專利名稱：用于程控?cái)?shù)字交換機(jī)線路接口單元板的過(guò)電壓保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種過(guò)電壓保護(hù)裝置，確切地說(shuō)，涉及一種用于程控?cái)?shù)字交換機(jī)中的輸入/輸出系統(tǒng)的線路接口單元(LIU，Line interface unit)電路板的過(guò)電壓保護(hù)裝置，屬于通信設(shè)備防止雷擊過(guò)電壓的保護(hù)裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從二十世紀(jì)九十年代起，中國(guó)的通信行業(yè)開(kāi)始飛速發(fā)展，瑞典愛(ài)立信(Ericsson)公司生產(chǎn)的AXE-10型程控?cái)?shù)字交換機(jī)被大量引進(jìn)到我國(guó)，在國(guó)內(nèi)電信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著重要作用。如在廣東、廣西、江蘇等地的電信本地網(wǎng)上，AXE-10交換機(jī)一直是廣泛使用的重要交換機(jī)型之一。
但是，根據(jù)AXE-10交換機(jī)連續(xù)多年在國(guó)內(nèi)運(yùn)行的結(jié)果表明，在我國(guó)南方雷電活動(dòng)頻繁的地區(qū)，每年的雷雨季節(jié)期間，都有大量的AXE-10交換機(jī)的線路接口單元(LIU)電路板被雷電、浪涌等過(guò)電壓、過(guò)電流損壞，嚴(yán)重影響通信的正常運(yùn)行，不僅給南方許多省市各級(jí)電信本地網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)工作帶來(lái)了巨大壓力，同時(shí)也造成電話用戶的中斷、監(jiān)控失靈、計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)丟失等故障。
到目前為止，Ericsson設(shè)備制造商已對(duì)該問(wèn)題提出過(guò)多種處理方法，各地通信局站或地面局也曾對(duì)AXE-10交換機(jī)房做過(guò)一些接地防雷的技術(shù)改造工作，但是，上述方法沒(méi)有使問(wèn)題得到有效解決，LIU板的雷害問(wèn)題依然非常突出?，F(xiàn)在，如何切實(shí)解決AXE-10交換機(jī)防止雷電、浪涌等過(guò)電壓、過(guò)電流的問(wèn)題，已經(jīng)引起各級(jí)電信公司及Ericsson公司的重視，成為運(yùn)行維護(hù)工作中亟待解決的難題。
根據(jù)對(duì)廣東電信使用的LIU板被雷擊損壞的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析的情況，LIU板的損壞情況有很典型的共性，即LIU板接口上的驅(qū)動(dòng)/接收器75188/75189被損壞擊穿，這種器件損壞占了被損壞LIU板的87％以上。
根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，LIU板沒(méi)有設(shè)置專用的接口保護(hù)電路，導(dǎo)致LIU板上的接口電路的抗沖擊能力低下，以致在我國(guó)雷電活動(dòng)較為頻繁而激烈的南方地區(qū)(包括廣東、江蘇、廣西等地)使用時(shí)，LIU板的雷害問(wèn)題就變得非常突出。
LIU板的雷害問(wèn)題很大因素可以說(shuō)是LIU板自身抗沖擊能力差，沒(méi)有充分考慮到當(dāng)LIU板使用在雷害頻繁的較惡劣環(huán)境條件下，對(duì)防雷電等過(guò)電壓的防范需要。鑒于LIU板自身抗力不足的原因及其被損壞的共性，如果能夠有針對(duì)性地對(duì)LIU板的接口增加保護(hù)措施，而又不影響其傳輸性能，將成為一種提高LIU板抗力、減少LIU板被雷擊損壞的重要手段。
