專利名稱：以太網絡受電電路與其靜電防護電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種靜電防護電路,且特別涉及一種應用以太網絡供電(Power overEthernet, PoE)系統(tǒng)的受電設備(Powered Device, PD)中的靜電防護電路。
背景技術：
以太網絡供電(PoE)技術是指通過以太網絡的纜線傳輸數據與電力到裝置的技術，其系統(tǒng)主要分為供電設備(Power Sourcing Equipment, PSE)與受電設備(PD)。受電設備例如是無線基站、網絡電話、集線器、網絡攝像機與計算機等，這些裝置可以通過以太網絡雙絞線(RJ-45連接器)供電，不需要額外設置電源插座就可使用。采用以太網絡供電技術的設備可經由RJ-45網絡插座來傳遞電力與數據，由于RJ-45網絡插座是目前全球普遍使用的網絡接頭，因此幾乎所有的以太網絡供電設備對目 前的網絡環(huán)境都具有相容性。由于PoE不需要更改以太網絡的纜線架構即可運作，所以采用PoE系統(tǒng)不但可以節(jié)省配置電源線的時間與費用，還具備了遠程通電、斷電的能力。近年來隨著高精密度且快速發(fā)展的電子產品的增力卩，對于靜電放電(Electrostatic Discharge,ESD)防護的技術越來越受到重視。由于PoE系統(tǒng)經常受到靜電放電威脅，在設計時必須考慮保護以太網絡實體層收發(fā)器(physical layer receiver)能夠承受電壓沖擊。一般而言，PoE芯片內部所設置的ESD防護電路無法提供系統(tǒng)級靜電放電防護所需的強韌度，而且建置有效的芯片防護成本也過高。為了滿足全球標準的相容性要求，并確保系統(tǒng)的可靠性，目前以太網絡供電系統(tǒng)的設計業(yè)者大都采取芯片外部電路保護。目前常見的方式是采用一個速度很快的蕭特基二極管(schottky diode)，將電流引到接地，避免對系統(tǒng)產生破壞或因為ESD的放電波形而產生錯誤的動作。
發(fā)明內容
本發(fā)明提出一種以太網絡受電電路與其靜電防護電路，其靜電防護電路由串聯(lián)的瞬態(tài)電壓抑制器與高壓電容，可以達到有效降低靜電放電或瞬時電壓浪涌(transientvoltage surge)對以太網絡電子設備造成的誤動作或損害。本發(fā)明提出一種以太網絡受電電路的靜電防護電路，以太網絡受電電路設置于一受電設備中，以太網絡供電電路具有一控制單兀，其具有一正電源端與一負電源端。靜電防護電路包括瞬態(tài)電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor, TVS)與高壓電容(high-voltage capacitor)。瞬態(tài)電壓抑制器具有一第一端與一第二端,其第一端稱接于負電源端。高壓電容則耦接瞬態(tài)電壓抑制器的第二端與接地端之間。在本發(fā)明另一實施例中，上述靜電防護電路也可應用在正電源端，以降低靜電放電發(fā)生在正電源時所造成的損害。另外，依照電路設計需求，上述靜電防護電路也可以同時應用在正電源端與負電源端，以降低靜電放電發(fā)生在正電源與負電源端時所造成的損害。從另一個角度來看，本發(fā)明提出一種具有上述靜電防護電路的以太網絡受電電路，其負電源端與正電源端可以分別或同時設置靜電防護電路，以降低靜電放電發(fā)生時的損害。綜上所述，本發(fā)明以串聯(lián)的瞬態(tài)電壓抑制器與高壓電容做為靜電防護電路使用，可以有效降低靜電放電發(fā)生時所造成的系統(tǒng)誤動作與損害。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
