专利名称：用于程控数字交换机线路接口单元板的过电压保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种过电压保护装置，确切地说，涉及一种用于程控数字交换机中的输入/输出系统的线路接口单元(LIU，Line interface unit)电路板的过电压保护装置，属于通信设备防止雷击过电压的保护装置技术领域。
背景技术：
从二十世纪九十年代起，中国的通信行业开始飞速发展，瑞典爱立信(Ericsson)公司生产的AXE-10型程控数字交换机被大量引进到我国，在国内电信网络中发挥着重要作用。如在广东、广西、江苏等地的电信本地网上，AXE-10交换机一直是广泛使用的重要交换机型之一。
但是，根据AXE-10交换机连续多年在国内运行的结果表明，在我国南方雷电活动频繁的地区，每年的雷雨季节期间，都有大量的AXE-10交换机的线路接口单元(LIU)电路板被雷电、浪涌等过电压、过电流损坏，严重影响通信的正常运行，不仅给南方许多省市各级电信本地网的运行维护工作带来了巨大压力，同时也造成电话用户的中断、监控失灵、计费数据丢失等故障。
到目前为止，Ericsson设备制造商已对该问题提出过多种处理方法，各地通信局站或地面局也曾对AXE-10交换机房做过一些接地防雷的技术改造工作，但是，上述方法没有使问题得到有效解决，LIU板的雷害问题依然非常突出。现在，如何切实解决AXE-10交换机防止雷电、浪涌等过电压、过电流的问题，已经引起各级电信公司及Ericsson公司的重视，成为运行维护工作中亟待解决的难题。
根据对广东电信使用的LIU板被雷击损坏的统计结果进行分析的情况，LIU板的损坏情况有很典型的共性，即LIU板接口上的驱动/接收器75188/75189被损坏击穿，这种器件损坏占了被损坏LIU板的87％以上。
根据调查发现，LIU板没有设置专用的接口保护电路，导致LIU板上的接口电路的抗冲击能力低下，以致在我国雷电活动较为频繁而激烈的南方地区(包括广东、江苏、广西等地)使用时，LIU板的雷害问题就变得非常突出。
LIU板的雷害问题很大因素可以说是LIU板自身抗冲击能力差，没有充分考虑到当LIU板使用在雷害频繁的较恶劣环境条件下，对防雷电等过电压的防范需要。鉴于LIU板自身抗力不足的原因及其被损坏的共性，如果能够有针对性地对LIU板的接口增加保护措施，而又不影响其传输性能，将成为一种提高LIU板抗力、减少LIU板被雷击损坏的重要手段。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种用于程控数字交换机线路接口单元板的过电压保护装置，该装置能够有效增强AXE-10程控数字交换机的LIU板抵抗过电压的冲击能力，以减少目前因LIU板自身抗力不足而易被雷电等过电压损坏并导致通信中断、监控失灵、计费数据丢失等的现象发生。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于程控数字交换机线路接口单元LIU板的过电压保护装置，包括有机壳、控制电路路和两个输入输出接口插座，该两个输入输出接口插座分别连接LIU板的接口上的驱动器/接收器和监控终端PC机上的RS232接口；其特征在于所述控制电路是在LIU板总线接口驱动器/接收器的每一个驱动/接收信号线与地之间，分别设有一个采取旁路到地保护方式的双向限压型保护电路，用于将危害性的瞬态能量旁路到大地；该双向限压型保护电路的正向保护电路是由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成，其负向保护电路也是由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成的。
所述双向限压型保护电路是选用美国SEMTECH公司生产的SMD表面贴片式双列8针防瞬态过电压及静电保护器件TVS，其型号为LCDA12，每个芯片能提供2条信号线的双向保护。
所述控制电路是由4个型号为LCDA12器件组成的8路信号线的双向旁路保护电路，其中2个型号为LCDA12芯片分别组成4路驱动信号线对地的双向保护，2个型号为LCDA12芯片组成4路接收信号线对地的双向保护。
本实用新型是一种用于AXE-10程控数字交换机中LIU板的过电压保护装置，该装置选用的保护器件必须同时兼顾防过电压特性和传输特性，不仅要有良好的防过电压能力，还要满足LIU板接口的数据传输要求，也要考虑保护器件的极间电容、漏电流、雷击能力等多方面的影响，该装置具有如下优点和效果该装置既有共模保护方式(即8路驱动/接收信号线对地的保护)外，还间接具有差模保护(即8路信号线之间的保护)方式。抗过电压冲击能力足够强大，测试表明，当LIU板的接口上安装本实用新型后，其组合波(1.2/50μs、8/20μs)冲击抗力可以由原来的不足32V增加到1KV。再者，该装置动作电压低、限制电压低、响应时间快，传输特性好、电容低，插入损耗小(实测数据为频率在30kHz～4MHz之间，插损≤0.5dB)，完全不影响LIU板端口数据的正常传输，通过插入损耗性能测试，测试结果项目符合相关标准要求。此外，该装置具有很好的性价比，成本低廉；且结构简单，工作可靠，安装便捷，无需调试，便于维护和普及推广应用。
