CN106464297A - 收发器的浪涌保护器 - Google Patents
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Abstract
当浪涌能量发生时，一种输入N路复用滤波阶段对于通过输入电导来接收浪涌能量敏感。包括在双工滤波阶段中的高通滤波器采用在输入N路复用滤波阶段与有线电缆数据服务传输规范(DOCSIS)发射器阶段的输出之间的信号路径中的射频(RF)信号。当浪涌能量发生时，包括在双工滤波阶段中的低通滤波器将浪涌抑制阈值设备耦合到信号路径，以消除在浪涌抑制阈值设备中的浪涌能量。低通滤波器具有低于RF信号的正常操作频率范围的截止频率。当浪涌能量未被施加时，低通滤波器浪涌抑制阈值设备从在RF信号的正常操作频率范围的信号路径中绝缘。
Description
技术领域
本公开涉及耦接到传输线连接器的浪涌保护器。
技术背景
在有线电视网络示例中，线缆顶端器典型地提供输入信息到诸如机顶盒。多路复用滤波器形成机顶盒的输入/输出阶段。经由传输线所采用的输入信号可以包含诸如电视信号。在被称作有线电缆数据服务传输规范(DOCSIS)的回程信道中，发射器生成在多路复用滤波器中所采用的5-54MHz的频率范围的输出信号。
在传输线电压中的浪涌可能改变组件的操作范围，并且严重地危害和/或毁坏它们。存在可能引起有害的电能量浪涌的许多源。一种源是来自众多的源的耦接到传输线的射频(RF)干扰。传输线作为可以延伸至数米的大型天线，从而收集来自诸如无线电广播天线的源的大量的RF噪声功率。另一个源可以是闪电。因此，期望***RF浪涌抑制设备，当浪涌发生的时候形成短的或低的直流(DC)阻抗。
典型的闪电波形由在IEC61000-4-5文件中所描述的更简化的波形所近似。那些波形具有大量的低频内容。在机顶盒的输入处的多路复用滤波器经通过低频范围内的大量的能量。因此不利地，在没有浪涌保护的情境下，多路复用滤波器可能转移来自浪涌的能量到DOCSIS发射器输出，将发射器暴露到可能危害它的强电压中。相同潜在的问题还可能适用于接收器或收发器(并未被示出)，并且它也需要被保护。
针对保护用户电器的普通的实践是在需要被保护的机顶盒的输入处直接地放置浪涌保护设备。例如，气体放电管被放置在被认知为F连接器的RF连接器输入处。存在这样的最小着火电压，其对于达成用于启动保护设备以提供所要求的保护的可观时间长度是必须的。在这段启动的延迟时间内，电器可能被暴露到强电压中。那些电压可能造成危害。
用由瞬态的高速二极管所提供的另外的第二种保护也存在缺点。如果这种高速二极管被连接到诸如DOCSIS发射器之类的输出终端，则当发射器的输出信号足够大时发射器的输出信号自身可能引起二极管导电。不利地，二极管电导可能在正常操作的所传输的信号中产生谐波。在所传输的信号中的谐波是不被期望的，由于它们对其他服务造成信号干扰。因此，期望增加浪涌保护设备与发射器输出之间的绝缘性。
发明内容
提供了当浪涌能量发生时用于执行提供对抗浪涌能量的保护的方法的装置，包括耦接到电导(该电导对于采用浪涌能量到N路复用滤波器敏感)的N路复用滤波器。在正常操作中，第二滤波器耦接在N路复用滤波器与发射阶段与接收器阶段中的一个之间，用于在N通复用滤波器与一个阶段之间的正常操作频率范围采用射频(RF)信号。低通滤波器具有低于正常操作频率范围的截止频率。当浪涌能量发生时，低通滤波器被耦接到第二滤波器以与第二滤波器一起形成双工滤波器，用于耦接浪涌能量到浪涌抑制阈值设备，来消除在浪涌抑制阈值设备中的浪涌能量。低通滤波器将浪涌抑制阈值设备从第二滤波器与N路复用滤波器中的每一个的在正常操作频率范围绝缘。
附图说明
本公开的优选的实施例将参照附图在下列被详细描述：
图1以框图的形式示出了体现有利特性的机顶盒；
图2以框图的形式部分地示出了体现有利特性的包括浪涌保护器的图1的部分电路的部分细节；
图3、图4、图5以及图6示出了从模拟中获得的相应的图的每一个，上述图描绘了相应的参量或图2的电路的作为频率的函数的参量的变化；
图7示出了描绘图2的浪涌保护器的特性的曲线图。
具体实施方式
图1以框图的形式示出了体现有利特性的包括机顶盒102的信号接收设备100。信号接收设备100接收来自有线电视供应商101的、代表广播音频以及视频的程序和内容的信号。信号接收设备100包括驻存在用户的场所之内的组件。有线电视供应商101传输包括54MHz到1000MHz范围内的有线电视信号以及5-54MHz范围内的有线电缆数据服务传输规范(DOCSIS)信号的RF信号113。此外，RF信号113可以包括双向的、并且在1100MHz-1600MHz的频率谱中操作的电缆多媒体联盟(MOCA)本地网***信号。
