專利名稱：一種防雷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及通信領(lǐng)域中的防雷技術(shù)，具體涉及一種防雷器。
背景技術(shù)：
目前，隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，通信技術(shù)和產(chǎn)品日新月異，電子、通信芯片的集成度越來(lái)越高，電路設(shè)計(jì)的密度越來(lái)越大，同時(shí)也要求設(shè)備的適應(yīng)性和可靠性更強(qiáng)。要保證通信設(shè)備的可靠運(yùn)行，除了自身系統(tǒng)的穩(wěn)定性以外，還需要有較強(qiáng)的抗干擾能力。通常雷電是外界干擾中的最主要也是最厲害的干擾源，原因在于雷電是一種強(qiáng)電磁波，它會(huì)在載流導(dǎo)體中產(chǎn)生瞬間感應(yīng)過(guò)電壓，所以除防護(hù)直擊雷電之外，更重要的是防護(hù)雷電感應(yīng)過(guò)電壓，通常，雷電波是通過(guò)電源線、信號(hào)傳輸線和空間交變電磁場(chǎng)感應(yīng)到線路和電氣設(shè)備中。信號(hào)口相對(duì)于電源口則是速率高、種類多、抗干擾能力相對(duì)最差的端口，所以信號(hào)口防護(hù)技術(shù)，尤其是信號(hào)口防雷器對(duì)提高通信設(shè)備的抗干擾能力起到了關(guān)鍵的作用。
常規(guī)信號(hào)口SPD(防雷器)的原理如圖1所示。該電路由放電管G、硅保護(hù)二極管D、電阻R1、R2(或者電感L)組成，實(shí)際上是一個(gè)兩極保護(hù)電路。第一級(jí)放電管G用于旁路泄放暫態(tài)大電流，放電管具有大通流能力和較高殘壓的特點(diǎn)；第二級(jí)硅保護(hù)二極管D用于箝位限壓，保護(hù)后面的電子設(shè)備或元器件。第一級(jí)常稱為粗保護(hù)，第二級(jí)常稱為細(xì)保護(hù)，器件D通常具有低通流，快響應(yīng)，低殘壓的特點(diǎn)。介于這兩極之間的電阻R1和R2(或者電感L)是起改善放電管G的動(dòng)作特性和促進(jìn)兩極保護(hù)特性配合的作用。當(dāng)暫態(tài)過(guò)電壓波沿信號(hào)線路傳輸?shù)竭_(dá)防護(hù)電路后，由于放電管G具有較高的放電電壓和較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間，它并不能很快放電導(dǎo)通。在放電管G尚未放電之前，硅保護(hù)二極管D將首先擊穿，并流過(guò)暫態(tài)電流，隨著該支路暫態(tài)電流的增大，R、L上的壓降也相應(yīng)地增大，這一壓降加于G兩端，就促使G盡早動(dòng)作放電。當(dāng)G放電后，它將提供一條旁路泄放暫態(tài)大電流的通道，同時(shí)它也能起限制過(guò)電壓的作用，并實(shí)施對(duì)電阻(或者電感L)和硅保護(hù)二極管的保護(hù)。圖中的硅保護(hù)二極管D通常是TVS管(瞬變二極管)，也可能是TSS管(固體放電管)。該電路可以實(shí)現(xiàn)高量級(jí)防護(hù)，同時(shí)做到較低殘壓，是目前信號(hào)口防雷設(shè)計(jì)中使用最普遍的方案(在某些特定的時(shí)候，圖中的三極放電管可以用兩個(gè)二極放電管代替，電阻可以用電感代替)。
