CN109217279A - 浪涌防护电路和用于浪涌防护电路的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浪涌防护电路和用于浪涌防护电路的方法，涉及电路技术领域。浪涌防护电路包括：气体放电管，跨接在差分线路对的两条线路之间，其第一端和第二端分别与差分线路对中的高电平和低电平线路的输入端连接；电容，位于差分线路对中的高电平线路，其第一端与气体放电管的第一端连接、其第二端与瞬态抑制二极管连接；瞬态抑制二极管，跨接在差分线路对的两条线路之间，其第一端与电容的第二端连接、其第二端与气体放电管的第二端连接。本发明通过采用气体放电管泄放浪涌冲击的主要能量、采用与输入端串联的电容隔离直流能量以及采用瞬态抑制二极管泄放毛刺尖端能量，能够有效地对高速信号进行浪涌防护，并且对高速信号的衰减小。

Description

浪涌防护电路和用于浪涌防护电路的方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，特别涉及一种浪涌防护电路和用于浪涌防护电路的方法。

背景技术

浪涌是指在瞬间出现的超过稳定值的电压值或电流值的峰值，是发生在几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。可能引起浪涌的原因有短路、电源切换、雷击等等。因而，现有技术中设计了浪涌保护装置，以有效地吸收突发的巨大能量，保护连接设备免于受损。

目前，当传递速率较高的信号时，可以采用TBU(Transient Blocking Units，瞬态阻断单元)来进行浪涌防护。TBU是一种集成电路的设计方案，采用MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)半导体技术制成。

发明内容

发明人发现，TBU的设计方案造价比较高，因此会推高浪涌防护的成本。

针对上述问题，本发明提出了一种对高速信号进行浪涌防护的低成本的解决方案。

根据本发明实施例的第一个方面，提供一种浪涌防护电路，包括：气体放电管，跨接在差分线路对的两条线路之间，气体放电管的第一端和第二端分别与差分线路对中的高电平线路的输入端和低电平线路的输入端连接；电容，位于差分线路对中的高电平线路上，电容的第一端与气体放电管的第一端连接、电容的第二端与瞬态抑制二极管连接；瞬态抑制二极管，跨接在差分线路对的两条线路之间，瞬态抑制二极管的第一端与电容的第二端连接、瞬态抑制二极管的第二端与气体放电管的第二端连接。

在一个实施例中，电容的电容值在10纳法至24纳法之间。

在一个实施例中，电容的电压值小于50伏特。

在一个实施例中，瞬态抑制二极管的电容值不大于0.5皮法。

在一个实施例中，浪涌防护电路还包括：电阻，电阻的第一端与瞬态抑制二极管的第一端连接、电阻的第二端与差分线路对中的高电平线路的输出端连接。

在一个实施例中，浪涌防护电路还包括：电阻，电阻的第一端与瞬态抑制二极管的第二端连接、电阻的第二端与差分线路对中的低电平线路的输出端连接。

在一个实施例中，电阻的阻值小于10欧姆。

在一个实施例中，电容的第一端与气体放电管的第一端之间没有其他元件。

在一个实施例中，浪涌防护电路还包括：静电防护器件，静电防护器件的第一端与气体放电管的第一端连接、静电防护器件的第二端与气体放电管的第二端连接。

根据本发明实施例的第二个方面，提供一种用于浪涌防护电路的方法，包括：将气体放电管的第一端和第二端分别与差分线路对中的高电平线路的输入端和低电平线路的输入端连接；将电容的第一端与气体放电管的第一端连接，将电容的第二端与瞬态抑制二极管连接；将瞬态抑制二极管的第一端与电容的第二端连接、将瞬态抑制二极管的第二端与气体放电管的第二端连接。

上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：本发明通过采用气体放电管泄放浪涌冲击的主要能量、采用与输入端串联的电容隔离直流能量以及采用瞬态抑制二极管泄放毛刺尖端能量，能够有效地对高速信号进行浪涌防护，并且对高速信号的衰减小，降低了对信号质量的影响。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明浪涌防护电路的一个实施例的电路示意图。

