CN112910484B - 机载功放设备通信端口防雷*** - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种机载功放设备通信端口防雷***，包括：信号线、收发器芯片、共模防护电路、差模防护电路和退耦电路；所述共模防护电路连接所述信号线、所述差模防护电路和所述退耦电路，所述退耦电路连接所述差模防护电路和所述收发器芯片；所述信号线输入雷击信号到所述共模防护电路；所述共模防护电路、所述差模防护电路和所述退耦电路分别对所述雷击信号进行共模信号抑制、差模信号抑制和退耦，得到输出信号并发送到所述收发器芯片；本申请实施例实现对雷击进行防护，避免信号收到雷击的影响，保障高速通信信号不失真传输，稳定可靠，防雷效果好，保护了后级设备。

Description

机载功放设备通信端口防雷***

技术领域

本申请实施例涉及通信端口防雷技术领域，尤其涉及一种机载功放设备通信端口防雷***。

背景技术

近年来，卫星通信技术取得迅猛发展，卫星通信***以其发射功率大，点对点精准通信，传输容量大，抗干扰能力强，组网机动性好而得到大量运用；由此带动了飞机上的通信业务进入高速发展阶段。传统意义上认为，飞机上的手机信号会对飞机的精密设备产生影响而带来未知的风险，因此搭乘飞机需要关闭手机，但在飞机上关闭手机，无法获取手机信息对人们来说存在诸多不便。如今，随着整个通信技术的不断成熟进步，部分航空公司已经逐渐采用防雷保护器，但现有的防雷保护器仅是对电源进行防雷保护，防雷效果差，当雷电来袭时信号部分易受到损坏。

发明内容

本申请实施例提供一种机载功放设备通信端口防雷***，以解决现有技术中防雷保护器防雷效果差，导致雷击时信号易受到损坏的问题。

在第一方面，本申请实施例提供了一种机载功放设备通信端口防雷***，包括：信号线、收发器芯片、共模防护电路、差模防护电路和退耦电路；

所述共模防护电路连接所述信号线、所述差模防护电路和所述退耦电路，所述退耦电路连接所述差模防护电路和所述收发器芯片；

所述信号线输入雷击信号到所述共模防护电路；

所述共模防护电路、所述差模防护电路和所述退耦电路分别对所述雷击信号进行共模信号抑制、差模信号抑制和退耦，得到输出信号并发送到所述收发器芯片。

进一步的，所述共模防护电路包括第一TSS管、第二TSS管、第三TSS管和第四TSS管；所述第一TSS管的第一端连接所述信号线的RX-接口；所述第二TSS管的第一端连接所述信号线的RX+接口；所述第三TSS管的第一端连接所述信号线的TX-接口；所述第四TSS管的第一端连接所述信号线的TX+接口；所述第一TSS管的第二端、所述第二TSS管的第二端、所述第三TSS管的第二端和所述第四TSS管的第二端均连接接地端。

进一步的，所述退耦电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述第一电阻的第一端连接所述信号线的RX+接口；所述第二电阻的第一端连接所述信号线的RX-接口；所述第三电阻的第一端连接所述信号线的TX+接口；所述第四电阻的第一端连接所述信号线的TX-接口；所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第二端均连接所述收发器芯片。

进一步的，所述差模防护电路包括第五TSS管和第六TSS管，所述第五TSS管的第一端连接所述第一电阻的第一端和所述RX+接口，所述第五TSS管的第二端连接所述第二电阻的第一端和所述RX-接口；所述第六TSS管的第一端连接所述第三电阻的第一端和所述TX+接口，所述第六TSS管的第二端连接所述第四电阻的第一端和所述TX-接口。

进一步的，还包括次级共模防护电路，所述次级共模防护电路包括第七TVS管、第八TVS管、第九TVS管和第十TVS管；所述第七TVS管的第一端连接所述第二电阻的第二端，所述第八TVS管的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第九TVS管的第一端连接所述第四电阻的第二端，所述第十TVS管的第一端连接所述第三电阻的第二端；所述第七TVS管的第二端、所述第八TVS管的第二端、所述第九TVS管的第二端和所述第十TVS管的第二端均连接接地端。

进一步的，所述差模防护电路包括型号为SLVU2.8-4的TVS二极管阵列；所述TVS二极管阵列的第一引脚连接所述第一电阻的第二端，第二引脚连接所述第二电阻的第二端，第三引脚连接所述第三电阻的第二端，第四引脚连接所述第四电阻的第二端。

