专利名称：对驻地设备隔离电涌输入的电涌保护、信号调节设备及系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电涌保护，并且更具体地，涉及电涌保护设备的实施例，所述电涌保护设备通过阻止电涌输入到达设备来对设备隔离电涌输入。
背景技术：
共用天线电视(“CATV”)系统给驻地(premise)提供许多服务，该服务包括但不限于因特网服务、电话服务(例如，网络协议语音(“VOIP”)电话)、电视服务、以及音乐服务。这些服务中的每一个服务需要CATV系统和驻地交换带宽，尤其是例如诸如射频(“RF”) 信号以及数字信号。通常，CATV系统被配置为使用相互分离的带宽用以分组传输，并且更常见的是，按照在CATV系统中传输被发送或接收的方向来进行分组。即，具有一个频率的传输可以被相对于驻地和/或CATV系统的前端、沿不同于具有第二频率的传输的方向进行发送或接收。作为一个例子，源自前端设备并被发送到驻地的传输在这里被称为下行带宽， 而源自驻地并被发送到前端设备的传输在这里被称为上行带宽。图1示出CATV系统100的一个例子，CATV系统100包括前端设备102和本地网络104，本地网络104通过分配线106连接到前端设备102。本地网络104包括馈送分接头108、引入线110和具有驻地114的部分112。驻地114经由分配线106、馈送分接头108 和引入线110的组合连接到前端设备102。系统100进一步包括下行带宽116和上行带宽 118，二者都将在下文中更加详细地加以描述。通常，下行带宽116和上行带宽118通过上和下截止频率来加以定义。用于下行带宽116的示例性频率大于约54MHz，并且在一个应用中能够从约54MHz到约1002MHz。用作上行带宽118的频率小于约40MHz，并且在一个应用中能够从约5MHz到约40MHz。术语“下行带宽”和“上行带宽”用在这里一般描述在例如CATV系统100之类的系统内发送、交换和操作的一些传输。如在例如系统100之类的系统中所固有的那样，以描述任意数量传输的方式来使用这些术语。此外，通过这些术语描述的每个传输可能显示出相似于或者不同于其他传输的其他特性的特性。这些其他传输也可以通过术语“下行带宽”和/或“上行带宽”加以分类，就像与本文公开、描述和预期的本实用新型的各种实施例相关地使用的那样。除了 CATV系统之外，与图1的系统100相似配置的系统包括但不限于其他与远程驻地(例如驻地114)通信的单向和双向通信系统。相似系统可以经由传输线(例如分配线106)和引入线110来实施传输。用作传输线的这类传输线是典型的承载传输导体，特别是诸如像同轴电缆、屏蔽电缆、多芯电缆、带状电缆和双绞电缆。被连接到系统100的驻地(例如驻地114)包括例如家、公寓(例如个人公寓和 /或连栋房屋)和企业。这些驻地能够具有任意数量的设备和/或装置(统称为“驻地设备”)，其直接或间接地耦合到引入线110。用于将每个单独驻地设备连接到前端设备102 的技术和装置对那些熟悉CATV系统的人来说通常是公知的，因此不为当前讨论的目的而提供详细的描述。
4[0009]驻地设备可以特别是包括但不限于调制解调器、台式电脑、笔记本电脑、电视、游戏平台、机顶盒(STB)和机顶单元(STU)。这些一般被配置为通过下行带宽116和上行带宽 118与前端设备102通信。例如，通常，驻地设备从前端设备102接收下行带宽116，并且能够将上行带宽118传送到前端设备102。在正常操作期间，例如CATV系统100之类的系统实施在上述频带内存在的传输。 然而，应当认识到，CATV系统100的范围、结构和常规广度使得这些系统对暂态事件是敏感的，所述暂态事件例如像雷击、停电和切换事件。这些暂态事件能够产生输入(在下文中的 “电涌输入”)，该输入落在上行带宽和下行带宽的频带之外。此外，通常暂态事件能够产生落在低于IMHz的频带内的电涌输入。例如，如果CATV系统的部件受到雷击，通常电涌输入具有低于大约IMHz的频率，并且具有足够破坏驻地设备的能量等级。如前面讨论的那些电涌输入之类的电涌输入对许多电部件是有害的，并且对连接到CATV系统的驻地设备特别有害。因此优选地提供某类型的电涌保护设备，其被设计用来避免对驻地设备的损害。然而，任何这类电涌保护设备的先决条件是它还应当传递在期望频带内存在的传输，所述期望频带例如像下行带宽和上行带宽的频带。