圖I繪示本發(fā)明第一實施例的以太網絡供電(Power on Ethernet,PoE)系統(tǒng)的示 意圖。圖2繪示PoE操作模式的PoE操作模式的起始信號示意圖。圖3繪示本發(fā)明第一實施例的以太網絡受電電路的靜電防護電路示意圖。圖4繪示瞬態(tài)電壓抑制器312的電壓-電流特性示意圖。圖5繪示本發(fā)明第一實施例的以太網絡受電電路的電路細節(jié)示意圖。圖6繪示本發(fā)明第二實施例的以太網絡受電電路示意圖。圖7繪示本發(fā)明第三實施例的以太網絡受電電路示意圖。主要元件符號說明110:供電設備112:以太網絡供電電路114:網絡變壓器116:RJ_45 連接器120 :受電設備122:以太網絡受電電路126 RJ-45 連接器VOUT :輸出電壓310:靜電防護電路312 :瞬態(tài)電壓抑制器314:電容320 :控制單元330:直流電壓轉換電路+Ρ0Ε:正電源端-POE :負電源端PWM :脈沖寬度調制信號GND :接地端500:以太網絡受電電路520 :控制單元522:P0E 受電芯片530:直流電壓轉換電路600:以太網絡受電電路610:靜電放電防護電路
612 :瞬態(tài)電壓抑制器614:電容700:以太網絡受電電路710:靜電放電防護電路712,716 :瞬態(tài)電壓抑制器714、718:電容
具體實施方式
在下文中，將通過圖式說明本發(fā)明的實施例來詳細描述本發(fā)明，而圖式中的相同參考數字可用以表示類似的元件。(第一實施例)請參照圖1，其繪示本發(fā)明第一實施例的以太網絡供電(Power on Ethernet,PoE)系統(tǒng)的示意圖。供電設備(Power sourcing equipment,PSE) 110可以經由以太網絡傳輸電力與數據至受電設備(Powered Device,PD) 120,其兩者可利用RJ-45連接器與雙絞線(網絡線)連接。PoE分為A、B兩種供電模式，模式A利用RJ-45連接器的1、2、3、6引腳來傳遞電力；模式B則利用RJ-45連接器的4、5、7、8引腳來傳遞電力。供電設備110具有以太網絡供電電路(PoE PSE circuit) 112與網絡變壓器114，用以將電力與數據傳遞至RJ-45連接器116。受電設備120包括以太網絡受電電路(PoE PDcircuit) 122，可以經由RJ-45連接器126接收數據與電力，并將所接收的電力轉換為系統(tǒng)所需的(直流)輸出電壓V0UT，以提供受電設備120使用。RJ-45連接器116與RJ-45連接器126之間則可通過網絡線連接。采用PoE系統(tǒng)不但可節(jié)省布線，還具備了遠程通電、斷電的能力。依據IEEE 802. 3af的規(guī)范，當受電設備120連接至供電設備110時，供電設備Iio會依序傳遞數個程序的電壓波形至受電設備120，以檢測受電設備120是否支持以太網絡供電，如圖2所示，其繪示PoE操作模式的起始信號示意圖。上述程序包括檢測(Discovery)、分類(Classification)、全電源(Full Power Application)、移除電源(Power Removal)等。由于供電設備110所提供的高電壓會對傳統(tǒng)的設備造成傷害，因此供電設備110在供電前會進行Discovery程序，傳送電壓范圍2. 7V至10V的檢測電壓至受電設備120，以檢測受電設備120是否支持PoE技術。其他程序的說明請參照IEEE802. 3af的規(guī)范，在此不加贅述。如圖2所示，由于靜電放電(Electrostatic Discharge,ESD)波形可能與圖2中的檢測波形相似，這可能造成供電設備或受電設備120的誤動作或是損害受電設備120。為避免此種問題發(fā)生，本實施例在受電設備120中設置靜電放電防護電路，來防止受電設備120受到瞬態(tài)電壓(如靜電放電、線纜放電或瞬態(tài)電壓浪涌(transient voltage surge))的損害。請參照圖3，其繪示本發(fā)明第一實施例的以太網絡受電電路的靜電防護電路示意圖。以太網絡受電電路122包括靜電防護電路310、控制單元320與直流電壓轉換電路330?？刂茊卧?20具有正電源端+POE與負電源端-Ρ0Ε，分別用來接收正、負POE電源，如RJ-45連接器126的第4、5引腳所傳遞的正電壓與RJ-45連接器126的第7、8引腳所傳遞的負電壓，但本實施例不受限于此。