进一步的，还包括耦合隔离电路，所述耦合隔离电路包括型号为H1102的网络变压器；所述网络变压器的第一初级线圈的第一端连接所述TVS二极管阵列的第八引脚，所述网络变压器的第一初级线圈的第二端连接所述TVS二极管阵列的第七引脚；所述网络变压器的第二初级线圈的第一端连接所述TVS二极管阵列的第六引脚，所述网络变压器的第二初级线圈的第二端连接所述TVS二极管阵列的第五引脚；所述网络变压器的第一次级线圈的第一端、所述网络变压器的第一次级线圈的第二端、所述网络变压器的第二次级线圈的第一端和所述网络变压器的第二次级线圈的第二端均连接所述收发器芯片。

进一步的，所述第一TSS管、所述第二TSS管、所述第三TSS管和所述第四TSS管的型号为P0080SB。

进一步的，所述第七TVS管、所述第八TVS管、所述第九TVS管和所述第十TVS管的型号为UDD32C03。

进一步的，所述第一TSS管、所述第二TSS管、所述第三TSS管和所述第四TSS管的型号为P0060CA。

本申请实施例通过设置共模防护电路、差模防护电路和退耦电路分别对信号线输入的雷击信号进行共模信号抑制、差模信号抑制和退耦后，输出信号到收发器芯片；实现对雷击进行防护，避免信号收到雷击的影响，保障高速通信信号不失真传输，稳定可靠，防雷效果好，保护了后级设备。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种机载功放设备通信端口防雷***的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的RS422端口防雷电路图；

图3是本申请实施例提供的以太网端口防雷电路图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

本申请提供的机载功放设备通信端口防雷***通过设置共模防护电路、差模防护电路和退耦电路分别对信号线输入的雷击信号进行共模信号抑制、差模信号抑制和退耦后，输出信号到收发器芯片；实现对雷击进行防护，避免信号收到雷击的影响，保障高速通信信号不失真传输，稳定可靠，防雷效果好，保护了后级设备。

目前，卫星通信技术取得迅猛发展，卫星通信***以其发射功率大，点对点精准通信，传输容量大，抗干扰能力强，组网机动性好而得到大量运用；由此带动了飞机上的通信业务进入高速发展阶段。传统意义上认为，飞机上的手机信号会对飞机的精密设备产生影响而带来未知的风险，因此搭乘飞机需要关闭手机，但在飞机上关闭手机，无法获取手机信息对人们来说存在诸多不便。如今，随着整个通信技术的不断成熟进步，部分航空公司已经逐渐采用防雷保护器，但现有的防雷保护器仅是对电源进行防雷保护，防雷效果差，当雷电来袭时信号部分易受到损坏。

基于此，提供本申请实施例的机载功放设备通信端口防雷***，来避免现有技术中防雷保护器防雷效果差，导致雷击时信号易受到损坏的问题。

图1为本申请实施例提供的一种机载功放设备通信端口防雷***的结构示意图。参考图1，该***具体包括：信号线、收发器芯片、共模防护电路、差模防护电路和退耦电路；所述共模防护电路连接所述信号线、所述差模防护电路和所述退耦电路，所述退耦电路连接所述差模防护电路和所述收发器芯片。

其中，所述信号线输入雷击信号到所述共模防护电路；所述共模防护电路、所述差模防护电路和所述退耦电路分别对所述雷击信号进行共模信号抑制、差模信号抑制和退耦，得到输出信号并发送到所述收发器芯片。

具体的，通过设置共模防护电路、差模防护电路和退耦电路分别对信号线输入的雷击信号进行共模信号抑制、差模信号抑制和退耦后，输出信号到收发器芯片；实现对雷击进行防护，避免信号收到雷击的影响，保障高速通信信号不失真传输，稳定可靠，防雷效果好，保护了后级设备。

示例性的，请参照图2，提供本申请实施例的RS422端口防雷电路，其中，RS422端口防雷电路包括RS422信号线、RS422收发器芯片U1、共模防护电路、差模防护电路和退耦电路；所述共模防护电路包括第一TSS管D1、第二TSS管D2、第三TSS管D3和第四TSS管D4；所述退耦电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；所述差模防护电路包括第五TSS管D5和第六TSS管D6。

