接口防護(hù)措施總結(jié)

1、xx 接口防護(hù)措施總結(jié)關(guān)鍵字： xx 接口防護(hù)xx 是 IDU 系列產(chǎn)品的低端產(chǎn)品，定位于替代SDU 的部分低端市場(chǎng)，主要用于接入網(wǎng)、小模塊局、微站等市場(chǎng)，同時(shí)兼顧部分戶外基站市場(chǎng)的需求xx 包含很多接口，其中包括電源輸入端口、串口、模擬量輸入端口、E1 端口、傳感器電源輸出端口、網(wǎng)口、USB 口、 I2C 口等。如果不進(jìn)行端口保護(hù)，外部危險(xiǎn)信號(hào)就會(huì)通過(guò)端口直接引入而造成器件的損壞，特別是電源端口、網(wǎng)口和E1 端口等，還會(huì)引入雷電信號(hào)。xx 根據(jù)其端口的自身特點(diǎn)進(jìn)行了一些保護(hù)措施，現(xiàn)在對(duì)各個(gè)端口保護(hù)措施進(jìn)行分析說(shuō)明。1. 電源輸入端口圖 1 電源輸入端口輸入電源電壓為直流20V-60V。根據(jù)電

2、源輸入端的特點(diǎn)，防護(hù)措施包括防雷、防浪涌、以及過(guò)流、防反接等。 防雷或防浪涌沖擊的措施編輯版 word采用壓敏電阻通過(guò)放電管接地的方式進(jìn)行雷擊保護(hù)，壓敏電阻型號(hào)為S20K60。它的防雷電壓為85V，可以防護(hù) 6.5kA 的雷電。如圖1，采用 R152 和 R151 與放電管 G1連接來(lái)防護(hù)共模雷，其中放電管G1 可以縮短壓敏的泄放通道。R149用來(lái)防護(hù)差模雷，不采用 R152 和 R151串聯(lián)的方式來(lái)濾除差模雷， 是因?yàn)檫@兩個(gè)壓敏電阻串聯(lián)后的防雷電壓為 170V，這樣將無(wú)法濾除85V170V 之間的差模雷。 過(guò)流保護(hù)措施電源保護(hù)電路在正級(jí)輸入端串聯(lián)保險(xiǎn)絲F1 來(lái)進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，當(dāng)電流太大時(shí)，保險(xiǎn)

3、絲熔斷來(lái)對(duì)單板進(jìn)行保護(hù)。 防反接保護(hù)措施在電源的負(fù)極串入二極管D66 通過(guò)它的單向?qū)щ娦阅軄?lái)實(shí)現(xiàn)電源的反接保護(hù)。當(dāng)電源極性反接時(shí)，電路不工作，單板不損壞。 電源濾波圖 1 中， C139、C154、L26、C140、C141、C158組成了電源濾波器，它對(duì)濾除差模噪聲和共模噪聲都有一定的效果。 共模電感 L26 在濾除差模噪聲的同時(shí)對(duì)共模噪聲有顯著效果，同時(shí)， C140、C141 也是濾除共模噪聲，其選用為 0.022微法的陶介電容，有較好的高頻特性。2. 以太網(wǎng)輸入端口以太網(wǎng)接口作為一種寬帶網(wǎng)的基本通信接口在產(chǎn)品中得到了大量應(yīng)用。主要包括10M 和 100M 的以太網(wǎng)接口。這里將從網(wǎng)口濾波電

4、路和網(wǎng)口防護(hù)電路兩個(gè)方面討論網(wǎng)口的保護(hù)措施。 網(wǎng)口濾波器IPLU 采用的是具有 EMI 抑制作用的接口變壓器， 型號(hào)為 E&E Magnetic Products Ltd.編輯版 word公司的 820-M0141R，如圖 2 所示。需要注意的地方有以下幾點(diǎn)：1) 物理芯片側(cè)的變壓器中心抽頭需通過(guò) 0.01-0.1uf的電容接地。2) 物理芯片側(cè)的線間電阻根據(jù)芯片不同可選擇上拉或者通過(guò)電容接地。電阻靠近芯片管腳放置。3) 芯片側(cè)的變壓器中心抽頭通過(guò) 0.01uf 電容接地。中心抽頭的接地電容也可通過(guò)磁珠上拉。網(wǎng)口變壓器是隔共模信號(hào)，通差模信號(hào)。通常的網(wǎng)口變壓器可以耐受有效值1500V的

