專利名稱：全通道雙向抑制多層防雷墻視音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種全通道雙向抑制多層防雷墻碎見(jiàn)音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)，屬電 子4支術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
視頻光端機(jī)在中國(guó)的發(fā)展是伴隨著監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展開(kāi)始的。早期的模擬光 端機(jī)主要是采用模擬調(diào)頻、諷幅、調(diào)相的方式將基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)等信 號(hào)調(diào)制到光上傳輸，對(duì)于日益發(fā)展的市場(chǎng)需求，模擬光端機(jī)由于固有的易串?dāng)_、 易衰減、易老化，及低帶寬利用率的制約，m難滿足大容量、多業(yè)務(wù)的傳輸要 求。隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，敖字光端機(jī)開(kāi)始走向了市場(chǎng)及行業(yè)的應(yīng)用，并逐漸 成熟起來(lái)。早期它的應(yīng)用范閨有限，覆蓋區(qū)域小，分布的點(diǎn)少，鋪設(shè)線纜短， 防雷問(wèn)題并不突出，而如今，它已廣泛的應(yīng)用于高速公路、金融系統(tǒng)、軍事、 交通監(jiān)控以及大型廠礦、學(xué)校、樓宇等公共場(chǎng)所的監(jiān)控系統(tǒng)中，分布的點(diǎn)多， 面廣，線長(zhǎng)，室外布線由幾百米到上百公里不等，而且分布的區(qū)域通常既有強(qiáng) 電設(shè)備，又有大量的監(jiān)控、通信、傳感等弱電設(shè)備，有時(shí)甚至安裝在曠野或山 嶺的高架桿上，速些都是易遭雷擊或雷電感應(yīng)的薄弱點(diǎn)，遭雷擊的機(jī)會(huì)非常多。 眾所周知，雷電具有極大的破壞性，其電壓高達(dá)數(shù)百萬(wàn)伏，瞬間電流可高達(dá)數(shù) 十萬(wàn)安培。而以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的視頻光端機(jī)等精細(xì)電子設(shè)備高集成、高密 度的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了—它應(yīng)在特定的電壓、電流范圍內(nèi)工作。當(dāng)雷電浪涌 超出設(shè)備的承受水平時(shí)，就可能出現(xiàn)芯片被損壞、部件提前老化、可靠性昧低
等現(xiàn)象。因此，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)將雷電災(zāi)害稱為"信息時(shí)代的公害"。 由于安防監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中部分前端視頻光端機(jī)(用于連接室外監(jiān)控?cái)z像頭的發(fā)射端光端機(jī))設(shè)計(jì)為室外安裝方式，并且很多光端機(jī)的連接電纜和光纜為 室外架空方式或埋地方式。所以雷電波有多種侵入方式，不僅要面臨直擊雷的 攻擊，還有通過(guò)多種線纜管道的傳導(dǎo)雷，空間輻射耦合的感應(yīng)雷攻擊，雷電的 侵襲真是無(wú)孔不入，因此枧頻光端機(jī)防雷是綜合性的系統(tǒng)工程，所采取妁技術(shù) 措施也是多方面的。任何單一的防護(hù)措施，其效果都是有限的。
現(xiàn)代綜合防雷主要采用三級(jí)防護(hù)的原則
(1) 將絕大部分雷電流直接^入地卞基礎(chǔ)接地裝置泄歉；
(2) 阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)、信號(hào)線引入的過(guò)電壓；
(3 )限制被保護(hù)設(shè)備上浪滴過(guò)電壓幅值(過(guò)電壓保護(hù))。 這三道防線，缺一不可，相互配合，各行其責(zé)。目前通常主要技術(shù)措施是 以下五點(diǎn)
(1) 攔截最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法仍然是避雷針(避雷帶、避雷網(wǎng))法。
(2) 屏蔽屏蔽是防止任何形式電磁干擾的基本手段之一。屏蔽的目的， 一是限制某一區(qū)域內(nèi)部的電磁能量向外傳播，二是防止或降低外界電磁輻射能 量向被保護(hù)的空間傳播。
