专利名称：一种支路保护倒换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及网络设备的保护电路，特别涉及一种支路保护倒换电路。有关支路保护倒换电路的设计有1:N保护方式，其中N＝1、2、3...，意思是一块保护板可以保护N块工作板，但在某一时刻，只能对N中一块工作板进行有效保护。例如SDH(同步数字系列，传输设备中欧洲标准)或者Sonet(同步光网络，传输设备中北美标准)产品中E1/T1或E3/T3等信号电路保护设计，其中，E1/E3是PDH(准同步数字系列)标准接口中欧洲标准，T1/T3是PDH标准接口中北美标准。对于信号传输速率低的E1/T1信号，N可以较大(大于3以上)，而对于信号速率较高的E3/T3信号，一般N＝1，即1:1的保护。由于业界标准要求，不能把有源器件放置在接口板上，所以简单的支路保护倒换电路设计，必然使信号互连的链路存在至少一个分叉(Stub)，对于一定的信号速率，Stub的长度对信号的传输是有影响的。根据传输线的理论，如果Stub长度造成的传输时延Tpd与信号上升沿Tr满足Tr≤6*Tpd时，则该Stub系统是一个分布式系统，即链路上Stub对信号传输造成的影响是不可忽略的。例如E3信号，如果分叉链路传输时延较小时，也就是分叉点的电气特性与分叉末端的电气特性在同一时刻区别不大时，不用考虑传输线效应，可以认为该stub系统是一个集总式系统，Stub造成的影响可以用集总式系统的方案解决，但是如果stub长度较大或者信号上升沿Tr很小，分叉支路体现出了传输线的特性，那么电路设计的时候必须考虑传输线效应的影响。
现有技术一的支路保护倒换电路设计方案是沿用以往低速信号的解决方案，即上述提到的集总式系统的解决方案，该方案基本没有考虑传输线的影响，该解决方案的框图如
图1所示，驱动端(Driver)通过接口板和背板后分成两路通道工作通道和保护通道；工作通道通过连接器连到工作板上，保护通道也通过连接器连到保护板上，工作板和保护板都通过板上的选择开关来选择各自的工作状态。该方案工作方式是某一时刻有且仅有一路通道在工作，而另一路通道在选择开关处断开，处于不工作状态，哪一路通道在位(即处于工作状态)是通过保护板和工作板上各自的选择开关来实现，选择开关的动作是通过主机软件来控制的，选择开关是“一对多”的情况，其中的“一”接在工作通道或者保护通道上，“多”为两路或者两路以上，其中一路连接到工作板处理芯片或保护板处理芯片，别的路处于高阻态。
图2是图1所示框图的等效电路图。此时支路AC处于工作状态，而支路AB处于保护状态，即支路AB末端的等效负载(R1)相当于开关的高阻态电阻，而支路AC末端的等效负载(R2)为处理芯片输入阻抗值。这样保护通道总有一段走线相对于工作通道来说形成一段Stub；而当工作通道或者工作板出问题时，系统通过选择开关切换到保护通道或者保护板，此时原来的工作通道处于开路状态，对保护通道来说也形成一段Stub走线。
虽然该解决方案基本能够满足一般的低速信号或者Tr/Tf比较大的互连系统的要求，但是没有考虑Stub造成的反射问题，不能满足高速信号的互连系统的要求，不支持Tr/Tf较小的信号正常工作，链路中始终带着一根终端开路的Stub走线，不能保护分叉较长的系统；对某一种信号类型来说，图2中AC段(工作通道)，AB段(保护通道)的传输时延不能超过Tr/m，即必须确保链路分叉支路系统为集总式系统，否则就会导致系统不稳定。
为了解决上述支路倒换保护电路保护设计方案中存在Stub走线的问题，现有技术二所提供的支路保护倒换电路设计方案框图如图3所示，驱动端(Driver)在接口板和背板都是点到点的互连，接口板和背板部分通过一个连接器与保护板上的选择开关互连，之后，选择开关通过另一个连接器连回接口板和背板部分，接口板和背板部分再通过另一个连接器连到工作板上，通过这样的连接关系，确保工作链路不存在Stub分支；这种方案还可以通过如图4所示的框图来实现，即把图3中工作板和保护板的位置互换，其它连接关系不变。
该解决方案的等效电路图，参见图5，等效于点对点电路互连，即驱动端(Driver)直接与板上的芯片输入阻抗相连，R表示板上的芯片输入阻抗。