該防雷器使用了二級(jí)防護(hù)電路，對(duì)于干擾類型主要是共模干擾的平衡信號(hào)口來(lái)說(shuō)，后級(jí)都增加差模橋防護(hù)電路的必要性不大，而且，TVS管或者TSS管和快恢復(fù)二極管的價(jià)格比放電管和電阻的價(jià)格高出很多，這樣導(dǎo)致成本增加，體積增大；在該防雷器后級(jí)使用了TVS管保護(hù)器件，由于每種TVS管(或者TSS管)有自己的工作電壓，所以該防雷器不能適用于所有信號(hào)端口的防護(hù)；對(duì)于高速信號(hào)端口，由于該防雷器的后級(jí)防護(hù)電路使用了橋式TVS電路，寄生電容通常在8-20pF之間，將導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降，影響傳輸距離，所以一種具體的信號(hào)口SPD不能適用于所有不同速率的信號(hào)端口防護(hù)；該防雷器對(duì)于單板上已經(jīng)設(shè)計(jì)有基本防護(hù)電路的情況(通常單板上的基本防護(hù)電路可以替代該SPD的后級(jí)防雷電路)，防雷器后級(jí)防護(hù)電路將和單板上保護(hù)電路重復(fù)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致浪費(fèi)，同時(shí)該防雷器后級(jí)保護(hù)電路的節(jié)點(diǎn)電容和單板保護(hù)電路的寄生電容形成并聯(lián)，導(dǎo)致整個(gè)信號(hào)端口寄生電容很大，容易使信號(hào)質(zhì)量下降。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種防雷器，用在需要接收或發(fā)送信號(hào)的設(shè)備的外部信號(hào)端口防止雷電對(duì)所述設(shè)備的損壞，其包括信號(hào)輸入端口，用于和其他設(shè)備通訊的連接端口；信號(hào)輸出端口，用于連接所述設(shè)備并和所述設(shè)備通訊的端口；至少一組信號(hào)連線，用于將所述信號(hào)輸入端口連接到所述信號(hào)輸出端口；至少一個(gè)放電管，分別耦合到靠近所述信號(hào)輸入端口處的所述至少一組信號(hào)連線和地之間，用于泄放因外界雷電施加到所述信號(hào)輸入端口時(shí)使所述信號(hào)連線之間以及所述信號(hào)連線和地之間產(chǎn)生的過(guò)電壓能量；至少一個(gè)電阻，將所述至少一組信號(hào)連線中的至少一根連線分為兩段，其中，所述至少一個(gè)電阻的一端連接于所述放電管連接到所述信號(hào)輸入端口處，另一端通過(guò)所述至少一組信號(hào)連線連接到所述信號(hào)輸出端口。
可選地，所述信號(hào)輸入端口包括平衡信號(hào)輸入端口和/或非平衡信號(hào)輸入端口，用于接入平衡信號(hào)和/或非平衡信號(hào)到所述設(shè)備；對(duì)應(yīng)地，所述信號(hào)輸出端口包括平衡信號(hào)輸出端口和/或非平衡信號(hào)輸出端口，用于將所述信號(hào)輸入端口接入的平衡信號(hào)和/或非平衡信號(hào)輸出給所述設(shè)備；對(duì)應(yīng)地，所述一組信號(hào)連線包括一組平衡信號(hào)連線和/或一組非平衡信號(hào)連線，用于將所述平衡信號(hào)輸入端口和/或非平衡信號(hào)輸入端口連接到所述平衡信號(hào)輸出端口和/或非平衡信號(hào)輸出端口。
可選地，所述放電管包括三極放電管或兩個(gè)相同的二極放電管；其中，所述三極放電管的中間管腳接地，兩邊管腳分別耦合到所述至少一組信號(hào)連線；所述兩個(gè)相同的二極放電管的兩極分別耦合于所述至少一組信號(hào)連線和地。
可選地，所述放電管還包括五極放電管，用于四線端口中，其中，所述五極放電管的中間管腳接地，其余四個(gè)管腳分別耦合到所述四線端口的四條信號(hào)線上。
可選地，所述放電管還包括兩個(gè)相同的三極放電管或四個(gè)相同的二極放電管，用于四線端口中；其中，所述兩個(gè)相同的三極放電管分別耦合于兩對(duì)信號(hào)連線和地之間；所述四個(gè)相同的二極放電管分別耦合于四條信號(hào)連線和地之間。