(3) 等電位連接把所有導(dǎo)體相互做良好的導(dǎo)電性連接，并與接地系統(tǒng)連 通。其作用， 一是為雷電流提供低阻抗的連續(xù)通道，使其迅速導(dǎo)入大地泄放。 二是使系統(tǒng)各部分不產(chǎn)生足以致?lián)p的電位差，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備和人身安全的 目的。
(4) 分流:將雷電流能量向大地泄放過(guò)程中應(yīng)符合層次性原則。層次性就 是按照所劃分的防雷保護(hù)區(qū)對(duì)雷電能量分級(jí)泄放。盡可能多、盡可能快的將多 余能量在引入信息系統(tǒng)之前泄itX地。
(5 )接地接地是分流和泄放直擊雷和雷電電磁干擾能量的最有效的手段之一，也是電位均衡補(bǔ)償系統(tǒng)J^出。沒(méi)有良好的接地系統(tǒng)或者接地不良的避雷
設(shè)施會(huì)成為引雷入室的禍患；避雷裝置接地不好，還提供了雷電電磁脈沖對(duì)電 氣和電子設(shè)備產(chǎn)生電感性、電容性耦合干擾的機(jī)會(huì)。
雖然多級(jí)防護(hù)，逐級(jí)泄放的原則已經(jīng)較為全面的指導(dǎo)了現(xiàn)在的防雷設(shè)計(jì)和 工程施工，但是在視頻光端機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，由于早期人們對(duì)雷電的危害認(rèn)識(shí)有限， 防雷問(wèn)題沒(méi)有得到足夠的重視，而且實(shí)際應(yīng)用中架空安裝的需求，以及安裝空 間的制約，片面的追求設(shè)備的小型化，沒(méi)有將防雷保護(hù)等包含在基礎(chǔ)設(shè)備中， 即使部分用戶單獨(dú)配置了防雷器件，也很難達(dá)到理想的防雷效果。
首先，防雷器和被保護(hù)設(shè)備為分離設(shè)備，理想的防雷產(chǎn)品應(yīng)該是一個(gè)小型、 緊湊并且能夠最形巨離的安裝在被保護(hù)設(shè)備周圍。然而現(xiàn)有的防雷器通常體積 較大，由此帶來(lái)的負(fù)面影響是，尺寸越大，它固有的內(nèi)部線路電感就越大，同 時(shí)由于空間制約，體積較大，也不便于安裝在靠近被保護(hù)設(shè)備的附近，因此需 要安裝較長(zhǎng)的連接線，連接線本身也有電感。瞬時(shí)大能量浪涌襲擊時(shí)，防雷器 引線產(chǎn)生的電感是不容忽略的。內(nèi)部電感和連線電感越大，對(duì)防護(hù)系統(tǒng)的限制 水平的不良影響也就越大。，如果防雷器到被保護(hù)設(shè)備的引線不足夠短，是很 難起到良好的防雷擊浪涌的效果的。
其次，不同的系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)配置、工作電壓、工作頻率、傳輸速率及阻抗 等均有很大差別。因此，它們所要求的防雷技術(shù)方案也不同。由于采用分級(jí)保 護(hù)，各級(jí)間的殘壓控制和響應(yīng)時(shí)間控制對(duì)于工程人員也是一個(gè)難點(diǎn)。有時(shí)末級(jí) 保護(hù)損壞，而前一級(jí)保護(hù)還未動(dòng)作，或前一級(jí)的殘壓過(guò)大，導(dǎo)致末級(jí)損壞，這 時(shí)的防雷措施形同虛設(shè)。
實(shí)用新型內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實(shí)用新型提供了 一種全通道雙向抑制多層防雷墻視音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)，以實(shí)現(xiàn)光端機(jī)的全面防雷保護(hù)。
本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是 一種全通道雙向抑制多層防雷墻 一見(jiàn)音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)，包括接口單元和與所述接P單元連接的若干接口轉(zhuǎn)換電 路，其特征在于所述接口單元和各接口轉(zhuǎn)換電路之間的連接線路上分別設(shè)有與 各接口轉(zhuǎn)換電路對(duì)應(yīng)的接O防雷保護(hù)電路。
所述各接口防雷保護(hù)電路均包括前后兩級(jí)保護(hù)電路。
