電容的電容值範圍為100pF至10μF，對應之傳輸速率為1Gb/s至10Mb/s。
5. 如請求項1所述之具有突波隔離功能之電連接器總成，其中該接地電感對應於該數據傳輸線，該接地電感之一端係連接於該數據傳輸線之中段，該接地電感之另一端係電性接地。
6. 如請求項5所述之具有突波隔離功能之電連接器總成，其中該接地電感的感值範圍為680nH至22μH，對應傳輸速率為1Gb/s至10Mb/s。
7. 如請求項1所述之具有突波隔離功能之電連接器總成，其中濾波電容對應於該數據傳輸線，且該數據傳輸線係通過該濾波電容，及該接地電感對應於該數據傳輸線；該接地電感之一端係連接於該數據傳輸線之中段，該接地電感之另一端係電性接地。
8. 5或7所述之具有突波隔離功能之電連接器總成，其中該直流高通濾波電路更包括至少一電阻，設置於該數據傳輸線上。