直流電壓轉換電路330接收正電源端+POE與負電源端-POE所傳遞的正、負電壓，并且耦接于控制單元320，以接收控制單元320所輸出的脈沖寬度調制信號PWM。直流電壓轉換電路330會根據脈沖寬度調制信號PWM的有效周期(duty cycle)調整輸出電壓VOUT的大小。靜電防護電路310耦接控制單元320的負電源端_Ρ0Ε，用以避免靜電放電損害到控制單元320,其包括瞬態(tài)電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor, TVS) 312與電容314。電容314的電容314會高于瞬態(tài)電壓抑制器312的等效電容值(內部的寄生電容)，電容314的電容值例如大于1000皮法(picofarad，pF)。瞬態(tài)電壓抑制器312的第一端耦接于負電源端-Ρ0Ε，第二端耦接于電容314。瞬態(tài)電壓抑制器312與電容314串聯(lián)耦接于負電源端-POE與接地端GND之間。在本實施例中，瞬態(tài)電壓抑制器312與電容314直接耦接于負電源端-POE與接地端GND之間，但本實施例不限制于此。瞬態(tài)電壓抑制器312是可以對瞬態(tài)電壓產生反應的元件。當靜電放電或瞬時電 壓浪涌發(fā)生時，瞬態(tài)電壓抑制器312會因為瞬間的高電壓而導通，以將瞬間的大電流引導至接地，避免電流進入控制單元320而造成損壞。一般所知的瞬態(tài)電壓抑制器312例如是齊納二級體(zener diode)、瞬態(tài)電壓抑制二極管(TVS diode)、金屬氧化物(Metal OxideVaristor, MOV)、多層金屬氧化物結構元件(Multi-Layer Varistor, MLV)或多層陶瓷薄膜(Ceramic Layer)結構等,但本實施例不限制于此。瞬態(tài)電壓抑制器312的電壓-電流特性如圖4所示，其繪示瞬態(tài)電壓抑制器312的電壓-電流特性示意圖。由圖4可知，當瞬態(tài)電壓抑制器312的兩端的電壓超過閾值時，瞬態(tài)電壓抑制器312的電阻會大幅度的降低(例如由IO9歐姆降至數歐姆)，以誘導電流由瞬態(tài)電壓抑制器312通過，而不流入系統(tǒng)中。也就是說，瞬態(tài)電壓抑制器312會隨著瞬間發(fā)生的高電壓(如ESD放電)而產生短路現(xiàn)象，藉此讓系統(tǒng)得到保護。再參照圖3，在本實施例中，瞬態(tài)電壓抑制器312并未直接耦接于接地端GND，而是通過電容314，其中電容314為高壓電容，可以忍受ESD或瞬態(tài)電壓浪涌所產生的高電壓。電容314直接耦接于瞬態(tài)電壓抑制器312與接地端GND之間，具有濾波與穩(wěn)壓(等電位)的功能。瞬態(tài)電壓抑制器312則是為了不讓起始信號(如圖2所示)因為串接電容而使信號劣化，藉此使ESD在第一時間釋放到接地，而避免損害內部電子元件。請參照圖5，其繪示本發(fā)明第一實施例的以太網絡受電電路的電路細節(jié)示意圖。以太網絡受電電路500系利用POE受電芯片522與周邊電路實現(xiàn)控制單元520，其中POE受電芯片522例如為國家半導體(National Semiconductor)所出產的LM5072，但本實施例不限制控制單元520的實施方式。POE受電芯片522的正電源端+POE與負電源端-POE分別用以正、負POE電源。直流電壓轉換電路530的電路結構例如為反馳式轉換電路，會依據POE受電芯片522所輸出的脈沖寬度調制信號PWM調整輸出電壓V0UT。直流電壓轉換電路530可以依據設計需求調整電路架構，以達到多電壓輸出或更好的轉換效率，本實施例不限制于此。靜電放電防護電路310耦接于負電源端-POE與接地端GND之間，可以防止靜電放電或瞬態(tài)電壓浪涌影響到POE受電芯片522的正常操作與模式判斷。圖5與圖3主要差異在于電路實施細節(jié)，除了靜電放電防護電路310以外的實施細節(jié)可參照所使用的PoE芯片說明書，在此不加贅述。