有线电视供应商101经由具有诸如75欧姆的特性阻抗的传输线112被耦接到机顶盒102。如前面所解释，传输线112对于采用RF浪涌能量到机顶盒102敏感(susceptible)。机顶盒102的一个或多个组件可以与诸如电视或显示器的显示设备集合(未被示出)。
在机顶盒102中，输入RFF连接器(未被示出)被耦接到诸如三工滤波器103之类的众所周知的N路复用阶段。滤波器103形成诸如75欧姆的输入/输出终端122(输入/输出两个功能处)的负载。滤波器103诸如经由滤波器终端103B被耦接到调谐器105，以及诸如经由滤波器终端103c被耦接到调谐器110。
在反向模式的操作中，滤波器103以体现有利特征的方式被耦接到DOCSIS反向的信道150。DOCSIS标准指定返程链路从线缆末端用户到电缆顶端器，在大约5到54MHz的频带中的发射器应该被采用。相应地，DOCSIS信道150在5-54MHz的频率范围内操作。
图2示出了在图1中的DOSIS信道150的更多细节。在图1和图2中相似的符号以及数字表明相似的术语或功能。在图2中的DOCSIS信道150的反向操作模式中，RF输出信号(未被示出)在DOCSIS发射器151的输出终端151a被生成。
在第一个有利的实施例中，输出终端151a经由电导156被耦接到无源双工器152的输入接口3。在第一个有利的实施例中，包括低通滤波器157和保护二极管DZ2的网络155被从输出终端151与端口之间的任何信号路径中排除，并且没有影响。因此，在输出终端151a处生成的输出信号经由电导156被采用到无源双工器152的输入端口3。因此，在无源双工器152的端口2处的作为结果的无源双工器152的输出信号，经由图1的双工滤波器103的输入终端103A与双工滤波器103的输入/输出终端122被应用到传输线112。因此，在图2的DOCSIS信道150的反向操作模式中，终端122形成图1的双工滤波器103的输出终端。
在图2的无源双工器152中，电容C3以及电容C4在端口3与2之间被串联耦接。电感L2在地线或普通电感G与接点终端152a之间被耦接，即在电容器C3与C4之间被耦接形成T型的结构。电感器L2，电容器C3以及电容器C4形成用于递送从端口3到端口2的5-54MHz的DOCSIS信道频率范围的高通滤波器。
三端口网络双工器152的被计算或者被模拟的参量作为频率的函数，在图3、图4、图5以及图6中提供。在图1、图2、图3、图4、图5、以及图6中相似的符号和数字表明相似的术语或函数。用于模拟目的，发射器输出终端151a经由电导156被直接耦接到无源双工器152的输入端口3，并且网络155被排除。同样用于模拟目的，图2的双工器152的组件的数值如下：电感L2＝6.8uH、电容C3＝3.3nF、电容C4＝1.2nF、电容C1＝820pF、电感L3＝1.8uH以及电感L1＝5.6uH。具体地，图3示出了以实线表示的图2的从端口2到端口3的双工器152的高通滤波器的传输特性S(2，3)的曲线图。
在双工器152中，电感L3与电感L1在端口2与端口3之间被串联耦接。电容C1在接地导体G与接点(junction)端口152b之间耦接，即在电感L3与L1之间耦接来形成T型的结构。电容C1、电感L3以及电感L1形成低通滤波器，以这种方式双工器152的高和低通滤波器在端口2处交汇。
在实现有利特性的过程中，浪涌抑制阈值稳压二极管与诸如由力特(Littlefuse)制作的瞬态电压抑制器(TVS)SP3021的浪涌二极管DZ1在接地导体G与输出端口1之间耦接。此外地，终接电阻器R1＝75欧姆与浪涌二极管DZ1被并联耦接。
图3还示出了以虚线表示的描绘从端口1到端口2的低通传输特性S(2，1)的曲线图。根据图3，包括电容器C3与C4的高通滤波器的传输的频率与图2的双工器152的低通滤波器的频率是相等的，其称为交叉频率并且为2MHz。选定用于建立高与低通滤波器之间的所期望的交叉频率的电感和电容的数值的方式在本技术领域内是众所周知的。