众所周知，AXE-10交换机对安装机房的接地防雷措施要比其它机型有更高的要求。特别是机房内交换设备与建筑物立柱、横梁、楼板等构件内的钢筋的绝缘可靠性，对AXE交换机整个设备的防雷作用影响甚大，良好的绝缘措施可使设备的防雷抗力明显提高。但是，由于广东乃至全国的AXE-10交换设备的机房，几乎都没有在安装时采取特别的绝缘措施，而且电信、移动及寻呼等通信设备大都共址而建，各种设备错综复杂，要重新进行接地防雷和绝缘措施等基础改造，不仅工程和费用巨大，而且难度也非常大，甚至根本就不可能实现。因此，针对AXE-10交换机LIU板的损坏特点，本实用新型针对性地在LIU板与PC机RS232的连接接口上增设保护电路措施，是一种成本低、见效快、易推广使用的好方法，具有很好的应用前景。
图1是本实用新型在LIU板上使用TVS器件作为旁路保护电路的原理图。
图2是本实用新型的控制电路电原理图。
图3是本实用新型的雷击抗力测试电路的示意图具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，
以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。
根据分析，LIU板的损坏基本上表现为LIU板接口上的驱动/接收器75188/75189的信号线对地短路，即被击穿损坏。损坏原因是雷击发生时，LIU板接口与PC机监控终端相连的电缆上出现过高的电位差(即过电压)，导致接口电路被过电压损坏。因此，如果在LIU板接口上的驱动/接收信号线与地之间，通过增加合适的限压型保护电路，削弱或消除LIU板接口上的过电压，将有利于提高LIU板上的抗冲击能力。
由于LIU板的接口是藉由双绞线电缆与监控终端PC机的RS232接口相连接，所以在LIU板的输出/输入接口上安装保护电路，可以提高LIU板的接口驱动/接收器的抗冲击能力。本实用新型正是从这个角度出发设计的一种用于AXE-10交换机上的LIU板的过电压保护装置。
LIU板所在的输入/输出硬件系统IOG是AXE-10交换机的重要组成部件，用于提供许多重要信息(包括计费数据、监控和告警信息、备份数据、人机命令等)的输入输出。LIU板在IOG系统中为各种外设终端(如网管维护终端、112测试终端、打印机、告警终端等)提供实时监控所需的网络接口，使维护人员能够在本地和远端实现对交换设备的实施监控和维护操作。
由于LIU板上的接口为系统进行实时监控的网络接口，工作速率快、频率高，因此，在设计LIU板过压保护装置时，必须满足接口电路的下列性能要求1、传输要求过压保护装置在使用时是并接在LIU板的接口上，必须不能影响数据传输为前提；
2、插入损耗过压保护装置的插入损耗要足够小，116kb以内应小于0.5dB；3、工作速率LIU板接口的最大速率可达116kb/s，因此，过压保护电路至少应能适用116kb/s的工作速率要求；4、雷击抗力该过压保护装置应至少能承受±5次、1.6KV/50A的组合波(1.2/50μs、8/20μs，其中特性阻抗Rf＝32Ω)的冲击而不被损坏；5、EFT(快速瞬变脉冲群)抗力过压保护装置应能承受2KV、2.5kHz，持续时间不小于1min的冲击；6、ESD(静电放电)接触放电6KV，空气放电8KV；7、保护器件该过压保护装置的器件极间电容≤100pF，抗力满足上述4、5、6条的要求；8、保护方式该过压保护装置能够对LIU板接口的全部8路信号线与地之间执行双向保护；9、物理接口该过压保护装置的转接插头应符合PC机的RS232接口的连接要求；LIU板接口的损坏主要原因是共模过电压使得信号线对地击穿，考虑到LIU板与PC机监控终端之间的连接电缆不可避免地存在一定的接触电阻，当雷电、浪涌等过电压出现时，连接电缆之间的共模过电压将更严重。因此，为了有效保护好LIU板的接口电路，并满足数据传输的需要，本实用新型在LIU板的每个接口上的驱动器/接收器与地之间都并接一个采用低电容效应的瞬态抑制器件TVS(Transient Voltage Suppressor)组成的旁路保护电路是一种比较理想的保护措施，该旁路保护电路能够将危害性的瞬态能量旁路到大地。