(第二實施例)上述圖3中的靜電放電防護電路310可以應用在正電源端+Ρ0Ε，以防止在正電源端+POE所發(fā)生靜電放電或瞬態(tài)電壓浪涌損傷控制單元320。請參照圖6，其繪示本發(fā)明第二實施例的以太網絡受電電路示意圖。以太網絡受電電路600包括靜電放電防護電路610、控制單元320與直流電壓轉換電路330。靜電放電防護電路610由串聯(lián)的瞬態(tài)電壓抑制器612與電容614構成，其直接耦接于正電源端+POE與接地端GND之間。電容614例如為高壓電容。靜電放電防護電路610可以將瞬間的過激電流引導至接地端GND，以有效降低靜電放電或瞬態(tài)電壓浪涌在正電源端+POE處發(fā)生時所造成的損傷或者芯片的誤動作。(第三實施例)上述圖3中的靜電放電防護電路310可以同時應用在正電源端+POE與負電源端-Ρ0Ε，以同時防止在正電源端+POE所發(fā)生靜電放電或瞬態(tài)電壓浪涌損傷控制單元320。請參照圖7，其繪示本發(fā)明第三實施例的以太網絡受電電路示意圖。以太網絡受電電路700包括靜電放電防護電路710、控制單元320與直流電壓轉換電路330。 靜電放電防護電路710包括瞬態(tài)電壓抑制器712、716與電容714、718，其電容714,718例如為高壓電容。瞬態(tài)電壓抑制器712與電容714串聯(lián)耦接于正電源端+POE與接地端GND之間，而瞬態(tài)電壓抑制器716與電容718串聯(lián)耦接于負電源端-POE與接地端GND之間。藉此，靜電放電防護電路310可以有效降低靜電放電或瞬態(tài)電壓浪涌在正電源端+POE或負電源端-POE處發(fā)生時所造成的芯片損傷或誤動作。上述實施例中的靜電放電防護電路310、610、710可以有效防止靜電放電時所產生的電壓放電波型進入控制單元320中而造成誤動作或者元件損傷。使用者可以依照設計需求與成本，將上述實施例中的靜電放電防護電路310、610、710應用在PoE電子設備中(例如路由器、掃描器、桌上型計算機與帶有電源的信號線)，以達到靜電放電防護的功效。值得注意的是，本實施例不限制應用靜電放電防護電路310、610、710的以太網絡受電電路架構。在經由上述實施例的說明后，本領域技術人員應可推知其他實施方式，在此不加贅述。另外，上述以太網絡受電電路300、600、700可以利用模塊、芯片或者離散元件(discrete elements)等方式實現(xiàn)，其形式可為獨立的模塊或者整合于系統(tǒng)主機板上，本發(fā)明不受限制。此外，值得注意的是，上述元件之間的耦接關系包括直接或間接的電性連接，只要可以達到所需的電信號傳遞功能即可，本發(fā)明并不受限。上述實施例中的技術手段可以合并或單獨使用，其元件可依照其功能與設計需求增加、去除、調整或替換，本發(fā)明并不受限。在經由上述實施例的說明后，本技術領域具有通常知識者應可推知其實施方式，在此不加贅述。綜上所述，本發(fā)明的靜電放電防護電路可以應用在以太網絡受電電路上，以避免靜電放電或瞬態(tài)電壓發(fā)生時，造成系統(tǒng)誤動作或損傷。此外，本發(fā)明的靜電放電防護電路的結構精簡，利用簡易的布局(layout)方式即可達到抑制與防護ESD的功效，并且可以快速的整合至任一 PoE電子設備上，進而降低實施成本與電路空間，相當具有產業(yè)利用性。通過本發(fā)明的技術手段，可以大幅提高信號品質的穩(wěn)定及靈敏度。雖然本發(fā)明的優(yōu)選實施例已公開如上，然本發(fā)明并不受限于上述實施例，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明所公開的范圍內，當可作些許的更動與調整，因此本發(fā)明的保護范圍應當以后附的申請專利范圍所界 定者為準。
權利要求
