超高速以太网监控电涌保护装置的制作方法

文档序号:11253226阅读:555来源:国知局
超高速以太网监控电涌保护装置的制造方法

本发明涉及防雷领域,具体涉及超高速以太网监控电涌保护装置。



背景技术:

电涌保护器(surgeprotectiondevices),简称spd,也称浪涌保护器、过电压保护器,俗称避雷器、防雷器。防雷器元件从响应特性看,有软硬两种。属于硬响应特性的放电元件有火花间隙(基于斩弧技术的角型火花隙和同轴放电火花隙)和气体放电管属于软响应特性的放电元件有金属氧化物压敏电阻和瞬态抑制二极管。这些元件的区别在于放电能力、响应特性和残压,避雷器就是利用它们不同的优缺点,扬长避短,组合成各种避雷器,保护电路。

其中,放电间隙的原理是两个如牛角现状的电极,距离很短,用绝缘材料分开,当两个电极间的电场强度达到击穿强度时,电极之间形成电流通路。当雷电波来到的时候首先在间隙处击穿,使间隙的空气电离,形成短路,雷电流通过间隙流入大地,而此时间隙两端的电压很低,从而达到保护线路的目的。电场强度低于击穿间隙时,放电间隙型避雷器又恢复绝缘状态。常用于高压线路的避雷防护中。在低压系统,常用于电源的前级保护。

气体放电管(gasdischargetube,gdt)是一种陶瓷或玻璃封装,管内再充以一定压力的惰性气体(如氩气),开关型的保护元件,有二电极和三电极两种结构。当电场强度达到击穿惰性气体强度时,就引起间隙放电,从而限制极间的电压。8/20μs脉冲电流能够疏导10ka。放电电压不稳定,当电压大于12v、电流电压100ma时,会产生后续电流。通常用于测量、控制、调节技术电路和电子数据处理传输电路中。

网络防雷器是浪涌保护器的一种,主要是用来针对网络系统所采取的防雷措施。是内部防雷的重要表现。在信息化高速发展的今天,网络防雷器的应用越来越普遍。

现有技术中,应用放电间隙原理或者气体放电管,都只能实现网络传输系统的单向防雷,这样就导致网络防雷器在实际安装使用过程中,安装的时候可能会出现安装失误,导致防雷器失去防雷应有的作用,更大的问题是雷电流对电路或者设备的侵入是不分方向的,现有技术中的网络防雷器并不能起到应有的全方位的保护作用,由于现有技术防雷器对于网络数据速率传输具有较大影响,导致传输速率降低,不能满足网络数据传输速率要求。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的网络防雷器只能单向防雷,无法起到全方位的保护作用,并且其传输速率较低,目的在于提供超高速以太网监控电涌保护装置,实现对输入端以及设备端的双向保护,全方位防止雷电流的无方向入侵,同时提高网络数据的传输速率。

本发明通过下述技术方案实现:

超高速以太网监控电涌保护装置,包括rj45接口端子j1、rj45接口端子j2,所述rj45接口端子j1的引针与rj45接口端子j2的引针均按照引针1、引针2、引针3、引针6、引针4、引针5、引针7、引针8的顺序或倒序设置,使用8条线路分别对应连接,将8条线路对应记为1号线、2号线、3号线、6号线、4号线、5号线、7号线、8号线,8条线路中相邻两条线路构成一个防雷单元,线路不重复使用;每个防雷单元中小号线即1号线、3号线、4号线、7号线记为a信号线,对应的另一条线路即2号线、6号线、5号线、8号线记为b信号线,每个防雷单元中的a信号线与b信号线之间设置有两个桥路,两个桥路并联,其中,

靠近rj45接口端子j1的桥路包括线间放电管g1、低电容二极管f1,所述线间放电管g1一端连接在b信号线上,线间放电管g1与b信号线的连接点记为节点c,线间放电管g1的另一端与低电容二极管f1一端连接;所述低电容二极管f1连接线间放电管g1端的另一端连接在a信号线上,低电容二极管f1与a信号线的连接点记为节点a;

靠近rj45接口端子j2的桥路包括线间放电管g2、低电容二极管f2,所述线间放电管g2一端连接在a信号线上,线间放电管g2与a信号线的连接点记为节点b,线间放电管g2的另一端与低电容二极管f2一端连接;所述低电容二极管f2连接线间放电管g2端的另一端连接在b信号线上,低电容二极管f2与b信号线的连接点记为节点d;

每个防雷单元还包括对地放电管g3和对地放电管g4,所述对地放电管g3一端连接在a信号线上,对地放电管g3与a信号线的连接点处于节点a与节点b之间,对地放电管g3的另一端接地;所述对地放电管g4一端连接在b信号线上,对地放电管g4与b信号线的连接点处于节点c与节点d之间,对地放电管g4的另一端接地;每个防雷单元的对地放电管g3与对地放电管g4共同接地。