许多电涌保护设备在产生电涌输入的CATV系统的部分和驻地设备之间串联实现。遗憾的是，通常这些设备不能避免电涌输入到达驻地设备。而这些设备(例如，气体放电管(GDT)和/或金属氧化物压敏电阻器(MOV))被构造时总是伴随有内在延迟或响应时间。该延迟允许电涌输入在设备被完全激活以完全地保护驻地设备避免电涌输入前即刻到达驻地设备。这样的延迟本质上是有害的，因为响应时间越慢，损害越可能发生在驻地设备上。因此，需要能够避免电涌输入到达驻地设备的电涌保护设备，并且更具体地，需要被完全激活以便提供完全保护避免电涌输入的电涌保护设备。还期望的是，以某方式构造电涌保护设备，以便增加其期望寿命，并且降低在CATV系统中发生暂态事件后对维护和/ 或替换的需求。
实用新型内容涉及关于MOV和⑶T的问题的一方面，本实用新型的实施例被配置为使驻地设备隔离电涌输入。例如，诸如通过以避免对驻地设备损害的方式对驻地设备隔离电涌输入，而使得结合本实用新型思想的电涌保护设备能够比MOV和GDT快得多地响应电涌输入。如下文中更详细地讨论的那样，这些实施例还允许在有利带宽内的传输到达驻地设备。在下面的一个实施例中描述了，本实用新型包含用于对驻地设备隔离电涌输入的电涌保护设备，其中，该设备可以包括接收下行带宽的第一电涌路径，和电感地耦合到第一电涌路径的第二电涌路径，第二电涌路径在第一电涌路径之后接收下行带宽。电涌保护设备可以进一步包括在驻地设备之前接收电涌输入的位置耦合到第二电涌路径的阻隔元件。在另一个实施例中，本实用新型包含被配置为对驻地设备隔离CATV系统中的电涌输入的信号调节设备，其中信号调节设备可以包括用于从CATV系统接收下行带宽的第一信号路径。所述设备还可以包括耦合到第一信号路径的RF变压器，RF变压器可以包括第一绕组和电感地耦合到第一绕组的第二绕组。所述设备可以包括耦合到第二绕组的第二信号路径，第二信号路径用于将下行带宽传送到驻地设备。所述设备可以进一步包括在驻地设备之前接收电涌输入的位置耦合到第二信号路径的阻隔元件。在又一个实施例中，本实用新型包含用于阻止电涌输入到达驻地内的驻地设备的系统。该系统可以包括固定于驻地的电涌保护设备，电涌保护设备可以包括具有前端侧和驻地侧的内部电路。内部电路可以包括耦合到前端侧的第一电涌路径，第一电涌路径接收下行带宽，第二电涌路径电感地耦合到第一电涌路径，第二电涌路径用于将下行带宽传送到驻地侧，以及耦合到内部电路的阻隔元件，阻隔元件在驻地设备之前接收电涌输入。系统进一步被配置，其中电涌输入穿过第一绕组和第二绕组中的一个或两个以接地。
为了使得能够更详细地理解本实用新型的上面描述特征的方式，可通过参考实施例来提供上面简单总结的本实用新型的更特定描述，其中的一些在附图中加以阐明。然而， 应当注意的是，附图仅阐明本实用新型的典型实施例，并且因此不被认为是限制其范围，因为本实用新型可以允许其他等同效果的实施例。因此，为了进一步理解实用新型的特性和目的，可对下面结合图阅读的详细说明进行参考，在附图中图1是包括根据本实用新型思想制造的电涌保护器的一个示例的CATV系统的示意图；图2是CATV系统(例如图1的CATV系统)的一部分的详细示意图，其包括根据本实用新型思想制造的电涌保护设备的实施例；以及图3是在CATV系统(例如图1的CATV系统)中使用的电涌保护设备的另一个示例的示意图。
具体实施方式
提供了一种电涌保护设备及其实现，其实施例有益于隔离敏感设备，例如电视、机顶盒和调制解调器。这些实施例能够特别地被配置为避免电涌输入到达这些设备，例如这些电涌输入是由于CATV系统内的雷击而导致的。例如，下面更详细地讨论了电涌保护设备的特定实施例可以包括单个路径，其不仅被配置为在驻地设备和前端设备之间传递传输， 而且还阻隔电涌输入并防止它们在驻地设备处产生电压。这些实施例通常包括一个或更多电路组，每一个电路被配置为单独地或与其他电路结合地进行操作，传递下行带宽，同时还被配置为阻隔电涌输入，以避免电涌输入损害驻地设备。用于实现本实用新型的一个或多个理念的电路以互相连接各种电元件的方式加以构造，所述电元件例如但不限于电阻、电容、晶体管、电感、传输线和开关。这些电路可以进一步与其他电路(和/或设备)通信，其运行高级逻辑函数、算法以及处理固件和软件指令。这种示例电路包括但不限于现场可编程门阵列(“FPGA”)和专用集成电路(“ASIC”)。 