實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種用于程控?cái)?shù)字交換機(jī)線路接口單元板的過(guò)電壓保護(hù)裝置，該裝置能夠有效增強(qiáng)AXE-10程控?cái)?shù)字交換機(jī)的LIU板抵抗過(guò)電壓的沖擊能力，以減少目前因LIU板自身抗力不足而易被雷電等過(guò)電壓損壞并導(dǎo)致通信中斷、監(jiān)控失靈、計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)丟失等的現(xiàn)象發(fā)生。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于程控?cái)?shù)字交換機(jī)線路接口單元LIU板的過(guò)電壓保護(hù)裝置，包括有機(jī)殼、控制電路路和兩個(gè)輸入輸出接口插座，該兩個(gè)輸入輸出接口插座分別連接LIU板的接口上的驅(qū)動(dòng)器/接收器和監(jiān)控終端PC機(jī)上的RS232接口；其特征在于所述控制電路是在LIU板總線接口驅(qū)動(dòng)器/接收器的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)/接收信號(hào)線與地之間，分別設(shè)有一個(gè)采取旁路到地保護(hù)方式的雙向限壓型保護(hù)電路，用于將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地；該雙向限壓型保護(hù)電路的正向保護(hù)電路是由一個(gè)二極管與一個(gè)瞬態(tài)抑制器件反向串接構(gòu)成，其負(fù)向保護(hù)電路也是由一個(gè)二極管與一個(gè)瞬態(tài)抑制器件反向串接構(gòu)成的。
所述雙向限壓型保護(hù)電路是選用美國(guó)SEMTECH公司生產(chǎn)的SMD表面貼片式雙列8針?lè)浪矐B(tài)過(guò)電壓及靜電保護(hù)器件TVS，其型號(hào)為L(zhǎng)CDA12，每個(gè)芯片能提供2條信號(hào)線的雙向保護(hù)。
所述控制電路是由4個(gè)型號(hào)為L(zhǎng)CDA12器件組成的8路信號(hào)線的雙向旁路保護(hù)電路，其中2個(gè)型號(hào)為L(zhǎng)CDA12芯片分別組成4路驅(qū)動(dòng)信號(hào)線對(duì)地的雙向保護(hù)，2個(gè)型號(hào)為L(zhǎng)CDA12芯片組成4路接收信號(hào)線對(duì)地的雙向保護(hù)。
本實(shí)用新型是一種用于AXE-10程控?cái)?shù)字交換機(jī)中LIU板的過(guò)電壓保護(hù)裝置，該裝置選用的保護(hù)器件必須同時(shí)兼顧防過(guò)電壓特性和傳輸特性，不僅要有良好的防過(guò)電壓能力，還要滿足LIU板接口的數(shù)據(jù)傳輸要求，也要考慮保護(hù)器件的極間電容、漏電流、雷擊能力等多方面的影響，該裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果該裝置既有共模保護(hù)方式(即8路驅(qū)動(dòng)/接收信號(hào)線對(duì)地的保護(hù))外，還間接具有差模保護(hù)(即8路信號(hào)線之間的保護(hù))方式?？惯^(guò)電壓沖擊能力足夠強(qiáng)大，測(cè)試表明，當(dāng)LIU板的接口上安裝本實(shí)用新型后，其組合波(1.2/50μs、8/20μs)沖擊抗力可以由原來(lái)的不足32V增加到1KV。再者，該裝置動(dòng)作電壓低、限制電壓低、響應(yīng)時(shí)間快，傳輸特性好、電容低，插入損耗小(實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為頻率在30kHz～4MHz之間，插損≤0.5dB)，完全不影響LIU板端口數(shù)據(jù)的正常傳輸，通過(guò)插入損耗性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果項(xiàng)目符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，該裝置具有很好的性價(jià)比，成本低廉；且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，安裝便捷，無(wú)需調(diào)試，便于維護(hù)和普及推廣應(yīng)用。
眾所周知，AXE-10交換機(jī)對(duì)安裝機(jī)房的接地防雷措施要比其它機(jī)型有更高的要求。特別是機(jī)房?jī)?nèi)交換設(shè)備與建筑物立柱、橫梁、樓板等構(gòu)件內(nèi)的鋼筋的絕緣可靠性，對(duì)AXE交換機(jī)整個(gè)設(shè)備的防雷作用影響甚大，良好的絕緣措施可使設(shè)備的防雷抗力明顯提高。但是，由于廣東乃至全國(guó)的AXE-10交換設(shè)備的機(jī)房，幾乎都沒(méi)有在安裝時(shí)采取特別的絕緣措施，而且電信、移動(dòng)及尋呼等通信設(shè)備大都共址而建，各種設(shè)備錯(cuò)綜復(fù)雜，要重新進(jìn)行接地防雷和絕緣措施等基礎(chǔ)改造，不僅工程和費(fèi)用巨大，而且難度也非常大，甚至根本就不可能實(shí)現(xiàn)。因此，針對(duì)AXE-10交換機(jī)LIU板的損壞特點(diǎn)，本實(shí)用新型針對(duì)性地在LIU板與PC機(jī)RS232的連接接口上增設(shè)保護(hù)電路措施，是一種成本低、見(jiàn)效快、易推廣使用的好方法，具有很好的應(yīng)用前景。