在实现有利特性的过程中，由电容器C1、电感器L3以及电感器L1所形成的双工滤波器152的低通滤波器，转移了可能经由图1的传输线112耦接到功率消散电阻R1以及浪涌二极管DZ1的浪涌的能量。但是针对由电容器C1、电感器L3以及电感器L1所形成的双工滤波器152的低通滤波器，浪涌能量可以经由包括双工器152的高通滤波器的信号路径从三工器103耦接到发射器151。以这种方式，避免诸如闪电的浪涌的能量被连通(channel)到DOCSIS发射器151。在轻微的浪涌的情境下，二极管DZ1不导电并且能量在电阻R1中被完全消散。另一方面，在更大幅度的浪涌的情境下，二极管DZ1导电并且在内部消散浪涌能量。因此，用于保护DOCSIS发射器151，低通滤波器的电感L3与电感L1将端口1绝缘，二极管DZ1从DOCSIS发射器151的输出终端151a连接到端口1。此外地，在正常操作电压中，在所感兴趣的频率范围5-54MHz中低通滤波器的电感L3与电感L1避免来自DOCSIS发射器151的输出信号部分地启动保护二极管DZ1。结果地，低通滤波器的电感L3与电感L1有利地避免在DOCSIS发射器的输出终端151a处生成谐波。如果浪涌能量变得足够大，瞬态保护二极管DZ1开始导电，因此有效地短路端口1到接地电位G。在无源滤波器152中，端口1上的作为结果的短路也将在通用端口2处表现低阻抗，以这种方式来大体地减少来自浪涌的能量避免通过双工器152连通。如果相反地，DOCSIS发射器151被直接地连接到与二极管DZ1相似的主要的浪涌保护二极管，那么不被期望地，在输出终端151a处可能存在谐波量的增长。谐波生成的原因是，当作为来自发射器151的高层次输出信号的结果的时候，这种二极管是非线性的，它变得部分地导电。
图4示出了作为频率的函数的端口1与端口3之间的绝缘S(1，3)。如图4的曲线图所示出的，三阶巴特沃思滤波器类型的图2的双工器152提供了针对DOCSIS发射器151的在感兴趣的最低可适用的频率(5MHz)处的在端口1与端口3之间大约12.5dB的绝缘。甚至更高的绝缘可以通过采用不同类型的滤波器或更高阶的滤波器而成为可能。
所期望的是在每个端口保持输入回波损耗至少-10dB。这保证了在不同子***之间的任何不期望的互动被减少。图5示出了端口3的回波损耗。图6示出了以实线表示的来自端口2的回波损耗，以及以虚线表示的在端口2与端口3之间的传输损耗。
在第二个有利的实施例中，类型为诸如由力特(Littlefuse)制造的瞬态电压抑制器SP3021(TVS SP3021)的另外的浪涌二极管DZ2在发射器151的输出终端151a与接地导体G之间被耦接。此外地，图2的导体156从电路中被移除，并且替代地终端151a经由低通滤波器157耦接到端口3。低通滤波器157包括在终端151a与接地导体G之间耦接的68pF的电容C11。被并联放置的270nH的电感L11以及3.3pF的电容C13在终端151a与端口3之间被耦接。此外地，86pF的电容C10在接地终端G与耦接到接点终端157a的端口3之间耦接，放置在电感器L11与电容器C13之间。
二极管DZ2的电流对电压的特性在图7中示出。在此示例中，针对低于大约10V的峰到峰的电压，存在仅仅微弱的电导。然而，因为实际的设备可能具有不可忽视的电导，它仍旧可以在传输信道150中造成非线性的表现。这可以生成发射器频率的谐波。在发射器151与端口3之间的信号路径将低通滤波器157包括在内，结果为全带通滤波器。这种低通滤波器157的目的是减弱可能由DOCSIS发射器151产生的谐波和可能由被保护二极管DZ2引入的非线性影响所产生的谐波。形成作为结果的带通滤波器的组件的数值被最优化以形成针对耦接在三工器103的双工器152的端口2的连续的阻抗。更进一步地，所表现在(representedto)DOCSIS发射器151的阻抗也被由选定的组件数值最优化。应当理解的是，在其他实施例中，双工器152可以被耦接到接收器或信号处理阶段，而不是耦接到DOCSIS发射器151上，用于提供浪涌保护到这种接收器或信号处理阶段。
Claims (21)
1.一种用于提供对抗浪涌能量的保护的装置，该装置包括：
N路复用滤波器，耦接到当所述浪涌能量发生时对应用到所述N路复用滤波器的所述浪涌能量敏感的电导器；
浪涌抑制阈值设备；以及
双工滤波器，包括耦接在所述N路复用滤波器与传输阶段和接收器阶段的一个之间的第二滤波器，所述第二滤波器双工滤波器用于在所述N路复用滤波器与所述一个阶段之间应用正常操作频率范围的射频(RF)信号，所述双工滤波器还包括耦接在所述N路复用滤波器与所述浪涌抑制阈值设备之间的低通滤波器，用于当所述浪涌能量发生时将所述浪涌能量从所述N路复用滤波器转移到所述浪涌抑制抑制设备以消散所述浪涌抑制阈值设备中的所述浪涌能量，并且用于在所述正常操作频率范围内增强所述浪涌抑制阈值设备与所述N路复用滤波器和所述一个阶段中的至少一个阶段之间的RF绝缘性。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电导被耦接到对施加到所述N路复用滤波器的所述浪涌能量敏感的RF传输线。