其中，所述第一TSS管D1的第一端连接RS422信号线的RX-接口、所述第五TSS管D5的第二端和所述第二电阻R2的第一端；所述第二TSS管D2的第一端连接RS422信号线的RX+接口、所述第五TSS管D5的第一端和所述第一电阻R1的第一端；所述第三TSS管D3的第一端连接RS422信号线的TX-接口、所述第六TSS管D6的第二端和所述第四电阻R4的第一端；所述第四TSS管D4的第一端连接RS422信号线的TX+接口、所述第六TSS管D6的第一端和所述第三电阻R3的第一端；所述第一TSS管D1的第二端、所述第二TSS管D2的第二端、所述第三TSS管D3的第二端和所述第四TSS管D4的第二端均连接接地端；所述第一电阻R1的第二端、所述第二电阻R2的第二端、所述第三电阻R3的第二端和所述第四电阻R4的第二端均连接所述RS422收发器芯片U1。

一般来说，传统的放电管、压敏电阻因为导通电压高、结电容大等原因，不适用于高速通信***的特定防雷需求，本申请实施例采用导通电压低、结电容小、快速反应的TSS管，实现良好的防雷效果。

可选的，RS422收发器芯片U1采用ADM2587E型号的芯片；第一TSS管D1、第二TSS管D2、第三TSS管D3、第四TSS管D4、第五TSS管D5和第六TSS管D6均选用P0080SB型号的TSS管，VDRM＝6V；第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4选用6.8Ω(1W)的电阻，可有效抑制残压尖峰。

具体的，ADM2587E是一款标准的RS422收发转换器芯片，它能够将常规的单片机控制逻辑与电脑的控制逻辑进行转换，完成二者之间的通信需求；其采用收发隔离、差分传输方式(通过RX+，RX-，TX+和TX-线路进行传输)，大大增加了信号抗干扰能力，传输距离更远。

具体的，当感应雷击能量进入RS422信号线后，可分为两种信号：以大地作为参考，在RX+，RX-，TX+，TX-线路上的感应雷击信号称为共模信号；RX+与RX-，TX+与TX-互为参考的感应雷击信号称为差模信号。

当感应雷击信号(包含250V/10A波形的共模信号和125V/20A波形的差模信号)进入RS422端口防护电路后，第一TSS管D1、第二TSS管D2、第三TSS管D3和第四TSS管D4组成的共模防护电路能迅速响应(响应时间为ns级)，对超过6V及以上的电压，第一TSS管D1、第二TSS管D2、第三TSS管D3和第四TSS管D4自身快速导通，形成瞬态短路到地状态，将大电流泄放到大地中，并将端口电压钳位至不超过25V(其中，视通过电流决定钳位电压，电流越大电压越大，最大不超过25V)，从而使得原本250V和125V的感应雷击信号经过第一TSS管D1、第二TSS管D2、第三TSS管D3和第四TSS管D4后通过的电压不超过25V甚至更小，电压大大减小，保护了后级设备；同理，第五TSS管D5和第六TSS管D6组成的差模防护电路在其压差超过6V时迅速导通，钳位的同时提供通路将雷击感应电流传送至源端，保护后级设备；第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4组成的退耦电路则可以进一步削减钳位电压的尖峰，使传送至ADM2587芯片的冲击信号更小，进一步保护后级设备。

示例性的，请参照图3，提供本申请实施例的以太网端口防雷电路，其中，以太网端口防雷电路包括以太网信号线、以太网收发器芯片U2、共模防护电路、退耦电路、次级共模防护电路、差模防护电路和耦合隔离电路；所述共模防护电路包括第一TSS管D1、第二TSS管D2、第三TSS管D3和第四TSS管D4；所述退耦电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；所述次级共模防护电路包括第七TVS管D7、第八TVS管D8、第九TVS管D9和第十TVS管D10；所述差模防护电路包括型号为SLVU2.8-4的TVS二极管阵列U3；所述耦合隔离电路包括型号为H1102的网络变压器T1。

其中，所述第一TSS管D1的第一端连接以太网信号线的ERX-接口和所述第二电阻R2的第一端，所述第二TSS管D2的第一端连接所述以太网信号线的ERX+接口和所述第一电阻R1的第一端，所述第三TSS管D3的第一端连接以太网信号线的ETX-接口和所述第四电阻R4的第一端，所述第四TSS管D4的第一端连接以太网信号线的ETX+接口；