所述接口電路包括視頻接口轉(zhuǎn)換電路、音頻接口轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換 電路和以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換電路，所述視頻接口轉(zhuǎn)換電路與接口單元之間連接線路 上的接口防雷保護(hù)電路為視頻接口防雷保護(hù)電路，所述音頻接口轉(zhuǎn)換電路與接 口單元之間連接錢(qián)路上的接口防雷保護(hù)電路為音頻接口防雷保護(hù)電路，所述數(shù) 據(jù)接口轉(zhuǎn)換電路與接口單元之間連接線路上的接口防雷保護(hù)電路為數(shù)據(jù)接口 防雷保護(hù)電路，所迷以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換電路與接口單元之間連接線路上的接口防 雷保護(hù)電路為以太網(wǎng)接口防雷保護(hù)電路。
所述音頻接口防雷保護(hù)電路和視頻接口防雷保護(hù)電路中的一級(jí)保護(hù)電路 均包括一個(gè)跨接在信號(hào)線和保護(hù)地之間的氣體放電管，該氣體放電管的后面還 設(shè)有一個(gè)跨接在信號(hào)線和保護(hù)地之間的'間隙放電裝置，二級(jí)保護(hù)電路均包括兩 個(gè)并列跨接在兩信號(hào)線之間的放電支路，這些放電支路均由二極管和瞬變管串 聯(lián)而成。
所述間隙;改電裝置由兩片矩形銅箔構(gòu)成，兩銅箔的尖端相對(duì)，其中一片矩 形銅箔連接信號(hào)線，另一片矩形銅箔連接保護(hù)地。
所述數(shù)據(jù)接口防雷保護(hù)電路中的一級(jí)保護(hù)電路包括前后并列跨接在兩數(shù) 據(jù)線之間的一個(gè)二級(jí)氣體放電管和一個(gè)三極氣體放電管，其中所迷三極氣體放 電管的中間引腳連接保護(hù)地，二級(jí)保護(hù)電路為跨接在兩數(shù)據(jù)線之間的具有三只引腳的瞬態(tài)電壓抑制器件，該瞬態(tài)電壓抑制器件由瞬變管組成，其第三只引腳 連接保護(hù)地。
所述兩數(shù)據(jù)線在其與所述三極氣體放電管和所述瞬態(tài)電壓抑制器件的連 接部位之間均串接有自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，所述數(shù)據(jù)接口電路還設(shè)有獨(dú)立的或集成在 接口電路芯片上的光耦合電路。
所述以太網(wǎng)接口防雷保護(hù)電路分為發(fā)送接口防雷保護(hù)電路和接收接口防 雷保護(hù)電路兩部分，所迷發(fā)送接口防雷保護(hù)電路和所述接收端口防雷保護(hù)電路 中的一級(jí)保護(hù)電路由瞬態(tài)電壓抑制器件構(gòu)成，該瞬態(tài)電壓抑制器件由瞬變管組 成，其兩端的引腳分別通過(guò)兩并列反向的二極管連接兩信號(hào)線，中間的引腳連 接保護(hù)地，二級(jí)保護(hù)電路包括兩個(gè)并列跨接在兩信號(hào)線之間的放電支路，這些 放電支路均由二極管和瞬變管串聯(lián)而成。
該光端機(jī)的電源電路前面設(shè)有電源接口防雷保護(hù)電路，所述電源接口防雷 保護(hù)電路包括分級(jí)前后兩級(jí)保護(hù)電路，其中的 一級(jí)保護(hù)電路包括相互串聯(lián)的一 個(gè)過(guò)流保險(xiǎn)絲和一個(gè)壓敏電阻，其中所述的過(guò)流保險(xiǎn)絲連接電源線，所述壓敏 電阻連接電源地，二級(jí)保護(hù)電路包括過(guò)流保險(xiǎn)絲、壓敏電阻和半導(dǎo)體放電元件， 其中所述過(guò)流保險(xiǎn)絲一端連接電源線，另 一端與所述壓敏電阻和所述半導(dǎo)體放 電元件一端相連，所述壓敏電阻和所述半導(dǎo)體》文電元件的另一端連接電源地。
所述電源接口防雷保護(hù)電路的一級(jí)保護(hù)電路還包括一個(gè)跨接于電源地和 保護(hù)地之間的氣體放電管，該氣體放電管與電源地的連接部位為該一級(jí)保護(hù)電 路上的壓敏電阻與該電源地的連接部位，二級(jí)保護(hù)電路也包括一個(gè)跨接于電源 地和保護(hù)地之間的氣體放電管，該氣體放電管與電源地的連接部位為該二級(jí)保 護(hù)電路上的壓敏電阻與該電源地的連接部位，所述電源線在其與該一級(jí)保護(hù)電 路上的過(guò)流保險(xiǎn)絲連接點(diǎn)和與該二級(jí)保護(hù)電路上的過(guò)濾保險(xiǎn)絲連接點(diǎn)之間串接有電感元件。
本實(shí)用新型的有益效菜是依據(jù)多級(jí)防護(hù)、逐級(jí)泄放的原則和備接口轉(zhuǎn)換 電路的特點(diǎn)，合理地設(shè)置了M口防雷保護(hù)電路的具體結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)正負(fù)ita 過(guò)流的雙向抑制和對(duì)內(nèi)外部干擾擾動(dòng)的雙向抑制，實(shí)現(xiàn)了全通道的全面保護(hù)。