尽管所有这些元件、电路和设备独立地以在CATV领域具有普通技能的技术人员所普遍理解的方式运行，但是本文公开和描述的是它们的组合和集成，该组合和集成构成为通常为本实用新型的思想提供的功能电气组和电路。除了上述电路以及在图2和图3中提供并在下面详细描述的电涌保护设备的其他实施例之外，同样实用的是，本实用新型的思想被实现为用于将驻地与CATV系统100(图1)的前端设备102(图1)连接的其他信号处理设备的一部分，或与该其他信号处理设备相组合。这些组合可包括调节上行带宽的设备。该组合还可包括提供上行带宽和下行带宽中的一个或两个的信号衰减、信号处理和信号放大的设备。该功能可被合并到本文所提供的设备中，并且也可被合并到耦合到根据本实用新型制造的设备或以其他方式与该设备对接的独立设备中。考虑到前述内容，并且如可以在图2中看到的那样，示出了根据本实用新型思想制造的电涌保护设备200的示例。此处可见，电涌保护设备200可以包括具有前端侧204 和驻地侧206的内部电路202。内部电路202还可以包括阻隔元件208、耦合到前端侧204 的第一电涌路径210、以及耦合到驻地侧206和阻隔元件208的第二电涌路径212。第一电涌路径210和第二电涌路径212中的每个可以包括地214。驻地侧206通过引入线218耦合到馈送分接头216。信号调节设备200位于系统 (未示出)的部分220中，并且更特别地，驻地侧206耦合到驻地222。这一配置与图1的系统100的部分112相似，其已在上述背景技术部分中加以描述。驻地222接收下行带宽224，并产生上行带宽226，其将在下面更详细地加以描述。 驻地222包括前端接入点228，以及具有多个输入端口 232的内部布线系统230，以及多条线234，其将前端接入点2 与每个输入端口 232连接。驻地222也可以具有多个信号操作设备236，信号操作设备包括生成传输MO的数个驻地设备238。驻地222进一步包括将驻地设备238连接到例如输入端口 232的连接电缆M2。 无线技术也适用于将驻地设备238连接到输入端口 232。传输MO由一个或多个朝向前端接入点2 的线路234来承载，并在前端接入点2 处离开驻地222。示例性的传输，传输 238可以包括但不限于来自调制解调器、机顶盒、电视、电脑及其任意组合的传输。在图2中所示的是，电涌保护设备200能够被固定在驻地222的外面，诸如例如被固定在家、公寓、办公大楼等的外面。但是，在其他实实施方式中，电涌保护设备200被配置为使得其能够置于驻地222内部。这种配置包括处于驻地222内部的位置，在此处，电涌保护设备200能够在下行带宽2M被传送到驻地设备236之前接收下行带宽224。术语“前端侧”和“驻地侧”用于指元件或对象的相对端，所述元件或对象例如电涌保护设备200和/或内部电路202，所述术语不限制本实用新型公开的范围和程度。而是， 当与本公开所设想的电涌保护设备结合讨论时，电涌保护设备的部分被配置为使得它们在电涌保护设备的其他部分之前接收下行带宽224。当通常被定义为这些部分之间的相对位置时，在一些实施例中其将包括电涌保护设备200的一部分，例如前端侧204，其在电涌保护设备200的另一部分(例如驻地侧206)之前接收下行带宽224(包括电涌输入)。如上所述，CATV系统会对闪电和其他能够导致电涌输入(并且更特别地是在下行带宽224中存在的电涌输入)的暂态事件敏感。为了处理这些电涌输入，内部电路202能够被构造为使得电涌保护设备200能够对驻地设备238隔离电涌输入，而不中断前端设备 (例如前端设备102 (图1))和驻地设备238之间的通信。该通信包括在下行带宽2M和上行带宽2 二者的带宽中存在的传输。例如，本文所设计的该类型电涌保护设备能够被构造为适应非常宽的带宽。即，电涌保护设备200的实施例能够适应可能超过3000MHz的带宽，其中，在该设定范围内的电涌保护设备的一种特定结构被构造为适应从大约5MHz到大约 2000MHz。[0033]虽然各种构造能够用于实现本公开所设想的理念，但是可以期望的是，第一电涌路径210和第二电涌路径212(在下文中称为“电涌路径”)包括电缆和传导设备，例如同轴电缆、光缆和符合在特定应用(例如CATV系统100(图1))中进行传输的其他传导设备。 电涌路径还可以包括能够在前端侧204和驻地侧206之间传送传输的电元件和/或电路。 示例性元件可包括例如电感，以及能例如通过提供下行带宽2M和上行带宽226的传输以及电涌输入的耦合(例如，电感耦合)来促进电涌路径之间通信的类似绕组。