1.一種以太網絡受電電路的靜電防護電路，該以太網絡受電電路設置于一受電設備中，該以太網絡供電電路具有一控制單元，該控制單元具有一正電源端與一負電源端，該靜電防護電路包括 一第一瞬態(tài)電壓抑制器，具有一第一端與一第二端，該第一瞬態(tài)電壓抑制器的該第一端耦接于該負電源端；以及 一第一高壓電容，耦接該第一瞬態(tài)電壓抑制器的該第二端與一接地端之間。
2.如權利要求I所述的以太網絡受電電路的靜電防護電路，其中該以太網絡供電電路還包括一直流電壓轉換電路，耦接于該控制單元，根據該控制單元所輸出的一脈沖寬度調制信號調整一輸出電壓。
3.如權利要求I所述的以太網絡受電電路的靜電防護電路，其中該第一高壓電容的電容值大于該第一瞬態(tài)電壓抑制器的兀件電容值。
4.如權利要求I所述的以太網絡受電電路的靜電防護電路，其中該控制單元的該正電源端用以接收48V的直流電壓，該負電源端用以接收-48V的直流電壓。
5.如權利要求I所述的以太網絡受電電路的靜電防護電路，其中該第一瞬態(tài)電壓抑制器與該第一高壓電容直接串聯(lián)耦接于該負電源端與該接地端之間。
6.如權利要求I所述的以太網絡受電電路的靜電防護電路，還包括 一第二瞬態(tài)電壓抑制器，具有一第一端與一第二端，該第二瞬態(tài)電壓抑制器的該第一端連接于該正電源端；以及 一第二高壓電容，耦接該第二瞬態(tài)電壓抑制器的該第二端與一接地端之間。
7.一種以太網絡受電電路的靜電防護電路，適用于一受電設備，該以太網絡供電電路具有一控制單元，該控制單元具有一正電源端與一負電源端，該靜電防護電路包括 一瞬態(tài)電壓抑制器，具有一第一端與一第二端，該瞬態(tài)電壓抑制器的該第一端稱接于該正電源端；以及 一高壓電容，耦接該瞬態(tài)電壓抑制器的該第二端與一接地端之間。
8.如權利要求7所述的以太網絡受電電路的靜電防護電路，其中該高壓電容的電容值大于該瞬態(tài)電壓抑制器的兀件電容值。
9.一種以太網絡受電電路，適用于一受電設備，包括 一控制單兀，具有一正電源端與一負電源端； 一直流電壓轉換電路，耦接于該控制單元，根據該控制單元所輸出的一脈沖寬度調制信號調整一輸出電壓；以及 一靜電防護電路包括 一第一瞬態(tài)電壓抑制器，具有一第一端與一第二端，該第一瞬態(tài)電壓抑制器的該第一端耦接于該負電源端；以及 一第一高壓電容，耦接該第一瞬態(tài)電壓抑制器的該第二端與一接地端之間。
10.如權利要求9所述的以太網絡受電電路，其中該第一高壓電容的電容值大于該第一瞬態(tài)電壓抑制器的兀件電容值。
11.如權利要求9所述的以太網絡受電電路，其中該靜電防護電路還包括 一第二瞬態(tài)電壓抑制器，具有一第一端與一第二端，該第二瞬態(tài)電壓抑制器的該第一端耦接于該正電源端；以及一第二高壓電容，耦接該第二瞬態(tài)電壓抑制器的該第二端與一接地端之間。
12.—種以太網絡受電電路，適用于一受電設備，包括 一控制單兀，具有一正電源端與一負電源端； 一直流電壓轉換電路，耦接于該控制單元，根據該控制單元所輸出的一脈沖寬度調制信號調整一輸出電壓；以及一靜電防護電路包括 一瞬態(tài)電壓抑制器，具有一第一端與一第二端，該瞬態(tài)電壓抑制器的該第一端連接于該正電源端；以及 一高壓電容，耦接該瞬態(tài)電壓抑制器的該第二端與一接地端之間。
13.如權利要求12所述的以太網絡受電電路，其中該高壓電容的電容值大于該瞬態(tài)電壓抑制器的元件電容值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種以太網絡受電電路與其靜電防護電路，其靜電防護電路包括瞬態(tài)電壓抑制器與高壓電容。瞬態(tài)電壓抑制器與高壓電容串聯(lián)耦接于以太網絡受電電路的負電源端與接地端之間，藉此降低靜電放電或瞬時電壓浪涌發(fā)生時對系統(tǒng)故障或損害。
文檔編號H04L12/10GK102904235SQ20111022180
公開日2013年1月30日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權日2011年7月25日
發(fā)明者段龍輝, 王善弘, 張秋賢 申請人:緯創(chuàng)資通股份有限公司