圖1是本實(shí)用新型在LIU板上使用TVS器件作為旁路保護(hù)電路的原理圖。
圖2是本實(shí)用新型的控制電路電原理圖。
圖3是本實(shí)用新型的雷擊抗力測(cè)試電路的示意圖具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
根據(jù)分析，LIU板的損壞基本上表現(xiàn)為L(zhǎng)IU板接口上的驅(qū)動(dòng)/接收器75188/75189的信號(hào)線對(duì)地短路，即被擊穿損壞。損壞原因是雷擊發(fā)生時(shí)，LIU板接口與PC機(jī)監(jiān)控終端相連的電纜上出現(xiàn)過(guò)高的電位差(即過(guò)電壓)，導(dǎo)致接口電路被過(guò)電壓損壞。因此，如果在LIU板接口上的驅(qū)動(dòng)/接收信號(hào)線與地之間，通過(guò)增加合適的限壓型保護(hù)電路，削弱或消除LIU板接口上的過(guò)電壓，將有利于提高LIU板上的抗沖擊能力。
由于LIU板的接口是藉由雙絞線電纜與監(jiān)控終端PC機(jī)的RS232接口相連接，所以在LIU板的輸出/輸入接口上安裝保護(hù)電路，可以提高LIU板的接口驅(qū)動(dòng)/接收器的抗沖擊能力。本實(shí)用新型正是從這個(gè)角度出發(fā)設(shè)計(jì)的一種用于AXE-10交換機(jī)上的LIU板的過(guò)電壓保護(hù)裝置。
LIU板所在的輸入/輸出硬件系統(tǒng)IOG是AXE-10交換機(jī)的重要組成部件，用于提供許多重要信息(包括計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)、監(jiān)控和告警信息、備份數(shù)據(jù)、人機(jī)命令等)的輸入輸出。LIU板在IOG系統(tǒng)中為各種外設(shè)終端(如網(wǎng)管維護(hù)終端、112測(cè)試終端、打印機(jī)、告警終端等)提供實(shí)時(shí)監(jiān)控所需的網(wǎng)絡(luò)接口，使維護(hù)人員能夠在本地和遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)對(duì)交換設(shè)備的實(shí)施監(jiān)控和維護(hù)操作。
由于LIU板上的接口為系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)接口，工作速率快、頻率高，因此，在設(shè)計(jì)LIU板過(guò)壓保護(hù)裝置時(shí)，必須滿足接口電路的下列性能要求1、傳輸要求過(guò)壓保護(hù)裝置在使用時(shí)是并接在LIU板的接口上，必須不能影響數(shù)據(jù)傳輸為前提；
2、插入損耗過(guò)壓保護(hù)裝置的插入損耗要足夠小，116kb以內(nèi)應(yīng)小于0.5dB；3、工作速率LIU板接口的最大速率可達(dá)116kb/s，因此，過(guò)壓保護(hù)電路至少應(yīng)能適用116kb/s的工作速率要求；4、雷擊抗力該過(guò)壓保護(hù)裝置應(yīng)至少能承受±5次、1.6KV/50A的組合波(1.2/50μs、8/20μs，其中特性阻抗Rf＝32Ω)的沖擊而不被損壞；5、EFT(快速瞬變脈沖群)抗力過(guò)壓保護(hù)裝置應(yīng)能承受2KV、2.5kHz，持續(xù)時(shí)間不小于1min的沖擊；6、ESD(靜電放電)接觸放電6KV，空氣放電8KV；7、保護(hù)器件該過(guò)壓保護(hù)裝置的器件極間電容≤100pF，抗力滿足上述4、5、6條的要求；8、保護(hù)方式該過(guò)壓保護(hù)裝置能夠?qū)IU板接口的全部8路信號(hào)線與地之間執(zhí)行雙向保護(hù)；9、物理接口該過(guò)壓保護(hù)裝置的轉(zhuǎn)接插頭應(yīng)符合PC機(jī)的RS232接口的連接要求；LIU板接口的損壞主要原因是共模過(guò)電壓使得信號(hào)線對(duì)地?fù)舸?