利用本實(shí)用新型，可以簡(jiǎn)單有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)口的防雷，成本低，無(wú)論對(duì)平衡信號(hào)口還是非平衡信號(hào)口，都能起到有效地防雷作用，并且能適用于多種工作電平的信號(hào)端口防護(hù)，不會(huì)影響高速信號(hào)的傳輸質(zhì)量。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中信號(hào)口SPD電路原理圖；圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例防雷器用于平衡信號(hào)口的原理圖；圖3是本實(shí)用新型的另一實(shí)施例防雷器用于平衡信號(hào)口的原理圖；圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例防雷器用于非平衡信號(hào)口的原理圖；圖5是圖2所示的實(shí)施例防雷器用于后級(jí)單板沒有共模保護(hù)電路時(shí)的一種變形原理圖；圖6是本實(shí)用新型的實(shí)施例防雷器用于四線端口的原理圖；圖7是圖6所示的實(shí)用新型的防雷器的變形原理圖；圖8是圖6所示的實(shí)用新型的防雷器的另一個(gè)變形原理圖。
具體實(shí)施方式
為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本實(shí)用新型，現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)描繪實(shí)施例，通過(guò)這些實(shí)施例本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更容易地理解本實(shí)用新型的目的和技術(shù)方案及本實(shí)用新型的效果。
首先參照?qǐng)D2，圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例信號(hào)防雷器用于平衡信號(hào)口的原理圖。其中，TX+和TX-為一對(duì)平衡信號(hào)線。該實(shí)用新型信號(hào)防雷器需要置于設(shè)備信號(hào)口前端，設(shè)備所需信號(hào)首先由信號(hào)輸入端口21該防雷器，通過(guò)一組信號(hào)連線TX+、TX-將信號(hào)輸入端口接入的設(shè)備所需信號(hào)導(dǎo)入設(shè)備，在信號(hào)輸入端口后的信號(hào)連線和地之間連接一個(gè)三極放電管25，它的中間管腳接地，兩邊管腳分別耦合到信號(hào)線TX+和TX-，用于泄放因外界雷電施加到信號(hào)輸入端口21時(shí)使信號(hào)連線TX+和TX-之間以及信號(hào)連線TX+和地之間、TX-和地之間產(chǎn)生的過(guò)電壓能量，在三極放電管25與信號(hào)連線TX+和TX-的耦合端與信號(hào)輸出端口22之間分別串接兩個(gè)電阻23和電阻24，設(shè)備所需信號(hào)由信號(hào)輸出端口22引出。在此，電阻23和電阻24有兩種作用(1)當(dāng)后級(jí)設(shè)備單板上有單板級(jí)的防護(hù)電路時(shí)，該電路保護(hù)器件和防雷器的放電管形成兩級(jí)防雷，電阻用來(lái)協(xié)調(diào)兩級(jí)放電，促使放電管25動(dòng)作；(2)當(dāng)后級(jí)設(shè)備單板上沒有單板級(jí)的防護(hù)電路時(shí)，該電阻可以和后級(jí)電阻芯片阻抗形成串聯(lián)分壓，使得芯片上承受更小的放電管的殘壓。
當(dāng)暫態(tài)過(guò)電壓波沿信號(hào)線路傳輸?shù)竭_(dá)防雷電路后，由于放電管25具有較高的放電電壓和較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間，它并不能很快放電導(dǎo)通。在放電管25尚未放電之前，兩條信號(hào)線上的暫態(tài)電流增大，電阻23和電阻24上的壓降也相應(yīng)地增大，這一壓降加于放電管25兩端，就促使放電管25盡早動(dòng)作放電。當(dāng)其放電后，它將提供一條旁路泄放暫態(tài)大電流的通道，同時(shí)它也能起限制過(guò)電壓的作用。例如，可以選擇電阻23和電阻24的值為2.2歐姆。選擇90V工作電壓的空氣放電管就可以用于工作電平小于90V的所有信號(hào)端口的防護(hù)。由于在該實(shí)用新型中只采用了空氣放電管保護(hù)器件，使寄生電容可以控制在1pF，甚至更低，因此可以滿足100M/1000M，甚至更更高速率的信號(hào)端口的防護(hù)，對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生任何負(fù)面影響。