圖l是本實(shí)胃新型的總體結(jié)構(gòu)示意框圖； 圖2是本實(shí)用新型電源接口防雷保護(hù)電路的原理圖； 圖3是本實(shí)用新型數(shù)據(jù)接口防雷保護(hù)電路的原理圖； 困4是本實(shí)用新型視頻接口防雷保護(hù)電路和音頻接口防雷保護(hù)電路的原 理圖5是實(shí)用新型以太網(wǎng)接口防雷保護(hù)電路的原理圖。
具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1-5,視頻光端機(jī)從功能模塊上劃分，主要包括接口單元，M 口的保護(hù)電路，接口轉(zhuǎn)換電路，復(fù)用/解復(fù)用單元，高速串行/解串單元，光接 口單元，以及電源部分和時(shí)鐘單元這幾個(gè)組成郜分。本專利重點(diǎn)在電源和各通 信接口的保護(hù)部分。
要實(shí)現(xiàn)全面的保護(hù)， 一方面必須進(jìn)行全通道防雷。視頻光端機(jī)的業(yè)務(wù)接口 非常豐富，包括^L頻、音頻、數(shù)據(jù)、以太等，信號(hào)來(lái)源路徑增多，系統(tǒng)也就更 容易遭受雷電波侵入。浪涌電壓電流不僅可以從電源線，也可以從各種信號(hào)線 纜竄入光端機(jī)內(nèi)部，干擾通信設(shè)備的正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)p壞設(shè)備。 一方 面由于光端機(jī)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度集成化(VLSI芯片)，從而造成設(shè)備耐壓、耐 過(guò)電流的水平下降，對(duì)雷電(包括感應(yīng)雷及操作過(guò)電壓浪涌)的承受能力下降， 所以接口的防雷保護(hù)必須引起廣泛的關(guān)注和重視。除了阻止浩著各種接口的管道線纜進(jìn)入設(shè)備的雷電浪涌，根據(jù)光端機(jī)的特殊應(yīng)用環(huán)境，很大一部分視頻前 端設(shè)備及通信線纜架設(shè)在戶外，還要防止直擊雷的危害。
要實(shí)現(xiàn)全面的保護(hù)，另一方面還要進(jìn)行雙向抑制。這里的雙向抑制有兩方
面的含義， 一是雙向包含了正過(guò)壓脈沖干擾，和負(fù)過(guò)壓脈沖千擾；另一方面雙 向包含了外部千擾，和內(nèi)部擾動(dòng)。
要實(shí)現(xiàn)全面的保護(hù)，還有一個(gè)重要的指導(dǎo)原則多級(jí)防護(hù)，逐級(jí)泄放。 電源接口防雷保護(hù)電路主要可參見(jiàn)圖2。光端機(jī)供電由電力線網(wǎng)輸入，電 網(wǎng)綿延千里，不論是雷擊還是線路浪涌發(fā)生的幾率都很高。直擊雷擊中高壓電 力線路，經(jīng)過(guò)變壓器耦合到22(H犬工作電壓，最后經(jīng)過(guò)交直流供電轉(zhuǎn)換模塊入 侵光端機(jī)電源接口；另外低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應(yīng)雷過(guò)電壓。在 220伏電源線上出現(xiàn)的雷電過(guò)電壓平均可達(dá)10000伏，這種瞬態(tài)的過(guò)電壓足以 對(duì)光端才;iit成毀滅性的威脅。采用防雷保護(hù)方案，不〗叉能〗呆護(hù)i殳備，減小雷擊 損壞的概率，迷能凈化電源，濾除毛刺尖峰干擾，提高系統(tǒng)可靠性，并能延長(zhǎng) 設(shè)備使用壽命。
對(duì)電源端口的保護(hù)，本實(shí)用新型采用了兩級(jí)保護(hù)方案，第一級(jí)采用過(guò)流保 險(xiǎn)絲和壓敏電阻的組合:壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件，并聯(lián)在供電線路上， 電路設(shè)計(jì)中，壓敏電阻的壓敏電壓是應(yīng)當(dāng)慎重考慮的，由于本電路中，電源為 12V直流輸入，為了保證壓敏電阻在電路應(yīng)用中，有足夠的安全裕度，壓敏電 壓的選值定為20V。利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的 離極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個(gè)相對(duì)國(guó)定的20V左右的電壓范圍內(nèi)、 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。