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，当所述浪涌能量经由所述传输线被施加时，所述低通滤波器形成低阻抗以激活所述浪涌抑制阈值设备提供针对所述浪涌能量的电流路径以提供保护。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二滤波器包括高通滤波器。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述高通滤波器被构造以具有T型的结构。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述低通滤波器被构造以具有T型的结构。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一个阶段包括有线电缆数据服务传输规范(DOCSIS)发射器阶段。
8.根据权利要求7所述的装置，还包括第二浪涌抑制阈值设备，所述第二浪涌抑制阈值设备耦接到所述DOCSIS发射器阶段的输出，以及
第三滤波器，所述第三滤波器耦接在所述DOCSIS发射器阶段输出与所述第二滤波器之间用于滤除谐波。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述浪涌抑制阈值设备包括齐纳二极管。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述双工滤波器具有耦接到所述浪涌抑制阈值设备的第一端口、耦接到所述输入N路复用器的第二端口、以及耦接到所述一个阶段的第三端口。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述双工滤波器在所述第一与所述第二端口之间提供满足12dB的S(1,3)参量数值的绝缘性，来提供在正常操作频率范围的最低频率处的绝缘性。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述正常操作频率范围的所述最低频率是5MHz。
13.一种用于提供对抗浪涌能量的保护的方法，该方法包括：
提供N路复用滤波器，所述N路复用滤波器耦接到当所述浪涌能量发生时对应用到所述N路复用滤波器的所述浪涌能量敏感的电导器；以及
提供双工滤波器，所述双工滤波器包括双工滤波器，用于在正常操作中在所述N路复用滤波器与所述一个阶段之间应用正常操作频率范围的射频(RF)信号，并且所述双工滤波器还包括耦接在所述N路复用滤波器与所述浪涌抑制阈值设备之间的低通滤波器，用于当所述浪涌能量发生时将所述浪涌能量从所述N路复用滤波器转移到所述浪涌抑制抑制设备以消散所述浪涌抑制阈值设备中的所述浪涌能量，并且用于在所述正常操作频率范围内增强所述浪涌抑制阈值设备与所述N路复用滤波器和所述一个阶段中的至少一个阶段之间的RF绝缘性。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括耦接所述电导到所述RF传输线。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述低通滤波器形成低阻抗以激活所述浪涌抑制阈值设备提供针对所述浪涌能量的电流路径以提供保护。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括：在所述第二滤波器中对所述RF信号进行高通滤波。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括将所述高通滤波器构建为具有T型的构造。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括将所述低通滤波器构建为具有T型的构造。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括在所述有线电缆数据服务传输规范(DOCSIS)发射器阶段传输所述RF信号。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括耦接第二浪涌抑制阈值设备到形成在所述DOCSIS发射器阶段的所述输出与所述第二滤波器之间的电流路径。
21.根据权利要求19所述的方法，还包括在所述DOCSIS发射器阶段的所述输出与所述第二滤波器之间耦接第三滤波器用于滤除谐波。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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