图2为本发明浪涌防护电路的另一个实施例的电路示意图。

图3为本发明浪涌防护电路的一个实施例的应用示意图。

图4为本发明用于浪涌防护电路的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明的实施例提供的浪涌防护电路至少包括气体放电管、电容和瞬态抑制二极管。下面介绍示例性的实施例，以描述其中各个部件之间的连接关系以及部件的特征。

图1为本发明浪涌防护电路的一个实施例的电路示意图。如图1所示，该实施例的浪涌防护电路具有差分线路对，两条线路分别为高电平线路和低电平线路。图1左侧为差分线路对的两个输入端，分别为高电平线路的输入端16和低电平线路的输入端17；右侧为差分线路对的两个输出端，分别为高电平线路的输出端18和低电平线路的输出端19。

该实施例的浪涌防护电路中的器件包括：气体放电管11、电容12和瞬态抑制二极管(Transient Voltage Suppressor，TVS)13。在该实施例中，“第一端”和“第二端”的表述仅仅为了区分同一器件的不同端部，而不对本发明起限制性作用。

气体放电管11跨接在差分线路对的两条线路之间，气体放电管的11第一端和第二端分别与差分线路对中的高电平线路的输入端16和低电平线路的输入端17连接。气体放电管11能够泄放浪涌冲击的主要能量。

气体放电管11是与输入端并联的，并且，气体放电管11是上述三个部件中距离输入端最近的。

电容12位于差分线路对中的高电平线路上，电容12的第一端与气体放电管11的第一端连接、电容12的第二端与瞬态抑制二极管13连接。

电容12是与输入端串联的，位于气体放电管11和瞬态抑制二极管13之间。

在现有技术中，会将电容与输入端进行并联，以将电容作为用于泄放电流的旁路电容。然而，类似旁路电容的这种设计会削弱信号中的高频成分，造成信号的衰减。并且，在传递信号时，衰减程度会随着信号速率增长。

为了降低对高速信号的信号质量的影响，本发明采用电容12与输入信号串联，将电容12作为隔直电容使用。当经气体放电管11泄放后剩余的直流能量进入到电容12后，电容12再将这些剩余的直流能量重新导入到气体放电管11，将能量进行再次泄放。

从而，本发明中的电容12能够隔离直流能量以进行浪涌防护，同时又对信号质量的影响较小。

电容12可以靠近浪涌防护电路的输入端放置。从而可以尽快将直流能量进行隔离，以进一步减小直流能量对其他器件造成的影响。

在一个实施例中，电容12的第一端可以与气体放电管11的第一端之间没有其他元件。

在一个实施例中，还可以在气体放电管11和电容12之间设置静电防护器件，使静电防护器件的第一端与气体放电管的第一端连接、静电防护器件的第二端与气体放电管的第二端连接。即，将静电防护器件与气体放电管11并联。静电防护器件例如可以为瞬态抑制二极管。

电容12可以是电容值较小的电容，例如可以设置一个预设值，令电容12的电容值小于该预设值。从而进一步减小对高速信号的衰减。

在一个实施例中，电容12的电容值可以在10nf(纳法)至24nf之间。

电容12还可以是电压值较大的电容，例如可以设置一个预设值，令电容12的电压值大于该预设值。

在一个实施例中，电容12的电压值可以大于50V(伏)。从而进一步保证对直流能量的隔离。

例如，在部分场景下，经气体放电管11放电后，电压在30V左右。此时例如可以选择电压值为50V、电容值为12nf的电容作为电容12。从而既降低了成本，又能够实现浪涌防护的功能。

瞬态抑制二极管13跨接在差分线路对的两条线路之间，瞬态抑制二极管13的第一端与电容12的第二端连接、瞬态抑制二极管13的第二端与气体放电管11的第二端连接。

瞬态抑制二极管13与输入信号并联，位于电容12和浪涌防护电路的输出端之间。瞬态抑制二极管13主要用于泄放毛刺尖端能量。

瞬态抑制二极管的响应时间短，因此可以在产生浪涌现象的瞬间进行反应，以导出能量。

在一个实施例中，瞬态抑制二极管13的寄生电容值可以小于预设值。寄生电容一般是指电感、电阻、芯片引脚等部件在高频情况下表现出来的电容特性。当寄生电容的值较大，也会削弱信号中的高频成分，从而会影响高速信号的质量。因此，本发明的实施例采用寄生电容值较小的瞬态抑制二极管，可以进一步减小对信号造成的衰减。