，考慮到LIU板與PC機(jī)監(jiān)控終端之間的連接電纜不可避免地存在一定的接觸電阻，當(dāng)雷電、浪涌等過(guò)電壓出現(xiàn)時(shí)，連接電纜之間的共模過(guò)電壓將更嚴(yán)重。因此，為了有效保護(hù)好LIU板的接口電路，并滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，本?shí)用新型在LIU板的每個(gè)接口上的驅(qū)動(dòng)器/接收器與地之間都并接一個(gè)采用低電容效應(yīng)的瞬態(tài)抑制器件TVS(Transient Voltage Suppressor)組成的旁路保護(hù)電路是一種比較理想的保護(hù)措施，該旁路保護(hù)電路能夠?qū)⑽：π缘乃矐B(tài)能量旁路到大地。
參見(jiàn)圖1，介紹本實(shí)用新型的保護(hù)原理。LIU板上的接口1是一種使用型號(hào)為75188/75189芯片組并滿足V.28(EIA-RS232)標(biāo)準(zhǔn)的不平衡雙流傳輸接口。該接口共有8路信號(hào)線，其中4路為驅(qū)動(dòng)信號(hào)線(即圖中左側(cè)上面的2對(duì)驅(qū)動(dòng)器)，4路為接收信號(hào)線(即圖中左側(cè)下面的2對(duì)接收器)。本實(shí)用新型保護(hù)電路的機(jī)理是在LIU板的接口1的驅(qū)動(dòng)器/接收器的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)/接收信號(hào)線與地之間，分別設(shè)有一個(gè)采取旁路到地保護(hù)方式的雙向限壓型保護(hù)電路，用于將接口上產(chǎn)生的危害性的瞬態(tài)能量迅即旁路到大地；該雙向限壓型保護(hù)電路的正向保護(hù)電路是由一個(gè)二極管與一個(gè)瞬態(tài)抑制器件反向串接構(gòu)成，其負(fù)向保護(hù)電路也是由一個(gè)二極管與一個(gè)瞬態(tài)抑制器件反向串接構(gòu)成的。圖中2是監(jiān)控終端PC機(jī)的RS232接口。
本實(shí)用新型的接口旁路保護(hù)電路，必須兼顧器件的防過(guò)電壓特性和傳輸特性，不僅具有良好的防過(guò)電壓能力，又能滿足LIU板接口的數(shù)據(jù)傳輸要求；還要考慮保護(hù)器件的極間電容、漏電流、雷擊能力等影響。綜合上述各個(gè)因素，最后選擇美國(guó)SEMTECH公司生產(chǎn)的SMD(Surface Mount Device)表面貼片式雙列8針?lè)浪矐B(tài)過(guò)電壓及靜電保護(hù)器件TVS，其型號(hào)為L(zhǎng)CDA12。該芯片能夠提供2條信號(hào)線的雙向過(guò)壓保護(hù)，非常適合于高速數(shù)據(jù)接口的保護(hù)使用。該器件特性簡(jiǎn)介如下動(dòng)作電壓12V(1mA電流下)，限制電壓15V～19V(8/20μs，IPP＝1～5A)，漏電流≤20μA(測(cè)試電壓為12V)，極間電容≤5pF(零偏置、頻率為1MHz條件下)，ESD靜電防護(hù)水平(IEC61000-4-2)15KV(空氣放電)(IEC61000-4-2)，EFT快速瞬變脈沖群能力(IEC61000-4-4)40A(5/50ns)，雷擊能力(IEC61000-4-5)組合波沖擊下1.0KV(Rf＝42Ω)；8/20μs電流波沖擊下24A；保護(hù)方式可靈活組合單向保護(hù)使用時(shí)，可提供4線保護(hù)；雙向保護(hù)使用時(shí)，可提供2線保護(hù)。
參見(jiàn)圖2，介紹本實(shí)用新型的電原理圖。該裝置控制電路是由4個(gè)型號(hào)為L(zhǎng)CDA12器件組成的8路信號(hào)線的雙向保護(hù)電路，其中2個(gè)LCDA12型號(hào)芯片分別組成4路驅(qū)動(dòng)信號(hào)線對(duì)地的雙向保護(hù)，2個(gè)LCDA12型號(hào)芯片組成4路接收信號(hào)線對(duì)地的雙向保護(hù)。
本實(shí)用新型已經(jīng)試制出樣品，并在實(shí)驗(yàn)室和廣東省內(nèi)的機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了包括雷擊抗力、插入損耗性能的各種測(cè)試。下面簡(jiǎn)要介紹測(cè)試情況和試驗(yàn)結(jié)果。
本實(shí)用新型的雷擊抗力測(cè)試電路如圖3所示。下面的表格是安裝本實(shí)用新型保護(hù)裝置前后采用該測(cè)試電路進(jìn)行LIU板雷擊抗力的對(duì)比測(cè)試結(jié)果情況

本實(shí)用新型進(jìn)行插入損耗測(cè)試的結(jié)果情況如下表所示。