放电管是一种使用于设备输入端的高压保护元件。若其两端的电压高过其保护规格值时,其内部会出现短路现象,并吸收掉输入的过高压。放电管分为气体放电管和半导体放电管。其中,气体放电管可以看成一个具有很小电容的对称开关,在正常工作条件下它是关断的,其极间电阻达兆欧级以上。当浪涌电压超过电路系统的耐压强度时,气体放电管被击穿而发生弧光放电现象,由于弧光电压低,仅为几十伏,从而可在短时间内限制了浪涌电压的进一步上升。气体放电管就是利用上述原理来限制浪涌电压,对电路起过压保护作用的。半导体放电管也称固体放电管是一种pnpn元件,它可以被看作一个无门电极的自由电压控制的可控硅,当电压超过它的断态峰值电压或称作雪崩电压时,半导体放电管会将瞬态电压箝制到元件的开关电压或称转折电压值之内。电压继续增大时,半导体放电管由于负阻效应进入导通状态。只有在当电流小于维持电流时,元件才会复位并恢复到它的高阻抗状态。因此,从两种放电管的工作原理以及过程可以得出,放电管在没有遭遇雷电流这样的浪涌电流时,放电管是未导通的。

本发明中,rj45接口端子j1可以连接信号输入端或者设备端,rj45接口端子j2可以连接信号输入端或者设备端,为了描述方便,以下描述的前提是rj45接口端子j1连接信号输入端,rj45接口端子连接设备端。

雷电流的侵入是不分方向的,雷电流可能从信号输入端进入,也可能从设备端进入。

在没有雷电流侵入的时候,由于放电管的工作特性,每个防雷单元的a信号线与b信号线之间的两个桥路相当于断路,rj45接口端子j1与rj45接口端子j2之间通过1号线至8号线进行正常的数据传输。

当雷电流从rj45接口端子j1流入,也就是从信号输入端流入,具体情况如下:

当雷电流从防雷单元的b信号线进入,由于a信号线与b信号线之间的电压突然增大,线间放电管g1导通,b信号线与a信号线之间节点c与节点a之间的桥路导通,雷电流从rj45接口端子j1进入,从节点c依次通过线间放电管g1、低电容二极管f1流经节点a,由于对地放电管g3一端接在a信号线,另一端接地,对地放电管g3两端的电压很高,因此,对地放电管g3也是导通的,雷电流从节点a流出后流经对地放电管g3对地泄流;

当雷电流从防雷单元的a信号线进入,由于a信号线与b信号线之间的电压突然增大,线间放电管g2导通,b信号线与a信号线之间节点b与节点d之间的桥路导通,雷电流从rj45接口端子j1进入,从节点b依次通过线间放电管g2、低电容二极管f2流经节点d,由于对地放电管g4一端接在a信号线,另一端接地,对地放电管g4两端的电压很高,因此,对地放电管g4也是导通的,雷电流从节点d流出后流经对地放电管g4对地泄流;从而防止了雷电流侵入rj45接口端子j2连接的设备端,保护了连接的设备。

当雷电流从rj45接口端子j2流入,也就是从设备端流入,具体情况如下:

当雷电流从防雷单元的b信号线进入,由于a信号线与b信号线之间的电压突然增大,线间放电管g2导通,a信号线与b信号线之间节点b与节点d之间的桥路导通,雷电流从rj45接口端子j2进入,从节点b依次通过线间放电管g2、低电容二极管f2流经节点d,由于对地放电管g4一端接在b信号线,另一端接地,对地放电管g4两端的电压很高,因此,对地放电管g4也是导通的,雷电流从节点d流出后流经对地放电管g4对地泄流;

当雷电流从防雷单元的a信号线进入,由于a信号线与b信号线之间的电压突然增大,线间放电管g1导通,a信号线与b信号线之间节点c与节点a之间的桥路导通,雷电流从rj45接口端子j2进入,从节点c依次通过线间放电管g1、低电容二极管f1流经节点a,由于对地放电管g3一端接在a信号线,另一端接地,对地放电管g3两端的电压很高,因此,对地放电管g3也是导通的,雷电流从节点a流出后流经对地放电管g3对地泄流;从而防止了雷电流侵入rj45接口端子j1连接的信号输入端,保护了rj45接口端子j1连接的相关设备。

由此,实现了防雷器两侧设备的双向保护,解决了本申请提出的问题。

进一步地,每个防雷单元的节点a与低电容二极管f1之间的线路上还串联有单向二极管d1,所述单向二极管d1的阳极与低电容二极管f1连接,所述单向二极管d1的阴极与节点a连接;节点d与低电容二极管f2之间的线路上还串联有单向二极管d2,所述单向二极管d2的阳极与低电容二极管f2连接,所述单向二极管d2的阴极与节点d连接。

