专利名称：接口芯片保护电路、连接装置和数据设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子电路技术，尤其涉及一种接口芯片保护电路、连接 装置和数据设备。
背景技术：
计算机(PC)与计算机，或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行
通讯或并行通讯两种方式。其中串行通讯接口又分为同步方式和异步方式。 目前，异步串行通讯接口，也称异步串口，是一种广泛釆用的技术，按照电
气标准及协议来分可包括"数据终端设备(Data Terminal Equipment;以下 简称DTE)和数据通讯设备(Data Communications Equipment;以下简称 DCE )之间串行二进制数据交换接口技术标准(RS - 232 - C )"、"平衡电压 数字接口电路的电气特性标准US- 422 )，，和"RS485"等接口。以"RS-232"接口为例，其是目前最常用的一种串行通信接口，也称标准串口，传统 的"RS- 232"接口有22根线，采用标准25芯D型连接器的插座，现有的 PC则使用了简化的9芯D型连接器插座，例如现有电脑上的串行口 "C0M1"。 "RS- 232，，接口电平规定数据"正，，逻辑电平为-3伏(V) ~-15V，数据"负" 逻辑电平为+ 3V +15V，接通、开(ON)状态或正电压的控制信号有效的逻辑 电平为+ 3V +15V,断开、关(OFF)状态或负电压的控制信号无效的逻辑电 平为-3V~-15V。由于PC系统电平基本上没有负电压，"正"逻辑电平一般 为3. 3V，"负，，逻辑电平为OV,所以需要设定串行接口芯片来完成不同电平 之间的转换，例如德州仪器(TI)的"GD75232" 、 "MAX3243"等芯片。
图1为现有技术中串行接口芯片连接在数据通讯设备和计算机上的结构示意图。计算机，也就是DTE40,其与DCE50均是以市电IO作为供给电源的。 分别位于DCE50和DTE40中的串行接口芯片60各自包括多组信号线，大部分 是用于发送和接收数据的数据信号线20，图1中示意性的示出两条数据信号 线20,还包括一根信号线用于连接两端的冷地，可称为冷地信号线30。各组 信号线最终连接到D型连接器70的插座针脚上。如图1所示，DCE50的热地 可能与大地之间是断开连接的，即图1中的热地a点可能处于悬浮状态，与 大地之间具有交流电压。当220V市电IO的火线L和零线N之间连接有两个 容值相等的电容时，由于电容的分压作用，热地a点与大地之间的交流电压 为IIOV。而DTE40侧的热地b点与大地连接良好，所以热地b点与大地电压 相等，为0V。因此，在热地a点和热地b点之间形成了交流高电压，如上述 情况所述通常为IIOV。由于电容具有隔直流通交流的作用，所以无论是否在 热地和冷地之间设置有电容和电阻，在两串行接口芯片60的冷地c点和冷地 d点之间均会形成相应的交流高电压。
因此，在实际应用中会出现这样一种现象两连接器插座热插拔时，各 针脚不会精确的同时接触或断开，若数据信号线的针脚接触，而冷地信号线 的针脚未接触，因为冷地信号线和数据信号线基本是等电位的，所以冷地c 点和冷地d点之间所具有的交流电压会瞬间施加在数据信号线上，即形成浪 涌。所谓浪涌，即电源刚接通或热插拔过程中信号线刚接触的那一瞬间所产 生的强力脉冲。这种瞬间形成的浪涌对串行接口芯片的破坏性很大，轻则使 芯片器件失效，如芯片损坏、电阻烧断等，导致电路的某些功能丧失或者整 个电路系统崩溃；重则电路短路而引发火灾。现有PC技术中棵接在电路上的 串行接口芯片极易受到浪涌作用的破坏。 '
针对这一问题，现有技术提出了一种解决方案，其中通过使用光隔离器 件让通信双方的地隔离开，切断浪涌的电流通路，达到保护串行接口芯片的 目的。但是这种技术有一些缺陷，光电隔离器件需要使用外部电源，不便于 实施，且工作不可靠。同时，采用光隔离器件也增加了产品的成本。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种接口芯片保护电路、连接装置和数据设备， 以避免浪涌现象对串行接口芯片的破坏。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种接口芯片保护电路，包括无 源电压抑制器器件，用于连接在接口的数据信号线和相应的针脚之间，以抑 制浪涌电压能量。
优选的是该接口芯片保护电路连接在异步串行接口的数据信号线和相应 的针脚之间。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种釆用本实用新型接口芯片保 护电路的连接装置，包括多根数据信号线和一根冷地信号线，还包括用于连 接数据通讯设备的第一连接器，以及用于连接数据终端设备的第二连接器； 所述数据信号线和冷地信号线连接在第一连接器和第二连接器的各针脚之 间；所述无源电压抑制器器件连接在各所述数据信号线和相应的针脚之间。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种采用本实用新型接口芯片保 护电路的数据设备，还包括多根数据信号线、 一根冷地信号线和带有针脚的 连接器；所述数据信号线和冷地信号线连接在所述连接器的针脚上；所述无 源电压抑制器器件连接在所述数据信号线和相应的各针脚之间。