5、交流電壓，因此3000V 以下的瞬態(tài)共模浪涌電壓從理論上講是不會(huì)通過(guò)變壓器的隔離，到達(dá)接口芯片而損壞接口芯片的。但是在通常測(cè)試中，1kV 的共模浪涌電壓有時(shí)就會(huì)出現(xiàn)芯片損壞的情況，這是因?yàn)樵跍y(cè)試過(guò)程中，共模浪涌信號(hào)絕緣擊穿轉(zhuǎn)換成為差模信號(hào)，直接無(wú)衰減通過(guò)隔離變壓器到達(dá)芯片而造成芯片損壞。網(wǎng)口變壓器二級(jí)防護(hù)電路圖 2 網(wǎng)口保護(hù)電路編輯版 word圖 3 RJ45 管腳接線圖共模信號(hào)如何轉(zhuǎn)化成差模信號(hào)？網(wǎng)口共8 根線，四對(duì)差分線， 10M 和 100M 網(wǎng)口用的是 1、2、3、6 四根線， 4、5、7、8 四根線沒(méi)有使用，但是4、5、7、8 也是連接到外部的電纜，同樣也會(huì)耦合到浪涌信號(hào)，浪涌信號(hào)通

6、過(guò)這八根線到達(dá)單板，所以把這八根線在單板上的所有的PCB 走線、連接的連接器插針、電容管腳、電阻管腳以及變壓器管腳稱為高壓區(qū)，而其它的地、電源、螺釘、點(diǎn)燈線則為低壓區(qū)。如果高壓區(qū)和低壓區(qū)之間的絕緣距離不夠，就會(huì)發(fā)生絕緣擊穿，因此共模轉(zhuǎn)成差模，差模信號(hào)通過(guò)隔離變壓器直接達(dá)到芯片，從而造成芯片損壞。不用的 RJ45管腳 4 、5、7、8 按圖 3 的方法處理。 網(wǎng)口防護(hù)電路為了防止上述的共模浪涌信號(hào)轉(zhuǎn)化成差模信號(hào)而毀壞芯片的事件發(fā)生，就需要在接口電路和網(wǎng)絡(luò)濾波器之間加網(wǎng)口防護(hù)電路。如圖2 中所示， IPLU 的網(wǎng)絡(luò)端口采用的是由分立元件設(shè)計(jì)的二級(jí)防護(hù)電路。第一級(jí)為空氣放電管，通常選擇三端放電管。它

7、既可以起到差模防護(hù)的作用，也可以起到共模防護(hù)的作用，具體防護(hù)能力取決于空氣放電管的通流量。由于網(wǎng)口信號(hào)速率很高，所以要注意防護(hù)器件的結(jié)電容對(duì)信號(hào)的影響。這里的空氣放電管（編號(hào)：19020105）的結(jié)電容在 2pF 以下。第二級(jí)防護(hù)采用分立元件設(shè)計(jì)，可以防護(hù)差模浪涌電壓，兩級(jí)防護(hù)之間的退耦電阻阻值為 4.7 歐姆。需要注意防護(hù)電路的結(jié)電容要滿足信號(hào)要求，由于TVS 管的結(jié)電容較編輯版 word大。圖 2 中采用快恢復(fù)二極管和TVS 管串聯(lián)的方式， 使電路的結(jié)電容主要決定因素是二極管，二極管的結(jié)電容為10pF。整個(gè)防護(hù)電路的防護(hù)等級(jí)取決于空氣放電管的防護(hù)等級(jí)，可以防護(hù)共模5kA，差模3kA。該電路