参见图1，介绍本实用新型的保护原理。LIU板上的接口1是一种使用型号为75188/75189芯片组并满足V.28(EIA-RS232)标准的不平衡双流传输接口。该接口共有8路信号线，其中4路为驱动信号线(即图中左侧上面的2对驱动器)，4路为接收信号线(即图中左侧下面的2对接收器)。本实用新型保护电路的机理是在LIU板的接口1的驱动器/接收器的每一个驱动/接收信号线与地之间，分别设有一个采取旁路到地保护方式的双向限压型保护电路，用于将接口上产生的危害性的瞬态能量迅即旁路到大地；该双向限压型保护电路的正向保护电路是由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成，其负向保护电路也是由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成的。图中2是监控终端PC机的RS232接口。
本实用新型的接口旁路保护电路，必须兼顾器件的防过电压特性和传输特性，不仅具有良好的防过电压能力，又能满足LIU板接口的数据传输要求；还要考虑保护器件的极间电容、漏电流、雷击能力等影响。综合上述各个因素，最后选择美国SEMTECH公司生产的SMD(Surface Mount Device)表面贴片式双列8针防瞬态过电压及静电保护器件TVS，其型号为LCDA12。该芯片能够提供2条信号线的双向过压保护，非常适合于高速数据接口的保护使用。该器件特性简介如下动作电压12V(1mA电流下)，限制电压15V～19V(8/20μs，IPP＝1～5A)，漏电流≤20μA(测试电压为12V)，极间电容≤5pF(零偏置、频率为1MHz条件下)，ESD静电防护水平(IEC61000-4-2)15KV(空气放电)(IEC61000-4-2)，EFT快速瞬变脉冲群能力(IEC61000-4-4)40A(5/50ns)，雷击能力(IEC61000-4-5)组合波冲击下1.0KV(Rf＝42Ω)；8/20μs电流波冲击下24A；保护方式可灵活组合单向保护使用时，可提供4线保护；双向保护使用时，可提供2线保护。
参见图2，介绍本实用新型的电原理图。该装置控制电路是由4个型号为LCDA12器件组成的8路信号线的双向保护电路，其中2个LCDA12型号芯片分别组成4路驱动信号线对地的双向保护，2个LCDA12型号芯片组成4路接收信号线对地的双向保护。
本实用新型已经试制出样品，并在实验室和广东省内的机房现场进行了包括雷击抗力、插入损耗性能的各种测试。下面简要介绍测试情况和试验结果。
本实用新型的雷击抗力测试电路如图3所示。下面的表格是安装本实用新型保护装置前后采用该测试电路进行LIU板雷击抗力的对比测试结果情况
本实用新型进行插入损耗测试的结果情况如下表所示。
检验结果完全符合公安部GA173-2002标准的要求，完全可用于实际使用。
因此，本实用新型的测试试验是成功的，实现了发明目的。
权利要求1.一种用于程控数字交换机线路接口单元LIU板的过电压保护装置，包括有机壳、控制电路和两个输入输出接口插座，该两个输入输出接口插座分别连接LIU板的接口上的驱动器/接收器和监控终端PC机上的RS232接口；其特征在于所述控制电路是在LIU板总线接口驱动器/接收器的每一个驱动/接收信号线与地之间，分别设有一个采取旁路到地保护方式的双向限压型保护电路，以将危害性的瞬态能量旁路到大地；该双向限压型保护电路的正向保护电路是由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成，其负向保护电路也是由一个二极管与一个瞬态抑制器件反向串接构成的。
2.根据权利要求1所述的用于程控数字交换机线路接口单元LIU板的过电压保护装置，其特征在于所述双向限压型保护电路是选用美国SEMTECH公司生产的SMD表面贴片式双列8针防瞬态过电压及静电保护器件TVS，其型号为LCDA12，每个芯片能提供2条信号线的双向保护。
3.根据权利要求1或2所述的用于程控数字交换机线路接口单元LIU板的过电压保护装置，其特征在于所述控制电路是由4个型号为LCDA12器件组成的8路信号线的双向旁路保护电路，其中2个型号为LCDA12芯片分别组成4路驱动信号线对地的双向保护，2个型号为LCDA12芯片组成4路接收信号线对地的双向保护。
专利摘要一种用于程控数字交换机线路接口单元LIU板的过电压保护装置，由机壳、控制电路和两个输入输出接口插座组成，两个接口插座分别连接LIU板的接口上的驱动器/接收器和监控终端PC机上的RS232接口，控制电路是采用美国SEMTECH公司的型号LCDA12的低电容效应瞬态抑制器件TVS组成的旁路保护电路，该旁路保护电路并接在LIU板的接口驱动器/接收器的每一个驱动/接收信号线与地之间，以将危害性的瞬态能量旁路到大地。该装置有效增强AXE－10交换机的LIU板抵抗过电压的冲击能力，减少因LIU板自身抗力不足而易被雷电等过电压损坏并导致通信中断、监控失灵、计费数据丢失等的现象发生。该装置结构简单、工作可靠，安装便捷，无需调试，且性价比高，成本低廉，便于维护和普及推广应用。
文档编号H02H9/04GK2859888SQ20052011856
公开日2007年1月17日 申请日期2005年9月8日 优先权日2005年9月8日
发明者罗森文, 冯明玲, 林瑞清 申请人:广东省电信有限公司研究院