壓敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是通流容量大，反應(yīng)迅速，但鉗 位精度不高，當(dāng)瞬時(shí)浪涌襲擊時(shí)，電源線和地線之間的大壓大幅抬升，壓敏電 阻迅速作用，泄放大部分浪涌能量到電源地線上，在電源地與保護(hù)地之間跨接一個(gè)詢資氣體放電管，作為能量泄放的通路，壓敏電阻的失效模式主要是短 路，較強(qiáng)的瞬態(tài)過(guò)電壓使電阻體穿孔或老化使薄弱點(diǎn)電阻體材料融化，造成短 路，從而形成高熱起火。當(dāng)然也會(huì)出現(xiàn)當(dāng)通過(guò)的過(guò)電流太大時(shí)，造成閥片被炸 裂而開(kāi)路的情況。失效模式為開(kāi)路時(shí)，后果是設(shè)備不能工作，但是失效模式為 短路時(shí)，除了設(shè)備無(wú)法正常工作，還會(huì)帶來(lái)火災(zāi)的隱患，后果是非常嚴(yán)重的， 為了避免這種情況，本電路中與壓敏電阻串聯(lián)一個(gè)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，保險(xiǎn)絲屬熱 敏型器件，反應(yīng)速度較慢， 一般在毫秒級(jí)，所以在雷擊瞬態(tài)，它是不起作用的， 應(yīng)用的目的主要是防止設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)短路或持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的過(guò)流情況，及時(shí)斷 開(kāi)線路上的短路負(fù)載或過(guò)流負(fù)載，防止電氣火災(zāi)及保證設(shè)備的安全特性。保險(xiǎn)
絲的選型要考慮線路的實(shí)際負(fù)載情況，滿負(fù)載時(shí)，光端機(jī)工作電流約為1A， 選擇保險(xiǎn)絲得額定電流為2. 5A，為負(fù)載切換時(shí)瞬時(shí)的電壓電流波動(dòng)留有足夠 的裕量，保證設(shè)備正常工作。
第二級(jí)的保護(hù)與第一級(jí)有相似之處，目的是用分級(jí)泄^L的方式削弱殘壓， 不同之處，在于這一級(jí)增加了一個(gè)半導(dǎo)體放電管SMBJ15A，半導(dǎo)體放電管的優(yōu) 點(diǎn)是鉗位精度高，但是通流容量小，與壓敏電阻并接在一起，正好形成互補(bǔ)， 既能保證末端的電壓精確控制，又能提供較大的通流容量。
兩極保護(hù)之間串接一個(gè)電感元件，既起到隔離的作用，又能保證讓第一級(jí) 起到粗保護(hù)的作用，浪涌到來(lái)時(shí)，第一級(jí)先作用，泄放大部分的能量，殘壓經(jīng) 過(guò)電感進(jìn)一步削弱后，才到達(dá)第二級(jí)做精細(xì)保護(hù)，將電壓鉗制在正常的工作電 壓范圍內(nèi)。
數(shù)據(jù)接口防雷保護(hù)電路主要可參見(jiàn)圖3。云臺(tái)控制數(shù)據(jù)一般與監(jiān)控?cái)z像機(jī) 相連，多曝露于室外，接口類型多為RS485模式，RS485的共模工作電壓范圍 為-7V至+12V之間，對(duì)共模干擾敏感，如果沒(méi)有良好的保護(hù)，輕則影響設(shè)備通
12信的穩(wěn)定性，重則損壞通信接口。所以云臺(tái)控制數(shù)據(jù)的端口保護(hù)也是非常重要 的。
第一級(jí)防護(hù)為相，保護(hù)，首先考慮其耐壓耐流能力。這里選用開(kāi)關(guān)型的氣體
放電管，本方案中選擇陶瓷氣體放電管2RM250M-5來(lái)進(jìn)行差模保護(hù)，選用 3RM250L-6來(lái)進(jìn)行共模保護(hù)。氣體放電管的主要特點(diǎn)是漏電流小，通流容量大， 器件極間電容量小，通常小于2pF，所以對(duì)線路影響很小，不僅有利于浪涌電 壓的迅速泄放，而且也使器件功耗大大降低。但是缺點(diǎn)是器件擊穿后的殘壓較 高，約有2一4KV，而且反應(yīng)時(shí)間較慢，為微秒級(jí)，并且動(dòng)作電壓精度不高，所 以通常用在通信i殳備防雷保護(hù)的第一級(jí)，來(lái)承受較大的浪涌電流。
第二級(jí)防護(hù)選擇自恢復(fù)保險(xiǎn)絲和瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)的組合配置。TVS 為限壓型元件，它的工作原理是在浪涌電壓達(dá)到擊穿電壓后，為浪涌電壓提供 一條低阻的ET流通路到地，而保持其兩端電壓維持在擊穿電壓上不再上升，以 鉗位的方式提供保護(hù)。TVS的優(yōu)點(diǎn)是殘壓低，動(dòng)作精度高，反應(yīng)時(shí)間快，小于 1納秒，而且其為固體原件，長(zhǎng)期使用時(shí)電氣^比較一致。但缺點(diǎn)是耐流能 力差，通流容量小，一般只有幾百安培。所以通常用于通信i殳備的次級(jí)保護(hù)， 提供精細(xì)保護(hù)。而自恢復(fù)保臉絲為限流型原件，是一種正溫度系數(shù)熱敏電阻， 當(dāng)流過(guò)它的電流小于其保持電流時(shí)(溫度較低)，它的阻值很??；當(dāng)流過(guò)它的 電流超過(guò)其觸發(fā)電流時(shí)(溫度升高)，它的阻值急劇增大，從而阻斷雷電流的 繼續(xù)侵入或者電路的續(xù)流，溫度降低后能自行恢復(fù)。但由于熱惰性，其反應(yīng)速 度很慢， 一般為秒級(jí)(流過(guò)的電流越大或溫度越高，反應(yīng)越快)。