当a信号线和b信号线的信号频率或传输速率较高时,如果a信号线与b信号线之间的线对间等效电容较高,会降低信号线的信号频率或传输速率,因此,为了降低总的等效电容,在两个桥路中均设置了单向二极管,用于提高传输信号频率或传输速率。本发明在线间通过放电管放电,再通过低电容二极管结合单向二极管,降低了整个线路的等效电容,等效电容cj≤3pf,对整个线间实现充分保护,并实现高速率的数据传输。

如表一所示,表一为25℃时测得的电特性数据表,从表中可以得出,结电容即等效电容很小,可以对整个线间实现充分保护,并实现高速率的数据传输。

进一步地,当rj45接口端子j1与rj45接口端子j2之间的信号频率w≥10mhz或者

rj45接口端子j1与rj45接口端子j2之间的传输速率r≥10mb/s,a信号线与b信号线之间的线对间等效电容cj≤60pf。

进一步地,当rj45接口端子j1与rj45接口端子j2之间的信号频率w≥100mhz或者rj45接口端子j1与rj45接口端子j2之间的传输速率r≥100mb/s,a信号线与b信号线之间的线对间等效电容cj≤20pf。

进一步地,所述低电容二极管f1和低电容二极管f2均采用selc08ci系列二极管。选用selc08ci系列二极管,是为了降低信号线之间总的等效电容,用于提高传输信号频率或传输速率。

进一步地,所述rj45接口端子j1与rj45接口端子j2之间的电路以及器件集成在pcb板上,所述pcb板为四层结构,pcb板由上至下依次为顶层、pe1层、pe2层和底层,其中,其中,每个防雷单元的对地放电管g3设置在pe1层/pe2层,每个防雷单元的对地放电管g3、对地放电管g4设置在pe2层和pe1层;靠近rj45接口端子j1的桥路、靠近rj45接口端子j2的桥路设置在底层和顶层;3号线与6号线之间的桥路以及7号线与8号线之间的桥路设置在顶层/底层,1号线与2号线之间的桥路以及4号线与5号线之间的桥路设置在底层/顶层。

目前,防雷器中使用的都是双层布线,由于高速数据信号在传输时会有很强的穿透性,容易产生线间、线对的噪声干扰,因此,本发明在顶层和底层之间设置了pe1层和pe2层两层隔离层地,并与内外层板引出的地线连在一起,这样组合成多层电路板,实现良好的接地和隔离,降低了线间、线对的噪声干扰,保证了高速信号的高速率传输。现有技术中高速信号也就是网络数据的传输速率为100mbps,少数产品能达到1000mbps,本发明能达到的传输速率为10gbps,在目前现有技术中的传输速率上提升了10倍以上。

进一步地,所述pcb板厚度为1.60±0.18mm。板材越厚对数据穿透性和干扰越小,而1.60±0.18mm是板材厚度与抗干扰性能双保证的较好的厚度保证,既节约了板材,保证了尺寸较小,又能实现抗干扰性能。

进一步地,所述pcb板上使用的铜箔厚度为1/1oz,即1盎司分之一。铜箔越厚通耐冲击越强,但是铜箔的厚度越大,成本越高,1盎司分之一能很好的平衡成本与耐冲击性能之间的矛盾。

本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:

1、本发明通过在信号线之间设置两个特定的桥路以及对地泄流的线路,实现了对输入端以及设备端的双向保护,全方位防止雷电流的无方向入侵;

2、本发明提供了四层布线,在顶层和底层之间增设两层隔离层地,降低了线间、线对的噪声干扰,保证了了高速信号的高速率传输;

3、本发明的网络数据传输能达到的传输速率为10gbps,而现有技术中存在的最高速率是1000mbps,在目前现有技术中的传输速率上提升了10倍以上。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:

图1为本发明结构示意图;

图2为本发明pcb板层状结构示意图;

图3为现有技术中rj45接口端子的引脚布局;

图4为本发明改进后的rj45接口端子的引脚布局;

图5和图6为现有技术中防雷器的简易电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示,超高速以太网监控电涌保护装置,包括rj45接口端子j1、rj45接口端子j2,所述rj45接口端子j1的引针与rj45接口端子j2的引针均按照引针1、引针2、引针3、引针6、引针4、引针5、引针7、引针8的顺序或倒序设置,使用8条线路分别对应连接,将8条线路对应记为1号线、2号线、3号线、6号线、4号线、5号线、7号线、8号线,8条线路中相邻两条线路构成一个防雷单元,线路不重复使用;每个防雷单元中小号线即1号线、3号线、4号线、7号线记为a信号线,对应的另一条线路即2号线、6号线、5号线、8号线记为b信号线,每个防雷单元中的a信号线与b信号线之间设置有两个桥路,两个桥路并联,其中,