檢驗(yàn)結(jié)果完全符合公安部GA173-2002標(biāo)準(zhǔn)的要求，完全可用于實(shí)際使用。
因此，本實(shí)用新型的測(cè)試試驗(yàn)是成功的，實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。
權(quán)利要求1.一種用于程控?cái)?shù)字交換機(jī)線路接口單元LIU板的過(guò)電壓保護(hù)裝置，包括有機(jī)殼、控制電路和兩個(gè)輸入輸出接口插座，該兩個(gè)輸入輸出接口插座分別連接LIU板的接口上的驅(qū)動(dòng)器/接收器和監(jiān)控終端PC機(jī)上的RS232接口；其特征在于所述控制電路是在LIU板總線接口驅(qū)動(dòng)器/接收器的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)/接收信號(hào)線與地之間，分別設(shè)有一個(gè)采取旁路到地保護(hù)方式的雙向限壓型保護(hù)電路，以將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地；該雙向限壓型保護(hù)電路的正向保護(hù)電路是由一個(gè)二極管與一個(gè)瞬態(tài)抑制器件反向串接構(gòu)成，其負(fù)向保護(hù)電路也是由一個(gè)二極管與一個(gè)瞬態(tài)抑制器件反向串接構(gòu)成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于程控?cái)?shù)字交換機(jī)線路接口單元LIU板的過(guò)電壓保護(hù)裝置，其特征在于所述雙向限壓型保護(hù)電路是選用美國(guó)SEMTECH公司生產(chǎn)的SMD表面貼片式雙列8針?lè)浪矐B(tài)過(guò)電壓及靜電保護(hù)器件TVS，其型號(hào)為L(zhǎng)CDA12，每個(gè)芯片能提供2條信號(hào)線的雙向保護(hù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于程控?cái)?shù)字交換機(jī)線路接口單元LIU板的過(guò)電壓保護(hù)裝置，其特征在于所述控制電路是由4個(gè)型號(hào)為L(zhǎng)CDA12器件組成的8路信號(hào)線的雙向旁路保護(hù)電路，其中2個(gè)型號(hào)為L(zhǎng)CDA12芯片分別組成4路驅(qū)動(dòng)信號(hào)線對(duì)地的雙向保護(hù)，2個(gè)型號(hào)為L(zhǎng)CDA12芯片組成4路接收信號(hào)線對(duì)地的雙向保護(hù)。
專利摘要一種用于程控?cái)?shù)字交換機(jī)線路接口單元LIU板的過(guò)電壓保護(hù)裝置，由機(jī)殼、控制電路和兩個(gè)輸入輸出接口插座組成，兩個(gè)接口插座分別連接LIU板的接口上的驅(qū)動(dòng)器/接收器和監(jiān)控終端PC機(jī)上的RS232接口，控制電路是采用美國(guó)SEMTECH公司的型號(hào)LCDA12的低電容效應(yīng)瞬態(tài)抑制器件TVS組成的旁路保護(hù)電路，該旁路保護(hù)電路并接在LIU板的接口驅(qū)動(dòng)器/接收器的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)/接收信號(hào)線與地之間，以將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地。該裝置有效增強(qiáng)AXE－10交換機(jī)的LIU板抵抗過(guò)電壓的沖擊能力，減少因LIU板自身抗力不足而易被雷電等過(guò)電壓損壞并導(dǎo)致通信中斷、監(jiān)控失靈、計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)丟失等的現(xiàn)象發(fā)生。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，安裝便捷，無(wú)需調(diào)試，且性價(jià)比高，成本低廉，便于維護(hù)和普及推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02H9/04GK2859888SQ20052011856
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者羅森文, 馮明玲, 林瑞清 申請(qǐng)人:廣東省電信有限公司研究院