當(dāng)雷電等浪涌到來(lái)時(shí)，喻應(yīng)逸復(fù)快的TVS首先動(dòng)作，會(huì)把瞬間過(guò)電壓精確 控制在一定的水平；如果浪涌電流增大，則自恢復(fù)保險(xiǎn)絲動(dòng)作，兩端的電壓抬 升，使泄漏到后端的浪涌電壓減?。焕擞坷^續(xù)增大，直至推動(dòng)前級(jí)氣體放電管的放電，把大電流直接泄放到地。
這種旁路保護(hù)的方式有一個(gè)缺點(diǎn)是保護(hù)能力有限，雖然瞬態(tài)抑制元件(如
TVS、 MOV、氣體放電管等)能將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地，但是它只能保 護(hù)一定能量以內(nèi)的瞬態(tài)干擾，持續(xù)時(shí)間不能很長(zhǎng)，而且需要有一條良好的連接 大地的通道。這在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中有一定的難度。
為了更好的實(shí)現(xiàn)保護(hù)，本實(shí)用新型采用了旁路和隔離相結(jié)合的方式。隔離 的方式可以承受高電壓持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的瞬態(tài)干擾，由于隔離層的高絕緣電阻， 不會(huì)產(chǎn)生損害性的浪涌電流，起到保護(hù)接口的作用。通常使用光電耦合器或高 速變壓器實(shí)現(xiàn)隔離接口。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)數(shù)據(jù)線無(wú)額外負(fù)載，但由于光耦 器件或變壓器對(duì)持續(xù)的瞬變不敏感，所以對(duì)保護(hù)線上的數(shù)據(jù)速率有一定的限 制。實(shí)現(xiàn)隔離保護(hù)通常有兩種方式 一是用獨(dú)立的it^; 二是使用片內(nèi)已集成 了光耦的二次集成芯片如MAX1480等。本方案就逸用的二次集成芯片MAX1480, 這種方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易，集成度高。
音頻和視頻的接口防雷保護(hù)電路結(jié)構(gòu)相同，主要可參見(jiàn)圖4。視音頻端口 防雷總的原則和其它通信端口一樣，但是要考慮端口的差異佳，器件選型和實(shí) 現(xiàn)方式會(huì)有些差別。
首先視音頻端口傳輸信號(hào)為高頻信號(hào)，這就要求防雷器件的電容足夠小， 對(duì)線路的影響足夠小，所以耦合隔離的方式是不合適用在視頻信號(hào)端口的保護(hù) 上的。另外，復(fù)合視頻信號(hào)為1伏的峰-峰值電壓，音頻信號(hào)為IV或2V峰-峰值電壓，這就要求末端保護(hù)逸用擊穿電壓小，控制精度高的TVS器件。M 常TVS器件的電容值較大，能達(dá)到lOOnF，為了解決這一矛盾，將TVS器件與 二極管串連，二極管的極間電^小，串連后能將總的容值控制在很小的范圍 內(nèi)(5nF)，這樣既滿足了對(duì)信號(hào)的影響最小，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的精確鉗位。而第一級(jí)防護(hù)選擇的是玻璃氣體放電管，玻璃氣體放電管不僅封裝較小，
便于集成，而且級(jí)間電,小(小于0.8pF)，非常適合用于高頻信號(hào)端口的 保護(hù)。在玻璃放電管的后端增加了一個(gè)放電間隙的裝置，PCB上實(shí)現(xiàn)時(shí)，就是 放置兩塊矩形的銅IT在輸入信號(hào)端口處，銅箔的尖端相對(duì)，距離很近， 一片銅 箔連接保護(hù)地， 一片銅箔連接信號(hào)線。它的工作原理是正常工作時(shí)，銅箔兩 端絕緣，不影響線路通信，但是當(dāng)浪涌過(guò)來(lái)時(shí)，兩片銅箔的電位差抬升，大量 電荷分別積聚在銅箔相對(duì)的兩個(gè)尖端，電位繼續(xù)抬升，達(dá)到一定程度時(shí)，間隙 被擊穿，產(chǎn)生尖端電弧放電，由此將過(guò)電流釋方t^地。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是放電 能力強(qiáng)，且能容忍較長(zhǎng)時(shí)間的較高浪涌，而且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是缺點(diǎn)^應(yīng)時(shí)間 慢，所以在此用做第，級(jí)防護(hù)的有益補(bǔ)充。