所述第一电阻R1的第二端连接所述第八TVS管D8的第一端和所述TVS二极管阵列U3的第一引脚；所述第二电阻R2的第二端连接所述第七TVS管D7的第一端和所述TVS二极管阵列U3的第二引脚；所述第三电阻R3的第二端连接所述第十TVS管D10的第一端和所述TVS二极管阵列U3的第三引脚；所述第四电阻R4的第二端连接所述第九TVS管D9的第一端和所述TVS二极管阵列U3的第四引脚；所述第一TSS管D1的第二端、所述第二TSS管D2的第二端、所述第三TSS管D3的第二端、所述第四TSS管D4的第二端、所述第七TVS管D7的第二端、所述第八TVS管D8的第二端、所述第九TVS管D9的第二端和所述第十TVS管D10的第二端均连接接地端；所述网络变压器T1的第一初级线圈的第一端连接所述TVS二极管阵列U3的第八引脚，所述网络变压器T1的第一初级线圈的第二端连接所述TVS二极管阵列U3的第七引脚，所述网络变压器T1的第二初级线圈的第一端连接所述TVS二极管阵列U3的第六引脚，所述网络变压器T1的第二初级线圈的第二端连接所述TVS二极管阵列U3的第五引脚；所述网络变压器T1的第一次级线圈的第一端和第二端以及所述网络变压器T1的第二次级线圈的第一端和第二端均连接所述收发器芯片。

一般来说，传统的放电管、压敏电阻因为导通电压高、结电容大等原因，不适用于高速通信***的特定防雷需求，本申请实施例采用导通电压低、结电容小、快速反应的TSS管和TVS管，实现良好的防雷效果。

可选的，以太网收发器芯片U2采用SB70LC型号的芯片。

可选的，第一TSS管D1、第二TSS管D2、第三TSS管D3、第四TSS管D4、第五TSS管D5和第六TSS管D6均选用P0060CA型号的TSS管，具有更低的结电容(20pf)和更低的导通电压(VDRM＝5V)。

可选的，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4选用5.1Ω/1W的薄膜电阻，使前后级防护电路能够相互配合，电阻值在保证信号传输的前提下尽可能往大选取，防雷性能会更好。

可选的，第七TVS管D7、第八TVS管D8、第九TVS管D9TVS管和第十TVS管D10均选用UDD32C03型号的TVS管。

可选的，TVS二极管阵列U3SLVU2.8-4型号的以太网保护TVS二极管阵列U3。

可选的，网络变压器T1的型号为H1102，起到隔离、匹配作用。

具体的，SB70LC是一款标准的以太网收发转换器，其采用收发隔离、差分传输方式(通过ERX+，ERX-，ETX+，ETX-线路进行传输)，大大增加了信号抗干扰能力，传输距离更远；其中，当达到的雷击信号超过5V以上就有可能损坏芯片。

具体的，当感应雷击能量进入以太网信号线后，可分为两种信号：以大地作为参考，在ERX+，ERX-，ETX+，ETX-线路上的感应雷击信号称为共模信号；ERX+与ERX-，ETX+与ETX-互为参考的感应雷击信号称为差模信号。

当感应雷击信号(包含250V/10A波形的共模信号和125V/20A波形的差模信号)进入以太网端口防护电路后，第一TSS管D1、第二TSS管D2、第三TSS管D3和第四TSS管D4组成的初级共模防护电路能迅速响应(响应时间为ns级)，对超过5V及以上的电压，第一TSS管D1、第二TSS管D2、第三TSS管D3和第四TSS管D4自身快速导通，形成瞬态短路到地状态，将大电流泄放到大地中，并将端口电压钳位至不超过15V(其中，视通过电流决定钳位电压，电流越大电压越大，最大不超过15V)，从而使得原本250V和125V的感应雷击信号经过第一TSS管D1、第二TSS管D2、第三TSS管D3和第四TSS管D4后通过的电压不超过15V甚至更小，电压大大减小，保护了后级设备；第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4组成的退耦电路能够进一步削减初级电路钳位尖峰电压，使传送至SB70LC芯片的冲击信号更小；第七TVS管D7、第八TVS管D8、第九TVS管D9和第十TVS管D10组成的次级共模防护电路导通电压更低(小于4V)，对于到达的幅值大于4V的雷击信号迅速导通响应并低钳位，使达到后级的雷击信号更小，保障不会损坏设备；SLVU2.8-4TVS二极管阵列U3是差模抑制器，用于差模防护，在压差超过6V时迅速导通，钳位的同时提供通路将雷击感应电流传送至源端，能够对ERX+与ERX-，ETX+与ETX-之间的差模信号进行导通抑制，从而保护后级设备；H1102网络变压器T1，起到耦合隔离作用，能将达到输入端信号耦合至输出端且不直连，起到前后隔离作用，进一步保护后级以太网芯片。