链路分开是通过用工作板或者保护板上的选择开关来实现，确保工作链路不存在Stub分支。选择开关是“一对多”的设计方案，其中的“一”连接到背板侧过来共享总线，“多”为两路或者两路以上，其中一路连接到工作板，另一路连接到保护板，别的路处于高阻态。链路选择工作板工作还是保护板工作，由主机软件来控制。正常情况下，某一时刻，工作板和保护板有且只有一块板处在工作状态。
现有技术二的缺点是1、对带有选择开关选择总线的单板(工作板或保护板)要求非常高，一旦该板有问题，也不能倒换到备份单板，故板级保护方案不可靠。
2、带有选择开关选择总线的单板出线的密度加倍，多使用了一个连接器，给板上的布线带来一定的困难，产品较难实现，同时单板背板成本增加。
随着系统集成密度越来越大，处理能力越来越强，要求提高系统可靠性，这对支路倒换保护电路设计要求也变得更加复杂，以往的电路保护方案无法保证新互连方案的要求，随着需要保护信号的速率不断增加(例如FE电路保护方案)以及信号传输距离的增大，信号走线已经表现为传输线的特性，也就是信号传输系统已经是一个分布式系统，而不是集总式系统，用现有技术一的保护方案，即集总式方案是无法解决的；而现有技术二的保护方案，板级保护不可靠，产品实现比较困难。本发明的实施例要解决的技术问题是提供一种支路保护倒换电路，能够提高分叉走线较长的互连系统的信号传输质量，实现对互连系统的可靠保护。
本发明实施例的技术方案是一种支路保护倒换电路，包括驱动端、至少一块工作板和至少一块保护板，所述工作板和保护板上分别设置有开关和处理芯片，所述驱动端分叉形成至少两条支路，所述至少两条支路分别通过所述开关与所述处理芯片连接，还包括至少两个阻抗匹配网络，所述至少两个阻抗匹配网络的第一端分别连接在所述至少两条支路上，所述至少两个阻抗匹配网络的第二端连接到电源VCC或者接地。
还包括分别串接在所述驱动端和所述开关之间的至少两个连接器，所述至少两个阻抗匹配网络的第一端分别连接于所述连接器与所述开关之间。
所述开关为包括一个输入端以及至少两个负载端的“一对多”选择开关，所述选择开关的输入端与所述至少两条支路的分叉点相连接，所述选择开关的一负载端与所述处理芯片相连接。
所述至少两个阻抗匹配网络的第一端分别连接于所述工作板上的选择开关的其它负载端和所述保护板上的选择开关的其它负载端。
还包括分别串接在所述驱动端和所述开关之间的至少两个连接器，所述至少两个阻抗匹配网络的第一端分别连接在所述至少两条支路的分叉点与所述连接器之间。
还包括至少两个隔离器，所述至少两个隔离器分别串联接入所述连接器与所述工作板上开关之间的支路中和所述连接器与所述保护板上开关之间的支路中。
本发明实施例的有益效果是板级支路倒换保护电路更容易实现，只需关断其中的一个开关，同时接通其中的另一个开关就可以对支路进行保护倒换；保护板或者工作板出线密度不会太高，板上的布线易于设计，产品容易实现；由于在分叉支路增加了匹配负载，解决相对高速信号的支路倒换保护电路保护问题，避免链路中出现一根终端开路的Stub走线，能保护分叉较长的互连系统，提高互连系统的信号传输质量，确保传输信号的完整性，同时链路无误码传输；本发明实施例的电路可以在接口板和背板部分上的分叉支路匹配负载，同时在单板(保护板和工作板)上增加隔离器，这样可以实现更高速信号的电路保护；另外，本发明实施例的电路不仅可以应用在1:1的支路倒换保护电路方式中，还可以应用在M:N(M、N为大于1的整数)的支路倒换保护电路方式中。图1是现有技术一支路倒换保护电路的框图。
图2是图1所示框图的等效电路图。
图3是现有技术二支路倒换保护电路的框图(一)。
图4是现有技术二支路倒换保护电路的框图(二)。
图5是图3和图4所示框图的等效电路图。
图6是本发明实施例一支路倒换保护电路的框图。
图7是本发明实施例二支路倒换保护电路的框图。
图8是本发明实施例三支路倒换保护电路的框图。