在該實(shí)用新型中，還可以用兩個(gè)同種型號(hào)、一致性高的二極放電管代替圖2中所示的三極放電管，如圖3所示。二極放電管31分別耦合于信號(hào)連線TX+和地之間，二極放電管32分別耦合于信號(hào)連線TX-和地之間，保證二極放電管31和二極放電管32型號(hào)相同，性能相同。當(dāng)該信號(hào)防雷器感應(yīng)雷時(shí)，暫態(tài)過(guò)電壓波沿信號(hào)線路傳輸分別到達(dá)二極放電管31和二極放電管32與兩條信號(hào)連線的耦合端，通過(guò)二極放電管的放電特性，將過(guò)電壓能量釋放，由于這兩個(gè)二極放電管的性能相同，不會(huì)增加信號(hào)連線TX+和TX-之間的差模干擾。
對(duì)于非平衡信號(hào)端口，其實(shí)現(xiàn)原理與平衡信號(hào)端口相同，參見圖4，圖4示出了本實(shí)用新型的實(shí)施例信號(hào)防雷器用于非平衡信號(hào)口的原理圖。其中，RX為一條非平衡信號(hào)線。該信號(hào)防雷器置于信號(hào)口前端，設(shè)備所需信號(hào)首先由信號(hào)輸入端口41接入該防雷器，通過(guò)信號(hào)連線RX將信號(hào)輸入端口接入的設(shè)備所需信號(hào)導(dǎo)入設(shè)備，在信號(hào)輸入端口后的信號(hào)連線和地之間連接一個(gè)二極放電管43，用于泄放因外界雷電施加到信號(hào)輸入端口41時(shí)使信號(hào)連線RX和地之間產(chǎn)生的過(guò)電壓能量，在二極放電管43與信號(hào)連線RX的耦合端與信號(hào)輸出端口42之間串接電阻44，設(shè)備所需信號(hào)由信號(hào)輸出端口42引出。在實(shí)際應(yīng)用中，可以選擇電阻值為4.7歐姆。
為了更簡(jiǎn)單有效地利用本實(shí)用新型，在后級(jí)單板沒有共模保護(hù)電路的情況下，還可以采用圖5所示的本實(shí)用新型的一個(gè)變形方案。如果后級(jí)單板中有共模保護(hù)電路，對(duì)于差模干擾信號(hào)來(lái)說(shuō)，差模退耦兩個(gè)電阻實(shí)際上是串聯(lián)關(guān)系，所以采用一個(gè)電阻就可以代替兩個(gè)電阻達(dá)到協(xié)調(diào)退耦效果；但是對(duì)于共模干擾信號(hào)來(lái)說(shuō)，如果只在一條信號(hào)線上串連電阻，那么只有這條信號(hào)線對(duì)地的共模可形成協(xié)調(diào)放電的二極保護(hù)，但對(duì)另外一條信號(hào)線則不能起到協(xié)調(diào)放電的二級(jí)保護(hù)，導(dǎo)致單板上的單板保護(hù)電路先導(dǎo)通并損壞，所以該設(shè)計(jì)僅僅適用于后級(jí)沒有共模保護(hù)電路的情況。對(duì)于平衡信號(hào)口來(lái)說(shuō)，干擾類型主要是共模干擾，但對(duì)于非平衡信號(hào)口，則主要是差模干擾，可以采用圖5所示的本實(shí)用新型的一種變形方案，使本實(shí)用新型的應(yīng)用更加簡(jiǎn)單有效。參見圖5，圖5示出了圖2所示的實(shí)施例信號(hào)防雷器用于后級(jí)單板沒有共模保護(hù)電路時(shí)的一種變形原理圖。其工作原理與圖2所示電路原理相同，只是電阻值的選擇要稍微大些，比如，可以選擇4.7歐姆。