上述，本申请实施例根据通信方式的特点及雷击要求合理选用相对应的防雷器件，提供防护的基础上保障高速通信信号不失真的传输；同时防护电路体积小巧，易于设计、稳定可靠。

上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。

Claims (6)

1.一种机载功放设备通信端口防雷***，其特征在于，包括：信号线、收发器芯片、共模防护电路、差模防护电路和退耦电路；

所述共模防护电路连接所述信号线、所述差模防护电路和所述退耦电路，所述退耦电路连接所述差模防护电路和所述收发器芯片；

所述信号线输入雷击信号到所述共模防护电路；

所述共模防护电路、所述差模防护电路和所述退耦电路分别对所述雷击信号进行共模信号抑制、差模信号抑制和退耦，得到输出信号并发送到所述收发器芯片；

所述共模防护电路包括第一TSS管、第二TSS管、第三TSS管和第四TSS管；所述第一TSS管的第一端连接所述信号线的RX-接口；所述第二TSS管的第一端连接所述信号线的RX+接口；所述第三TSS管的第一端连接所述信号线的TX-接口；所述第四TSS管的第一端连接所述信号线的TX+接口；所述第一TSS管的第二端、所述第二TSS管的第二端、所述第三TSS管的第二端和所述第四TSS管的第二端均连接接地端；

所述退耦电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述第一电阻的第一端连接所述信号线的RX+接口；所述第二电阻的第一端连接所述信号线的RX-接口；所述第三电阻的第一端连接所述信号线的TX+接口；所述第四电阻的第一端连接所述信号线的TX-接口；所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第二端均连接所述收发器芯片；

所述差模防护电路包括第五TSS管和第六TSS管，所述第五TSS管的第一端连接所述第一电阻的第一端和所述RX+接口，所述第五TSS管的第二端连接所述第二电阻的第一端和所述RX-接口；所述第六TSS管的第一端连接所述第三电阻的第一端和所述TX+接口，所述第六TSS管的第二端连接所述第四电阻的第一端和所述TX-接口，所述差模防护电路包括型号为SLVU2.8-4的TVS二极管阵列；所述TVS二极管阵列的第一引脚连接所述第一电阻的第二端，第二引脚连接所述第二电阻的第二端，第三引脚连接所述第三电阻的第二端，第四引脚连接所述第四电阻的第二端。

2.根据权利要求1所述的机载功放设备通信端口防雷***，其特征在于，还包括次级共模防护电路，所述次级共模防护电路包括第七TVS管、第八TVS管、第九TVS管和第十TVS管；所述第七TVS管的第一端连接所述第二电阻的第二端，所述第八TVS管的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第九TVS管的第一端连接所述第四电阻的第二端，所述第十TVS管的第一端连接所述第三电阻的第二端；所述第七TVS管的第二端、所述第八TVS管的第二端、所述第九TVS管的第二端和所述第十TVS管的第二端均连接接地端。

3.根据权利要求2所述的机载功放设备通信端口防雷***，其特征在于，还包括耦合隔离电路，所述耦合隔离电路包括型号为H1102的网络变压器；所述网络变压器的第一初级线圈的第一端连接所述TVS二极管阵列的第八引脚，所述网络变压器的第一初级线圈的第二端连接所述TVS二极管阵列的第七引脚；所述网络变压器的第二初级线圈的第一端连接所述TVS二极管阵列的第六引脚，所述网络变压器的第二初级线圈的第二端连接所述TVS二极管阵列的第五引脚；所述网络变压器的第一次级线圈的第一端、所述网络变压器的第一次级线圈的第二端、所述网络变压器的第二次级线圈的第一端和所述网络变压器的第二次级线圈的第二端均连接所述收发器芯片。

4.根据权利要求1所述的机载功放设备通信端口防雷***，其特征在于，所述第一TSS管、所述第二TSS管、所述第三TSS管和所述第四TSS管的型号为P0080SB。

5.根据权利要求2所述的机载功放设备通信端口防雷***，其特征在于，所述第七TVS管、所述第八TVS管、所述第九TVS管和所述第十TVS管的型号为UDD32C03。

6.根据权利要求3所述的机载功放设备通信端口防雷***，其特征在于，所述第一TSS管、所述第二TSS管、所述第三TSS管和所述第四TSS管的型号为P0060CA。

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