8、成本較低，但比較占空間。3. E1 輸入端口E1 的輸入端口采用的網(wǎng)口防護(hù)電路與網(wǎng)絡(luò)輸入端口的網(wǎng)口防護(hù)電路相同，器件選型和參數(shù)都是一樣， 它是由分立元件設(shè)計(jì)的二級(jí)防護(hù)電路，既可以起到差模防護(hù)的作用，又可以起到共模防護(hù)的作用?？梢苑雷o(hù)共模5kA ，差模 3kA，具體分析見(jiàn)上節(jié)。4. RS232/485/422輸入端口和 RS232/485輸入端口RS232/485/422 輸入端口和 RS232/485 輸入端口采用的防護(hù)電路相同，這里統(tǒng)一分析。圖 4 RS485/422 輸入端接口保護(hù)電路RS485/422采用雙端平衡傳輸方式， 既輸入輸出均為差動(dòng)方式。 其中一條線是邏輯1 時(shí)，另一條線為邏輯

9、0。由于兩條雙絞線傳送的是一對(duì)互補(bǔ)信號(hào)，故抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高。在實(shí)際應(yīng)用中，由于對(duì)RS485/422 通信電路的工作可靠性有很高的要求，編輯版 word所以必須在電路設(shè)計(jì)中增加外圍電路來(lái)增強(qiáng)電路工程適應(yīng)能力和抵抗各種干擾的能力。圖 4 為 RS485/422輸入端接口保護(hù)電路，這也是一個(gè)二級(jí)防護(hù)電路。第一級(jí)為空氣放電管，通常選擇三端放電管。它既可以起到差模防護(hù)的作用，也可以起到共模防護(hù)的作用，具體防護(hù)能力取決于空氣放電管的通流量?？諝夥烹姽艿木幪?hào)為 19020105，可以防護(hù)共模5kA，差模 3kA。第二級(jí)由分立元件組成，其中VTS 管 D17 用來(lái)防護(hù)差模浪涌電壓，VTS 管 D89和

10、 D24 各自接地用來(lái)濾除共模浪涌電壓。兩級(jí)防護(hù)之間的退耦電阻阻值為7.5 歐姆。在平衡通信線 A 和 B 上，電感 L3 和電感 L4 串聯(lián)其中用來(lái)濾除電流紋波。設(shè)計(jì) 10千歐的上拉電阻和10 千歐的下拉電阻作用是提高總線空閑電平，增加對(duì)差模干擾抵抗能力。RS232是在電源監(jiān)控中常用的一種通訊方式，且使用方便，能夠直接與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接。圖 5 為 RS232輸入端接口保護(hù)電路。圖 5 RS232輸入端接口保護(hù)電路如圖 5，第一級(jí)采用三端放電管，起到差模和共模防護(hù)的作用。第二級(jí)采用VTS 管來(lái)濾除共模浪涌電壓，兩級(jí)防護(hù)之間的退藕電阻為100 歐姆。由于 RS232不是差分輸入信號(hào)，所以不用像

11、RS232那樣濾除差模浪涌電壓。 同樣的電路中串聯(lián)L5 和 L6 用來(lái)濾除編輯版 word電流紋波。5. 傳感器電源輸出端口IPLU 為外部傳感器提供24V 和 12V 電源，電源輸出端口也采取了一些防護(hù)措施，用以防止外部設(shè)備對(duì)IPLU 產(chǎn)生干擾，接口電路圖如圖6。圖 6 傳感器電源輸出接口電路圖如圖 6，XX 的輸出電源首先經(jīng)過(guò)一個(gè)電感，用來(lái)濾除電流紋波；然后經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管，利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，既保證了電源向外部供電，又能夠防止外部器件對(duì)電源本身的干擾；通過(guò)VTS 管 D44 和 D43 接地，能夠有效的濾除共模浪涌電壓；電感L49，L50，L48 是貼片電感器，大小為10uH，它能夠