图9是图6、图7和图8所示框图的等效电路图。下面结合附图和实施例进行进一步阐述为了实现更高速的信号电路及分布式系统的支路保护倒换功能，保证信号传输的完整性，本发明的实施例提供了三种形式的解决方案图6是本发明实施例一支路倒换保护电路的框图，该支路保护倒换(TPS)电路，包括接口板和背板部分、两个阻抗匹配网络、一块工作板和一块保护板，接口板和背板部分分别通过连接器与工作板、保护板进行连接，接口板和背板部分上的驱动端或者外来的用户信号分叉后，分别通过连接器与工作板上的选择开关的第一端和保护板上的选择开关的第一端相连接，相应形成工作通道和保护通道，工作板选择开关的第二端连接工作板的处理芯片，保护板上选择开关的第二端连接保护板的处理芯片；这里的选择开关为“一对多”开关，并且开关的第一端能分别与开关的第二端、其它端相连接，当第一端与某一端子(如第二端)相连接时，其它端处于高阻态或悬空。
需要指出的是，本发明实施例中的选择开关的第一端、第二端和其它端，分别表示选择开关的输入端、一负载端和其它负载端。
为了消除现有技术支路保护倒换电路出现的Stub走线带来的影响，本方案就是在保护板的选择开关的第一端和工作板的选择开关的第一端设置阻抗匹配网络，即阻抗匹配网络的一端与选择开关的第一端相连，另一端连接到VCC或者GND；其中，阻抗匹配网络包括但不限于由电阻组成的电阻网络或者由电阻和电容组成的电阻电容阻抗网络。
本实施例的等效电路图如图9所示，图中，驱动端(Driver)连接到A点后分叉成两个支路，即AB支路和AC支路，当某一单板不处于工作状态时，假设为AB支路上的单板，则AB支路末端的等效阻抗值等于增加的阻抗匹配网络的阻抗值，即图中的R3；而同时的某一单板处于工作状态，假设为AC支路上的单板，则AC支路末端的等效阻抗值等于增加的阻抗匹配网络阻抗值和工作芯片本身的输入阻抗值并联后的总阻抗值，即图中的R4。本发明实施例的阻抗匹配网络的阻抗值可以根据链路的传输线特性进行调节。
由于工作板和保护板在同一时刻有且仅有一块板在位工作，另一块板处于待命状态，也就是说总有一块板上的选择开关不能连接到处理芯片(即选择开关的第一端不能连接选择开关的第二端)，那么它只能倒换到其它端子，也就是上面描述的高阻态端子；因此本发明的实施例一支路倒换保护电路的框图可以变为如图7所示的框图，即本发明的实施例二支路倒换保护电路的框图，本实施例二与图6所示方案的区别在于新增加的阻抗匹配网络不设置在选择开关的第一端，而是设置在选择开关的上述的高阻态端子(选择开关的第三端或第三端以上)上，即阻抗匹配网络的第一端连接在所述选择开关的高阻态端子上，其第二端连接到VCC或者GND，通过本实施例同样可以消除现有技术支路保护倒换电路出现的Stub走线带来的影响。
图7所示实施例二的等效电路图，参见图9。当某一单板不处于工作状态时，假设为AB支路上的单板，则AB支路末端的等效阻抗值等于增加的阻抗匹配网络的阻抗值，即图中的R3；而同时的某一单板处于工作状态，假设为AC支路上的单板，则AC支路末端的等效阻抗值等于工作芯片本身的输入阻抗值，即图中的R4。
由于在分叉的两个支路(保护通道和工作通道)上进行阻抗匹配网络，减少分叉支路信号反射的影响。驱动端的输出信号按比例分配到各个支路，在各支路的末端，阻抗匹配网络作为负载，吸收信号的能量。经过这样的匹配之后，不管是工作板工作，还是倒换到保护板工作，信号在各个分叉支路上的传输能量基本是不变的，确保整个互连系统都处于相对稳定的状态。
该方案适用于E3/T3等信号速率，在较长分叉的互连拓扑结构中实现电路的支路倒换保护电路，对产品的成本影响不大。
为了确保在工作状态时，工作板或者保护板中的一块单板拔出后，不影响信号原有质量，阻抗匹配网络可以放置在接口板和背板部分上，其方案框图参见图8，也就是本发明实施例三支路倒换保护电路的框图，相对于前面两种支路倒换保护电路的框图，该方案增加了两个隔离器(隔离器一般具有信号驱动功能，输入输出都为高阻)，其分别设置在所述工作板和所述保护板上，并分别串联接在所述连接器与所述工作板上的选择开关第一端之间的工作通道上和所述连接器与所述保护板上的选择开关第一端之间的保护通道上；同时，阻抗匹配网络放置在背板上，其第一端分别连接在所述驱动端分叉后的工作板上的工作通道和保护板上的保护通道上，其第二端都连接到VCC或者GND，这种保护方案更加可靠。