例如，瞬态抑制二极管13的寄生电容值可以小于0.5pf。

可以采用双向的瞬态抑制二极管作为瞬态抑制二极管13，双向的瞬态抑制二极管不具有方向性；还可以采用单向的瞬态抑制二极管作为瞬态抑制二极管13，此时，瞬态抑制二极管13的第一端为正极、第二端为负极，即，将瞬态抑制二极管13的正极与电容12的第二端连接、瞬态抑制二极管13的负极与气体放电管11的第二端连接。

上述实施例通过采用气体放电管泄放浪涌冲击的主要能量、采用与输入端串联的电容隔离直流能量以及采用瞬态抑制二极管泄放毛刺尖端能量，能够有效地对高速信号进行浪涌防护，并且对高速信号的衰减小，降低了对信号质量的影响。

下面参考图2描述本发明另一个实施例的浪涌防护电路。

图2为本发明浪涌防护电路的另一个实施例的电路示意图。如图2所示，该实施例的浪涌防护电路还包括电阻14、电阻15。本领域技术人员可以在浪涌防护电路中放置电阻14、电阻15中的一个或两个。

电阻14、电阻15位于所述浪涌防护电路中距离输出端最近的位置。

电阻14的第一端与瞬态抑制二极管13的第一端连接、电阻14的第二端与差分线路对中的高电平线路的输出端18连接。

电阻15的第一端与瞬态抑制二极管13的第二端连接、电阻15的第二端与差分线路对中的低电平线路的输出端19连接。

即，电流在流经气体放电管11、电容12、瞬态抑制二极管13后，最后流经电阻14、电阻15。电阻可以起到限流作用。

在一个实施例中，当浪涌防护电路的两个输出端连接芯片时，可以靠近芯片的管脚放置电阻14、电阻15。

可以采用小电阻作为电阻14、电阻15，即，电阻14、电阻15的阻值可以小于预设值。

在一个实施例中，可以令电阻14、电阻15的阻值小于10ohm(欧姆)。从而在减小对信号造成的影响的前提下，降低流到输出端口的直流电流。

本领域技术人员应当清楚，根据需要，还可以在上述各个实施例中添加其他元件，以实现不同功能的电路。

本发明提供的浪涌防护电路可以应用于视频监控信号的传输。下面参考图3描述本发明一个实施例的浪涌防护电路应用示意图。

图3为本发明浪涌防护电路的一个实施例的应用示意图。如图3所示，在该实施例中，信号经由BNC(Bayonet Nut Connector，刺刀螺母连接器)接头31输入，经由浪涌防护电路后输出到芯片44中。在图3的差分线路对中，上方线路为高电平线路，下方线路为低电平线路。下面按照信号的流经顺序分别介绍该实施例中的各个部件。

气体放电管32与输入端并联，跨接在差分线路对的两条线路之间，气体放电管32的第一端和第二端分别与差分线路对中的高电平线路的输入端和低电平线路的输入端连接，以泄放浪涌冲击的主要能量。

电容33串联在电路中，位于差分线路对中的高电平线路上，电容33的第一端与气体放电管32的第一端连接、电容33的第二端与瞬态抑制二极管34连接。电容33例如可以具有12nf的电容值和50V的电压值。

瞬态抑制二极管34与输入端并联，跨接在差分线路对的两条线路之间，瞬态抑制二极管34的第一端与电容33的第二端连接、瞬态抑制二极管34的第二端与气体放电管32的第二端连接，以泄放毛刺尖端能量。

然后，信号可以流经用于进行视频处理的BALUN(Balance To UnbalanceTransformer，平衡到不平衡变压器)，即巴伦电路。巴伦在射频、视频和音频等领域有着广泛的应用，例如在视频领域，巴伦可以将不平衡的同轴电缆传输的信号转变为平衡的信号。