再參見圖6，圖6是本實(shí)用新型的實(shí)施例信號(hào)防雷器用于四線端口的原理圖。其中，TX1+和TX1-為一對(duì)平衡信號(hào)線，TX2+和TX2-為另一對(duì)平衡信號(hào)線，或者TX1+、TX1-、TX2+、TX2-、是一組對(duì)地的非平衡信號(hào)線。該實(shí)用新型信號(hào)防雷器置于四線口前端，設(shè)備所需信號(hào)首先由信號(hào)輸入端口61接入該防雷器，通過(guò)信號(hào)連線TX1+、TX1-和TX2+、TX2-將信號(hào)輸入端口接入的設(shè)備所需信號(hào)導(dǎo)入設(shè)備，在信號(hào)輸入端口后的信號(hào)連線和地之間連接一個(gè)五極放電管63，它的中間管腳接地，其余管腳分別耦合到信號(hào)線TX1+、TX1-和TX2+、TX2-，用于泄放因外界雷電施加到信號(hào)輸入端口61時(shí)使信號(hào)連線TX1+、TX1-、TX2+、TX2-之間以及各信號(hào)連線和地之間產(chǎn)生的過(guò)電壓能量，在五極放電管63與信號(hào)連線TX1+、TX1-、TX2+、TX2-的耦合端與信號(hào)輸出端口62之間分別串接電阻64、電阻65、電阻66、電阻67，設(shè)備所需信號(hào)由信號(hào)輸出端口62引出。
在此電路中，五極放電管63還可以用兩個(gè)相同型號(hào)三極放電管代替，其連接關(guān)系參照?qǐng)D7，三極放電管71的三個(gè)管腳分別耦合于信號(hào)連線TX1+、TX1-和地之間，用于泄放因外界雷電施加到信號(hào)輸入端口61時(shí)使信號(hào)連線TX1+、TX1-之間以及信號(hào)連線TX1+、TX1-和地之間產(chǎn)生的過(guò)電壓能量，三極放電管72的三個(gè)管腳分別耦合于信號(hào)連線TX2+、TX2-和地之間，用于泄放因外界雷電施加到信號(hào)輸入端口61時(shí)使信號(hào)連線TX2+、TX2-之間以及信號(hào)連線TX2+、TX2-和地之間產(chǎn)生的過(guò)電壓能量，其工作原理與圖6所示電路原理相同，在此不再詳細(xì)描述。
同樣，在圖6所示的本實(shí)用新型的實(shí)施例信號(hào)防雷器用于四線端口的原理圖中，五極放電管63還可以用四個(gè)相同型號(hào)的二極放電管代替，其連接關(guān)系參照?qǐng)D8，四個(gè)二極放電管81、82、83、84分別耦合于信號(hào)連線TX1+、TX1-、TX2+、TX2-和地之間，其工作原理與圖6所示電路原理相同，在此不再詳細(xì)描述。
在上面描述的該實(shí)用新型的實(shí)施例中，由信號(hào)輸入接口接入的設(shè)備所需信號(hào)并不拘于一組信號(hào)，可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備需要進(jìn)行選擇，而且，接入的信號(hào)可以為平衡信號(hào)、非平衡信號(hào)、平衡信號(hào)和非平衡信號(hào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供了一種低成本，通用性強(qiáng)的實(shí)施方案，適用于多種工作電平信號(hào)端口，高速率信號(hào)端口的防護(hù)。
雖然通過(guò)實(shí)施例描繪了本實(shí)用新型，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本實(shí)用新型有許多變形和變化而不脫離本實(shí)用新型的精神，希望所附的權(quán)利要求包括這些變形和變化而不脫離本實(shí)用新型的精神。