以太網(wǎng)接口防雷保護(hù)電路主要可參加圖5。以太網(wǎng)端口信號(hào)有兩個(gè)特點(diǎn) 一是速率高，電壓幅值小；二是采用了平衡傳輸方式。結(jié)合它自身的這兩個(gè)特 點(diǎn)，以太網(wǎng)的防雷方案必須保證有足夠小的容值，這樣才能減小對(duì)高速的數(shù)椐 傳輸?shù)挠绊懀⑶壹纫M(jìn)行共模保護(hù)，還要注意差沖莫干擾的影響。因此以太網(wǎng) 的防雷方案如上圖所示差模和共模保護(hù)均采用半導(dǎo)體放電管，鉗位精度高， 同時(shí)差模和共模保護(hù)均串接丄級(jí)管，以實(shí)現(xiàn)極小的電容值。
權(quán)利要求1.一種全通道雙向抑制多層防雷墻視音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)，包括接口單元和與所述接口單元連接的若干接口轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述接口單元和各接口轉(zhuǎn)換電路之間的連接線路上分別設(shè)有與各接口轉(zhuǎn)換電路對(duì)應(yīng)的接口防雷保護(hù)電路。
2. 如權(quán)利要求1所述的全通道雙向抑制多層防雷墻視音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)， 其特征在于所述各接口防雷保護(hù)電路均包括前后兩級(jí)保護(hù)電路。
3. 如權(quán)利要求2所述的全通道雙向抑制多層防雷墻;f見(jiàn)音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)， 其特征在于所述接口電路包括視頻接口轉(zhuǎn)換電路、音頻接口轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)接 口轉(zhuǎn)換電路和以太阿接口轉(zhuǎn)換電路，所述視頻接口轉(zhuǎn)換電路與接口單元之間連 接線路上的接口防雷保護(hù)電路為視頻接口防雷保護(hù)電路，所述音頻接口轉(zhuǎn)換電 路與接口單元之間連接錢(qián)路上的接口防雷保護(hù)電路為音頻接口防雷保護(hù)電路， 所述數(shù)據(jù)摔口轉(zhuǎn)換電路與接口單元之間連接線路上的接口防雷保護(hù)電路為數(shù) 據(jù)接口防雷保護(hù)電路，所述以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換電路與接口單元之間連接線路上的 接口防雷保護(hù)^i洛為以太網(wǎng)接口防雷保護(hù)電路。
4. 如權(quán)利要求2所述的全通道雙向抑制多層防雷墻;f見(jiàn)音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)，其特征在于所述音頻接口防雷保護(hù)電路和視頻接口防雷保護(hù)電路中的一級(jí)保 護(hù)電路均包括一個(gè)跨接在信號(hào)線和保護(hù)地之間的氣體放電管，該氣體放電管的 后面還設(shè)有一個(gè)跨接在信號(hào)線和保護(hù)地之間的間隙放電裝置，二級(jí)保護(hù)電路均 包括兩個(gè)并列跨接在兩信號(hào)線之間的放電支路，這些放電支路均由二極管和瞬 變管串聯(lián)而成。
5.如權(quán)利要求4所述的全通道雙向抑制多層防雷墻視音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)，其特征在于所述間隙;故電裝置由兩片矩形銅箔構(gòu)成，兩銅箔的尖端相對(duì)，其中—片矩形銅箔連接信號(hào)線，另一片矩形銅箔連接保護(hù)地。
6. 如權(quán)利要求3所述的全通道雙向抑制多層防雷墻視音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)， 其特征在于所述數(shù)據(jù)接口防雷保護(hù)電路中的一級(jí)保護(hù)電路包括前后并列跨接 在兩數(shù)據(jù)線之間的一個(gè)二級(jí)氣體放電管和一個(gè)三極氣體放電管，其中所述三極 氣體放電管的中何^l腳連接保護(hù)地，二級(jí)保護(hù)電路為跨接在兩數(shù)據(jù)線之間的具 有三只引腳的瞬態(tài)電壓抑制器件，該瞬態(tài)電壓抑制器件由瞬變管組成，其第三 只引腳連接保護(hù)地。