当与电涌路径结合使用时，阻隔元件208能被配置以防止电涌输入产生能够损害驻地设备226的电压。S卩，可选择阻隔元件208以便阻止电涌输入到达负载，例如驻地设备 226。用作阻隔元件208的合适的阻隔元件能够阻隔可能导致损害的电涌输入。这些阻隔元件还可以允许将传输(例如射频(“RF”)信号)传送到驻地设备226。这种选择通道可通过使用恰当设计的电路来实现，所述电路包括一个或多个电元件，例如电容、电阻、晶体管、 电感及其任意组合。结合图3中所示并且在下文中描述的电涌保护设备的实施例来提供用作内部电路202的一种内部电路构造的细节。例如并且参考图3，示出了电涌保护设备300的另一个实施例。此处可见，电涌保护设备300可包括内部电路302、前端侧304、驻地侧306、阻隔元件308、第一电涌路径310、 第二电涌路径312和地314。电涌保护设备300还可包括RF变压器316，其被耦合到第一电涌路径312和第二电涌路径314。这种配置允许前端侧304和驻地侧306之间的下行带宽318和上行带宽320的传输。RF变压器316可包括多个绕组322。在一个例子中，绕组 322可包括分别耦合到第一电涌路径310和第二电涌路径312的第一绕组3M和第二绕组 326。电涌保护设备300可以进一步包括至少一个滤波设备328，其被耦合到第二电涌路径312。滤波设备3 可以包括滤波电路330，例如但不限于低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器及其任意组合。在一个例子中，滤波电路330被安置为使得其在阻隔元件308之后接收下行信号318，且其在阻隔元件308之前接收上行信号320。可以期望的是，RF变压器316被构造用于至少约3000MHz的带宽，其中一个典型的构造兼容于从约5MHz到约2000MHz的带宽。但是，值得考虑的是，各种配置和构造可用于 RF变压器316，从而使得电涌保护设备300被按照本公开的思想、范围和精神来加以制造。 用于用作RF变压器316的合适变压器的示例可包括但不限于，Ruthoff变压器、Guanella 变压器、Marchand变压器、Balun变压器及其任意组合。通常设置阻隔元件308以使得它在RF变压器316之后接收电涌输入。也可以设置阻隔元件308以使得它在RF变压器316之前接收上行带宽320。如上所述，通常选择用作阻隔元件308的这类阻隔元件，以使得当与RF变压器316串联放置时，阻隔元件308隔离驻地设备，例如驻地设备236(图2)。除了可用作阻隔元件308的合适设备、电路和组合的上述示例之外，可以进一步设想的是，具有介电材料的设备能够被实现为阻隔元件308的一部分。更详细地讨论电涌保护设备300的操作，可以设想的是，设备300被配置为将上行带宽320从驻地侧306传递到前端侧304。同样，设备300被配置为将下行带宽318从前端侧304传递到驻地侧306。这些特征允许驻地设备(未示出)与前端设备(未示出)通信。在设备300的一个实施例中，这些特征通过使用RF变压器316而被促进，其中下行带宽318和上行带宽320能够被经由第一电涌路径310和第二电涌路径312加以输送，并且跨越绕组322进行电感耦合，以便促进前端侧304和驻地侧306之间的通道。在系统(未示出)中产生电涌输入的事件中，设备300被配置为阻止电涌输入产生对驻地设备的损害。 在一个实施例中，该特征通过阻隔元件308来实现，并且更具体地选择阻隔元件308，以便阻隔电涌输入足够长时间，从而使得电涌输入通过RF变压器316的绕组318消散，并达到一个不再能够损害驻地设备的等级。可以设想的是，本文记载的数值以及其他值通过术语“大约”来加以修饰，无论是明确说明还是由本公开的讨论自然地导出均是如此。如本文所使用的，术语“大约”限定了被修饰的值的数值边界，以便包括但不限于容差和上限值(values up to)，并包括被如此修饰的数值。即，数值可以包括所明确说明的实际值，以及是、或可以是本公开中指示和/ 或描述的实际值的小数、分数或其他倍数的其他值。虽然已经参考特定示例性实施例具体地示出和描述了本实用新型，但是本领域技术人员应当理解的是，在不脱离由已述的说明书和附图支持的权利要求所限定的实用新型的精神和范围的情况下，可以在其中产生各种详细的变形。进一步地，当参考特定数量的元件来描述示例性实施例时，应当理解的是，能够使用少于或者大于特定数量的元件来实现该示例性实施例。