靠近rj45接口端子j1的桥路包括线间放电管g1、低电容二极管f1,所述线间放电管g1一端连接在b信号线上,线间放电管g1与b信号线的连接点记为节点c,线间放电管g1的另一端与低电容二极管f1一端连接;所述低电容二极管f1连接线间放电管g1端的另一端连接在a信号线上,低电容二极管f1与a信号线的连接点记为节点a;

靠近rj45接口端子j2的桥路包括线间放电管g2、低电容二极管f2,所述线间放电管g2一端连接在a信号线上,线间放电管g2与a信号线的连接点记为节点b,线间放电管g2的另一端与低电容二极管f2一端连接;所述低电容二极管f2连接线间放电管g2端的另一端连接在b信号线上,低电容二极管f2与b信号线的连接点记为节点d;

每个防雷单元还包括对地放电管g3和对地放电管g4,所述对地放电管g3一端连接在a信号线上,对地放电管g3与a信号线的连接点处于节点a与节点b之间,对地放电管g3的另一端接地;所述对地放电管g4一端连接在b信号线上,对地放电管g4与b信号线的连接点处于节点c与节点d之间,对地放电管g4的另一端接地;每个防雷单元的对地放电管g3与对地放电管g4共同接地。

节点a与低电容二极管f1之间的线路上还串联有单向二极管d1,所述单向二极管d1的阳极与低电容二极管f1连接,所述单向二极管d1的阴极与节点a连接;节点d与低电容二极管f2之间的线路上还串联有单向二极管d2,所述单向二极管d2的阳极与低电容二极管f2连接,所述单向二极管d2的阴极与节点d连接。

当rj45接口端子j1与rj45接口端子j2之间的信号频率w≥10mhz或者rj45接口端子j1与rj45接口端子j2之间的传输速率r≥10mb/s,a信号线与b信号线之间的线对间等效电容cj≤60pf。

当rj45接口端子j1与rj45接口端子j2之间的信号频率w≥100mhz或者rj45接口端子j1与rj45接口端子j2之间的传输速率r≥100mb/s,a信号线与b信号线之间的线对间等效电容cj≤20pf。

低电容二极管f1和低电容二极管f2均采用selc08ci系列二极管。

线间放电管:1206封装,精度1%,90v或350v(释:90v与350v之间的选用限于poe供电时的选择)

对地放电管:1812封装,精度1%,90v

低电容二极管:selc08ci系列,3216封装,12.0ca

单向二极管:1210封装,12.0ca

如图5和图6所示,都是现有技术中网络防雷器的工作电路,都严格区分了进出方向,这就不符合雷电流流窜特点即不分方向;使用器件的放电管和tvs的电容都较大,这就限制了带宽,达不到本发明能达到的高带宽。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于,如图2所示,rj45接口端子j1与rj45接口端子j2之间的电路以及器件集成在pcb板上,所述pcb板为四层结构,pcb板由上至下依次为顶层、pe1层、pe2层和底层,其中,每个防雷单元的对地放电管g3设置在pe1层/pe2层,每个防雷单元的对地放电管g3、对地放电管g4分别设置在pe2层和pe1层;靠近rj45接口端子j1的桥路、靠近rj45接口端子j2的桥路分别设置在底层和顶层;3号线与6号线之间的桥路以及7号线与8号线之间的桥路设置在顶层/底层,1号线与2号线之间的桥路以及4号线与5号线之间的桥路设置在底层/顶层。

整个pcb板厚度1.60±0.18mm,表面镀层为化学镍金。pcb板材为fr4与rogers4350射频板材混合压制而成。该板材的介质损耗在相同标准下测量,仅为0.0009,极低的介质损耗使其非常适用于要求最小化色散和损耗的高频和宽频段应用,其最高支持频率可达ku波段甚至更高频率。此外还具有极低的吸湿率,仅为0.02%,该特性使它成为高湿度环境应用的理想选择。

顶层:由1/1oz铜箔结合特殊的rj45接口端子引脚,布局3号线与6号线的线对以及7号线与8号线的线对;

pe1层:由1/1oz铜箔对地放电泄流;

pe2层:由1/1oz铜箔对地放电泄流;

底层:由1/1oz铜箔结合特殊的rj45接口端子引脚,布局1号线与2号线的线对以及4号线与5号线的线对;

上述特殊的rj45接口端子是对现有的rj45接口端子改进之后的产品,如图3和图4所示,改变了调换了1/2-3/6的位置,从而实现了1/2-3/6线对之间的阻抗、分布电容和噪声干扰,进一步提高了网络数据的传输速率,同时提高了耐冲击抗浪涌能力。

pcb板上使用的铜箔厚度为1/1oz,即1盎司分之一。

内外层中间设计2层隔离地,对数据高速传输的穿透性有很好保护。

以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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