12、在上電及掉電時(shí)有效的減小電流的沖擊； 0.001 微法的對(duì)地電容，能夠?yàn)V除電壓紋波；最后經(jīng)過(guò)三端放電管，能夠起到共模和差模防護(hù)的作用。傳感器電源輸出端口的保護(hù)措施包括：防雷、防浪涌電壓、減小沖擊電流、濾除電壓電流紋波，電流單向輸出。6. 模擬量輸入端口編輯版 word圖 7 模擬量輸入端口防護(hù)電路XX 有 5 路通用模擬量輸入，通過(guò)跳針的選擇，既可以采樣電壓又可以采樣電流。電壓通道最大耐壓 60Vdc，電流通道最大耐流 32mA，干結(jié)點(diǎn)方式外供 24V/12V 電源。圖 7 為 I/O 端口的保護(hù)電路， 輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)三端放電管， 能夠起到共模防護(hù)和差模防護(hù)的作用。電感L31、L32、L33、L

13、34 大小為 500uH±10%。它能在接入和斷開(kāi)采樣信號(hào)時(shí)，減小電流的沖擊。VTS 管用來(lái)濾除共模浪涌電壓。電感L27、L28、 L29、L30 用來(lái)濾除電流紋波。I/O 端口的保護(hù)措施主要包括： 防雷、防浪涌電壓、減小沖擊電流、 濾除電流紋波。7. USB端口編輯版 word圖 8 USB 端口保護(hù)電路IPLU 設(shè)計(jì)了 2 個(gè) USB 端口，它采用 USB-HOST 接口， 2.0 標(biāo)準(zhǔn)，能識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)U 盤(pán)，能夠獲取 USB 攝像頭圖象。每個(gè)USB 端口有 4 根引線，其中 1 腳和 4 腳用來(lái)給 U 盤(pán)供電， 2 腳和 3 腳為傳輸數(shù)據(jù)線。 對(duì)于 1 腳和 4 腳， 5V 的供電

14、電壓，主要由濾波電路和防護(hù)電路組成。首先通過(guò)電容濾波。 C97 和 C122組成并聯(lián)電容組， 其中 C97 的電容大小為 10 微法，其主要作用是濾除電源中的低頻噪聲，C122的電容大小為 0.1 微法，主要作用是為了濾除電源上的高頻噪聲。通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)的電感作用為抑制電流瞬間變化，兩個(gè)電感的編號(hào)為 10070008，單個(gè)能夠承受的電流為 500mA，兩個(gè)電感就能夠承受 1A 的電流。輸出側(cè)的電容主要用來(lái)過(guò)濾高頻紋波。防護(hù)電路是由 VTS 管組成，作用是濾除共模浪涌電壓。 對(duì)于 2 腳和 3 腳，采用了由分立元件組成的防護(hù)電路，可以防護(hù)差模浪涌電壓。由于 USB 信號(hào)速率很高，所以要注意防護(hù)器件

15、的結(jié)電容對(duì)信號(hào)的影響。二極管如圖8所示，該電路結(jié)電容主要決定因素是二極管，該二極管的結(jié)電容為10pF。電容 C128 和 C129 大小為 39pF，用來(lái)濾除高頻電壓紋波。電阻R143 和 R142 為退編輯版 word藕電阻，傳輸數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)保護(hù)后送給CPU 處理。8. I2C 端口圖 9 I2C 電路的接口保護(hù)電路XX 的 I2C 口只能接入自制的 I2C 溫濕度傳感器。其中 VCC_5 和 GND 用來(lái)給溫濕度傳感器供電。 SCL 和 SDA 為信號(hào)線，當(dāng)時(shí)鐘線 SCL 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線 SDA 由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“開(kāi)始”信號(hào)；當(dāng) SCL 線為高電平時(shí)， SDA 線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤敖Y(jié)束”信號(hào)。 5V 對(duì)外供電的防護(hù)電路包括濾波電路和防護(hù)電路兩個(gè)部分，濾波電路由電感和并聯(lián)電容組組成，用 VTS 管來(lái)防護(hù)共模浪涌電壓。 對(duì)于信號(hào)線，用 VTS 管來(lái)防護(hù)共模浪涌電壓， 電感 L15 用來(lái)濾