图8所示方案的等效电路图，参见图9。图中，驱动端(Driver)连接到A点后分叉成两个支路，即AB支路和AC支路，当某一单板不处于工作状态时，假设为AB支路上的单板，则AB支路末端的等效阻抗值等于增加的阻抗匹配网络的阻抗值，即图中的R3；而同时的某一单板处于工作状态，假设为AC支路上的单板，则AC支路末端的等效阻抗值等于增加的阻抗匹配网络阻抗值和工作芯片本身的输入阻抗值并联后的总阻抗值，即图中的R4。本发明实施例的阻抗匹配网络的阻抗值可以根据链路的传输线特性进行调节。
该方案适用于更高速的电路保护设计需求中，例如FE(快速以太网)，GE(千兆以太网)电路保护，提高了信号传输质量，提供更加可靠的电路保护方案，成本允许的话，也可以在E3/T3等电路保护设计中。
以上三种方案，只给出工作板和保护板都为一块时的实现方式，当工作板和保护板为多块时，其实现原理也是一样的，一般情况下，工作板的数量M小于等于保护板的数量N，即本发明实施例可以应用在M:N(M、N为整数)的支路倒换保护电路方式中。
本发明实施例的支路倒换保护电路方案也可以采用上述三种方案的融合，来实现发明目的。这种融合可以这样实现但不限于，例如一路电路在接口板和背板部分上进行阻抗匹配网络(匹配方式同本发明的实施例二支路倒换保护电路的匹配方式)，对应的单板根据板上走线长度判断是否需要增加隔离器；而另一路在单板(工作板或保护板)上也进行阻抗匹配网络(匹配方式同本发明的实施例一支路倒换保护电路的匹配方式)，即一路采用实施例一的匹配方式，而另一路采用实施例二的匹配方式。
综上所述，本发明实施例的技术方案能够消除现有技术支路保护倒换电路出现的Stub走线带来的影响，能够提高分叉走线较长的互连系统的信号传输质量，实现对互连系统的可靠保护。
权利要求
1.一种支路保护倒换电路，包括驱动端、至少一块工作板和至少一块保护板，所述工作板和保护板上分别设置有开关和处理芯片，所述驱动端分叉形成至少两条支路，所述至少两条支路分别通过所述开关与所述处理芯片连接，其特征在于还包括至少两个阻抗匹配网络，所述至少两个阻抗匹配网络的第一端分别连接在所述至少两条支路上，所述至少两个阻抗匹配网络的第二端连接到电源VCC或者接地。
2.根据权利要求1所述的一种支路保护倒换电路，其特征在于还包括分别串接在所述驱动端和所述开关之间的至少两个连接器，所述至少两个阻抗匹配网络的第一端分别连接于所述连接器与所述开关之间。
3.根据权利要求1所述的一种支路保护倒换电路，其特征在于所述开关为包括一个输入端以及至少两个负载端的“一对多”选择开关，所述选择开关的输入端与所述至少两条支路的分叉点相连接，所述选择开关的一负载端与所述处理芯片相连接。
4.根据权利要求3所述的一种支路保护倒换电路，其特征在于所述至少两个阻抗匹配网络的第一端分别连接于所述工作板上的选择开关的其它负载端和所述保护板上的选择开关的其它负载端。
5.根据权利要求1所述的一种支路保护倒换电路，其特征在于还包括分别串接在所述驱动端和所述开关之间的至少两个连接器，所述至少两个阻抗匹配网络的第一端分别连接在所述至少两条支路的分叉点与所述连接器之间。
6.根据权利要求5所述的一种支路保护倒换电路，其特征在于还包括至少两个隔离器，所述至少两个隔离器分别串联接入所述连接器与所述工作板上开关之间的支路中和所述连接器与所述保护板上开关之间的支路中。
7.根据权利要求6所述的一种支路保护倒换电路，其特征在于所述至少两个隔离器分别设置在所述工作板和所述保护板上。
全文摘要
本发明公开了一种支路保护倒换电路，涉及网络设备的保护电路。一种支路保护倒换电路，包括驱动端、至少一块工作板和至少一块保护板，所述工作板和保护板上分别设置有开关和处理芯片，所述驱动端分叉形成至少两条支路，所述至少两条支路分别通过所述开关与所述处理芯片连接，还包括至少两个阻抗匹配网络，所述至少两个阻抗匹配网络的第一端分别连接在所述至少两条支路上，所述至少两个阻抗匹配网络的第二端连接到电源VCC或者接地。本发明能够提高分叉走线较长的互连系统的信号传输质量，实现对互连系统的可靠保护。
文档编号H04J3/08GK1949721SQ20061006325
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月22日 优先权日2006年10月22日
发明者邓治高 申请人:华为技术有限公司