7. 如權(quán)利要求6所述的全通道雙向抑制多層防雷墻視音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)， 其特征在于所述兩數(shù)據(jù)線在其與所迷主極氣體放電管和所述瞬態(tài)電壓抑制器 件的連接部位之間均串接有自梭復(fù)保險(xiǎn)絲，所迷數(shù)據(jù)接口電路還設(shè)有獨(dú)立的或 集成在接口電路芯片上的光耦合電路。
8. 如權(quán)利要求3所述的全通道雙向抑制多層防雷墻視音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)， 其特征在于所迷以太網(wǎng)接口防雷保護(hù)電路分為發(fā)送接口防雷保護(hù)電路和接收 接口防雷保護(hù)電路兩部分，所迷發(fā)送接口防雷保護(hù)電路和所迷接收端口防雷保 護(hù)電路中的一級(jí)保護(hù)電路由瞬態(tài)電壓抑制器件構(gòu)成，該瞬態(tài)電壓抑制器件由瞬 變管組成，其兩端的引腳分別通過(guò)兩并列反向的二極管連接兩信號(hào)線，中間的 引腳連接保護(hù)地，二級(jí)保護(hù)電路包括兩個(gè)并列跨接在兩信號(hào)線之間的放電支 路，這些放電支路均由二極管和瞬變管串聯(lián)而成。
9. 如權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7或8所述的全通道雙向抑制多層防 雷墻視音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)，其特征在于該光端機(jī)的電源電路前面設(shè)有電源接口防 雷保護(hù)電路，所述電源接口防雷保護(hù)電路包括分級(jí)前后兩級(jí)保護(hù)電路，其中的 一級(jí)保護(hù)電路包括相互串聯(lián)的一個(gè)過(guò)流保險(xiǎn)絲和一個(gè)壓敏電阻，其中所述的過(guò) 流保險(xiǎn)絲連接電源線，所述壓敏電阻連接電源地，二級(jí)保護(hù)電路包括過(guò)流保險(xiǎn)絲、壓敏電阻和半導(dǎo)體i文電元件，其中所述過(guò)流保險(xiǎn)絲一端連接電源線，另一 端與所述壓敏電阻和所述半導(dǎo)體放電元件；端相連，所述壓敏電阻和所迷半導(dǎo) 體放電元件的另一端連接電源地。
10.如權(quán)利要求9所述的全通道雙向抑制多層防雷墻視音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)， 其特征在于所述電源接口防雷保護(hù)電路的一級(jí)保護(hù)電路還包括一個(gè)跨接于電 源地和保護(hù)地之間的氣體放電管，該氣體放電管與電源地的連接部位為該一級(jí) 保護(hù)電路上的壓敏電阻與該電源地的連接部位，二級(jí)保護(hù)電路也包括一個(gè)跨接 于電源地和保護(hù)地之間的氣體放電管，該氣體放電管與電源地的連接部位為該 二級(jí)保護(hù)電路上的壓敏電阻與該電源地的連接部位，所述電源線在其與該一級(jí) 保護(hù)電路上的過(guò)流保險(xiǎn)絲連接點(diǎn)和與該二級(jí)保護(hù)電路上的過(guò)濾保險(xiǎn)絲連接點(diǎn) 之間串接有電感元件。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全通道雙向抑制多層防雷墻視音頻數(shù)據(jù)光端機(jī)，包括接口單元和與所述接口單元連接的若干接口轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述接口單元和各接口轉(zhuǎn)換電路之間的連接線路上分別設(shè)有與各接口轉(zhuǎn)換電路對(duì)應(yīng)的接口防雷保護(hù)電路，所述各接口防雷保護(hù)電路均包括前后兩級(jí)保護(hù)電路，各防雷保護(hù)電路主要由相應(yīng)的半導(dǎo)體放電管和氣體放電管構(gòu)成。本實(shí)用新型依據(jù)多級(jí)防護(hù)、逐級(jí)泄放的原則和各接口轉(zhuǎn)換電路的特點(diǎn)，合理地設(shè)置了各接口防雷保護(hù)電路的具體結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)正負(fù)過(guò)壓過(guò)流的雙向抑制和對(duì)內(nèi)外部干擾擾動(dòng)的雙向抑制，實(shí)現(xiàn)了全通道的全面保護(hù)。
文檔編號(hào)H04N7/22GK201167385SQ20082007937
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者盧艷萍 申請(qǐng)人:北京光橋時(shí)代科技有限公司