权利要求1.一种用于对驻地设备隔离电涌输入的电涌保护设备，其特征在于，所述电涌保护设备包括接收下行带宽的第一电涌路径；以电感方式耦合到第一电涌路径的第二电涌路径，第二电涌路径在第一电涌路径之后接收下行带宽；以及在驻地设备之前接收电涌输入的位置耦合到第二电涌路径的阻隔元件。
2.如权利要求1所述的电涌保护设备，进一步包括耦合到第一电涌路径的第一绕组， 以及耦合到第二电涌路径的第二绕组，其中下行带宽从第一绕组传递到第二绕组。
3.如权利要求1所述的电涌保护设备，进一步包括耦合第一电涌路径和第二电涌路径的RF变压器。
4.如权利要求3所述的电涌保护设备，其中RF变压器包括Ruthroff变压器、GuanelIa 变压器、Marchand变压器、和Balun变压器中的一个或多个。
5.如权利要求1所述的电涌保护设备，进一步包括耦合到阻隔元件和驻地设备之间的第二电涌路径的滤波电路。
6.如权利要求5所述的电涌保护设备，其中滤波电路包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器中的一个或多个。
7.如权利要求1所述的电涌保护设备，其中阻隔元件包括介电材料。
8.如权利要求1所述的电涌保护设备，其中阻隔元件包括电容。
9.一种被配置为对驻地设备隔离CATV系统中所产生的电涌输入的信号调节设备，其特征在于，所述信号调节设备包括用于从CATV系统接收下行带宽的第一信号路径；耦合到第一信号路径的RF变压器，RF变压器包括第一绕组和以电感方式耦合到第一绕组的第二绕组；耦合到第二绕组的第二信号路径，第二信号路径用于将下行带宽传输到驻地设备；以及在驻地设备之前接收电涌输入的位置耦合到第二信号路径的阻隔元件。
10.如权利要求9所述的信号调节设备，其中RF变压器包括Ruthroff变压器、 Guanella变压器、Marchand变压器、和Balun变压器中的一个或多个。
11.如权利要求9所述的信号调节设备，进一步包括耦合到阻隔元件和驻地设备之间的第二信号路径的滤波电路。
12.如权利要求11所述的电涌保护设备，其中滤波电路包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器中的一个或多个。
13.一种用于对驻地中的驻地设备阻隔电涌输入的系统，其特征在于，所述系统包括 固定于驻地的电涌保护设备，电涌保护设备包括具有前端侧和驻地侧的内部电路，内部电路包括耦合到前端侧的第一电涌路径，第一电涌路径接收下行带宽， 以电感方式耦合到第一电涌路径的第二电涌路径，第二电涌路径用于将下行带宽传输到驻地侧，以及耦合到内部电路的阻隔元件，阻隔元件在驻地设备之前接收电涌输入，其中电涌输入穿过第一绕组和第二绕组中的一个或两个以接地。
14.如权利要求13所述的系统，进一步包括耦合到第一电涌路径的第一绕组，以及耦合到第二电涌路径的第二绕组，其中下行带宽从第一绕组传递到第二绕组。
15.如权利要求13所述的系统，进一步包括耦合第一电涌路径和第二电涌路径的RF变压器。
16.如权利要求15所述的系统，其中RF变压器包括Ruthroff变压器、Guanella变压器、Marchand变压器、和Balun变压器中的一个或多个。
17.如权利要求13所述的系统，进一步包括耦合到阻隔元件和驻地设备之间的第二电涌路径的滤波电路。
18.如权利要求17所述的系统，其中滤波电路包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器中的一个或多个。
19.如权利要求13所述的系统，其中阻隔元件包括介电材料。
20.如权利要求13所述的系统，其中阻隔元件包括电容。
专利摘要一种电涌保护器包括被配置为对驻地设备隔离电涌输入的内部电路。在一个实施例中，内部电路可以包括第一信号路径和电感地耦合到第一信号路径的第二信号路径。第一信号路径和第二信号路径中的每个可以包括绕组，例如在RF变压器中存在的绕组。内部电路还可以包括阻隔元件，其耦合到第二信号路径，从而使得阻隔元件在驻地设备之前接收电涌输入。
文档编号H02H9/04GK201994649SQ20102058971
公开日2011年9月28日 申请日期2010年9月27日 优先权日2009年9月25日
发明者E·阿尔坎 申请人:约翰.梅扎林瓜联合有限公司