巴伦电路中例如可以包括电感35、电阻36和电阻37。

瞬态抑制二极管38与输入端并联，以继续泄放毛刺尖端能量。

然后，信号可以流经电阻39、电容40和电容41。

电阻42和电阻43位于浪涌防护电路的输出端附近，以对输出的电流进行限制。

通过上述实施例，能在视频传输领域进行浪涌防护。并且，对于需要传送HD-SDI(High Definition Serial Digital Interface，高清数字分量串行接口)信号等高速信号的应用场景，该实施例的浪涌防护电路能够在保护电路的同时减小信号衰减，保证了信号传输的质量。

下面参考图4描述本发明一个实施例的用于浪涌防护电路的方法。

图4为本发明用于浪涌防护电路的方法的一个实施例的流程图。如图4所示，该实施例的用于浪涌防护电路的方法包括步骤S402～S406。

在步骤S402中，将气体放电管的第一端和第二端分别与差分线路对中的高电平线路的输入端和低电平线路的输入端连接。

在本发明采用的气体放电管、电容和瞬态抑制二极管这三个部件中，气体放电管可以设置在距离浪涌防护电路的输入端最近的位置，从而可以首先泄放浪涌冲击的主要能量。

在步骤S404中，将电容的第一端与气体放电管的第一端连接，将电容的第二端与瞬态抑制二极管连接。

在本发明采用的气体放电管、电容和瞬态抑制二极管这三个部件中，电容可以设置在距离浪涌防护电路的输入端第二近的位置，从而可以隔离直流能量。

在步骤S406中，将瞬态抑制二极管的第一端与电容的第二端连接、将瞬态抑制二极管的第二端与气体放电管的第二端连接。

在本发明采用的气体放电管、电容和瞬态抑制二极管这三个部件中，瞬态抑制二极管可以设置在距离输入端最远的位置，以泄放毛刺尖端能量。

上述实施例通过采用气体放电管泄放浪涌冲击的主要能量、采用与输入端串联的电容隔离直流能量以及采用瞬态抑制二极管泄放毛刺尖端能量，能够有效地对高速信号进行浪涌防护，并且对高速信号的衰减小，降低了对信号质量的影响。

可能以许多方式来实现本申请的方法和***。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本申请的方法和***。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本申请的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本申请实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本申请的方法的机器可读指令。因而，本申请还覆盖存储用于执行根据本申请的方法的程序的记录介质。

虽然已经通过示例对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种浪涌防护电路，其特征在于，包括：

气体放电管，跨接在差分线路对的两条线路之间，所述气体放电管的第一端和第二端分别与差分线路对中的高电平线路的输入端和低电平线路的输入端连接；

电容，位于差分线路对中的高电平线路上，所述电容的第一端与所述气体放电管的第一端连接、所述电容的第二端与瞬态抑制二极管连接；

瞬态抑制二极管，跨接在差分线路对的两条线路之间，所述瞬态抑制二极管的第一端与所述电容的第二端连接、所述瞬态抑制二极管的第二端与所述气体放电管的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述电容的电容值在10纳法至24纳法之间。

3.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述电容的电压值小于50伏特。

4.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，

所述瞬态抑制二极管的电容值不大于0.5皮法。

5.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，还包括：

电阻，所述电阻的第一端与所述瞬态抑制二极管的第一端连接、所述电阻的第二端与所述差分线路对中的高电平线路的输出端连接。

6.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，还包括：

电阻，所述电阻的第一端与所述瞬态抑制二极管的第二端连接、所述电阻的第二端与所述差分线路对中的低电平线路的输出端连接。

7.根据权利要求5或6所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述电阻的阻值小于10欧姆。

8.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述电容的第一端与所述气体放电管的第一端之间没有其他元件。

9.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，还包括：

静电防护器件，所述静电防护器件的第一端与所述气体放电管的第一端连接、所述静电防护器件的第二端与所述气体放电管的第二端连接。

10.一种用于浪涌防护电路的方法，其特征在于，包括：

将气体放电管的第一端和第二端分别与差分线路对中的高电平线路的输入端和低电平线路的输入端连接；

将电容的第一端与所述气体放电管的第一端连接，将电容的第二端与瞬态抑制二极管连接；

将瞬态抑制二极管的第一端与所述电容的第二端连接、将瞬态抑制二极管的第二端与所述气体放电管的第二端连接。