權(quán)利要求1.一種防雷器，用在需要接收或發(fā)送信號(hào)的設(shè)備的外部信號(hào)端口防止雷電對(duì)所述設(shè)備的損壞，其特征在于，包括信號(hào)輸入端口，用于和其他設(shè)備通訊的連接端口；信號(hào)輸出端口，用于連接所述設(shè)備并和所述設(shè)備通訊的端口；至少一組信號(hào)連線，用于將所述信號(hào)輸入端口連接到所述信號(hào)輸出端口；至少一個(gè)放電管，分別耦合到靠近所述信號(hào)輸入端口處的所述至少一組信號(hào)連線和地之間，用于泄放因外界雷電施加到所述信號(hào)輸入端口時(shí)使所述信號(hào)連線之間以及所述信號(hào)連線和地之間產(chǎn)生的過(guò)電壓能量；至少一個(gè)電阻，將所述至少一組信號(hào)連線中的至少一根連線分為兩段，其中，所述至少一個(gè)電阻的一端連接于所述放電管連接到所述信號(hào)輸入端口處，另一端通過(guò)所述至少一組信號(hào)連線連接到所述信號(hào)輸出端口。
2.如權(quán)利要求1所述的防雷器，其特征在于，所述信號(hào)輸入端口包括平衡信號(hào)輸入端口和/或非平衡信號(hào)輸入端口，用于接入平衡信號(hào)和/或非平衡信號(hào)到所述設(shè)備；對(duì)應(yīng)地，所述信號(hào)輸出端口包括平衡信號(hào)輸出端口和/或非平衡信號(hào)輸出端口，用于將所述信號(hào)輸入端口接入的平衡信號(hào)和/或非平衡信號(hào)輸出給所述設(shè)備；對(duì)應(yīng)地，所述一組信號(hào)連線包括一組平衡信號(hào)連線和/或一組非平衡信號(hào)連線，用于將所述平衡信號(hào)輸入端口和/或非平衡信號(hào)輸入端口連接到所述平衡信號(hào)輸出端口和/或非平衡信號(hào)輸出端口。
3.如權(quán)利要求1所述的防雷器，其特征在于，所述放電管包括三極放電管或兩個(gè)相同的二極放電管；其中，所述三極放電管的中間管腳接地，兩邊管腳分別耦合到所述至少一組信號(hào)連線；所述兩個(gè)相同的二極放電管的兩極分別耦合于所述至少一組信號(hào)連線和地。
4.如權(quán)利要求1所述的防雷器，其特征在于，所述放電管還包括五極放電管，用于四線端口中，其中，所述五極放電管的中間管腳接地，其余四個(gè)管腳分別耦合到所述四線端口的四條信號(hào)線上。
5.如權(quán)利要求4所述的防雷器，其特征在于，所述放電管還包括兩個(gè)相同的三極放電管或四個(gè)相同的二極放電管，用于四線端口中；其中，所述兩個(gè)相同的三極放電管分別耦合于兩對(duì)信號(hào)連線和地之間；所述四個(gè)相同的二極放電管分別耦合于四條信號(hào)連線和地之間。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種防雷器，用在需要接收/發(fā)送信號(hào)的設(shè)備的外部信號(hào)端口防止雷電對(duì)設(shè)備的損壞，包括信號(hào)輸入端口，用于和其它設(shè)備通訊的連接端口；信號(hào)輸出端口，用于連接設(shè)備并和設(shè)備通訊的端口；至少一組信號(hào)連線，用于將信號(hào)輸入端口連接到信號(hào)輸出端口；至少一個(gè)放電管，分別耦合到至少一組信號(hào)連線和地之間；至少一個(gè)電阻，串聯(lián)在放電管后至少一根信號(hào)連線上，用于協(xié)調(diào)放電和串聯(lián)分壓。利用本實(shí)用新型，可以簡(jiǎn)單有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)口的防雷，成本低。本實(shí)用新型無(wú)論對(duì)平衡信號(hào)口還是非平衡信號(hào)口，都能起到有效地防雷作用，能適用于多種工作電平的信號(hào)端口防護(hù)，不會(huì)影響高速信號(hào)的傳輸質(zhì)量。
文檔編號(hào)H02H9/04GK2664252SQ20032010384
公開日2004年12月15日 申請(qǐng)日期2003年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月21日
發(fā)明者王慶海 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司