由以上技术方案可知，本实用新型釆用在接口芯片，尤其是异步串行接 口芯片的数据信号线和相应针脚之间连接无源电压抑制器器件的技术手段， 在产生浪涌时，能够以无源电路有效地抑制浪涌电压的能量，达到了保护接 口芯片的目的，同时便于实施，可靠性强，成本低。
图1为现有技术中串行接口芯片连接在数据通讯设备和计算机上的结构 示意图；图2为本实用新型接口芯片保护电路第一实施例的结构示意图； 图3为本实用新型接口芯片保护电路第二实施例的结构示意图； 图4为本实用新型接口芯片保护电路第三实施例的结构示意图； 图5为本实用新型接口芯片保护电路第四实施例的结构示意图； 图6为本实用新型连接装置实施例的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的接口芯片保护电路主要包括无源电压抑制器器件，该无源 电压抑制器器件用于连接在接口的数据信号线和相应的针脚之间，也就是连 接在接口芯片的输入输出门电路上，以抑制浪涌电压能量，避免浪涌电压对 接口芯片的破坏。本实用新型的接口芯片保护电路尤其适用于安装在异步串 行接口的数据信号线和针脚之间。具体的无源电压抑制器器件可以有多种实 现形式，下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
接口芯片保护电路第 一实施例
图2为本实用新型接口芯片保护电路第一实施例的结构示意图。由于与 连接器70针脚所连的信号线包括一根冷地信号线30和多组分别用于接收和 发送数据的数据信号线20，为清楚起见，本实施例仅示出了一组用于接收和 发送数据的数据信号线20和一根冷地信号线30。如图2所示，该接口芯片 保护电路包括一无源电压抑制器器件，该无源电压抑制器器件包括一电阻和 一电容，电阻可称为第一电阻2，电容可称为第一电容4。第一电阻2串连在 串行接口的各凄t据信号线20与连接器70上相应的针脚之间，用以抑制浪涌 电压能量。第一电容4并连在数据信号线20和冷地信号线30之间，并连的 第一电容4具有隔直流通交流的作用，所以可将浪涌电压短路到冷地信号线 30上，即将电压卸放到"地"，因此也可以起到抑制浪涌电压的作用。
该第一电阻的阻值范围较佳的是在100欧姆至300欧姆之间，能够对施 加在数据信号线上的浪涌电压起到抑制吸收作用，避免其对接口芯片的损坏。 同时相比于现有技术中采用的有源器件，本实施例便于实施，可靠性强，成本低。
接口芯片保护电路第二实施例
图3为本实用新型接口芯片保护电路第二实施例的结构示意图。在第一 实施例的基础上，该无源电压抑制器器件还可以包括一磁珠1，串连在数据
信号线20及其对应针脚之间，如图3所示，石兹珠1与第一电阻2串连。
磁珠的单位为欧姆， 一般具有较高的电阻率和磁导率，可以等效于串连 的电阻和电感，但电阻值和电感值都随频率变化。磁珠比普通的电感有更好 的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，所以能在相当宽的频率范围内保持较 高的阻抗，从而提高调频滤波效果。磁珠是能量转换、能量消耗器件。本实 施例中将》兹珠邻近针脚连接在数据信号线中，可以起着抑制瞬态电流的作用， 其次磁珠在高频时等效于一个电阻，作为一个耗能器件还能起吸收浪涌电压 能量的作用，对串行接口芯片起到有效的保护作用。并且，本实施例的技术 方案不用外加电源，其工作可靠，易于实施。成本较低的磁珠器件也能降低 产品成本，使其能够广泛使用。
在具体应用中，为降低产品的成本，也可以采用一电阻来替代磁珠作为 无源电压抑制器器件串连在数据信号线及其对应针脚之间，该电阻可以称为 第二电阻，也能够起到一定的吸收浪涌电压能量的作用。 接口芯片保护电路第三实施例
图4为本实用新型接口芯片保护电路第三实施例的结构示意图。在第一 实施例的基础上，该无源电压抑制器器件还可以包括一瞬态电压抑制器 (Transient Voltage Suppressor;以下简称TVS),又称TVS管3。如图4 所示，本实施例在数据信号线20和冷地信号线30之间还并连TVS管3， TVS 管3有正极和负极之分，TVS管3的负极连接在数据信号线20上，TVS管3 的正极连接在冷地信号线30上，TVS管3具有反向击穿特性，当TVS管3两 端的电压达到一定门限值时，电流呈几何增长到无穷大，这个过程中TVS管 3两端的电压不再增大。由于电流增大是电压达到一定门限值之后才会发生， 则电压从OV达到该门限值的这段时间称之为响应时间，TVS管3比普通二极管的响应时间短的多， 一般为纳秒(ns)级。因此，并连在数据信号线20和 冷地信号线30之间的TVS管3可以在瞬间施加浪涌电压时被击穿，对浪涌电 压进行钳制，从而达到保护接口芯片的目的。优选的选择反向击穿电压约为 12V的TVS管3。
接口芯片保护电路第四实施例
图5为本实用新型接口芯片保护电路第四实施例的结构示意图。如图5 所示，本实施例可以结合上述三个实施例，该无源电压抑制器器件包括串连 在数据信号线20及其对应针脚之间的第一电阻2和f兹J朱1,还包括并连在数 据信号线20和冷地信号线30之间的TVS管3,且进一步在数据信号线20和 冷地信号线30之间并连一第一电容4。并连的第一电容4具有隔直流通交流 的作用，所以可将浪涌电压短路到冷地信号线30上，即将电压卸放到"地"， 因此也可以独立作为无源电压抑制器器件使用。
结合采用上述磁珠、第一电阻、TVS管和第一电容等分立器件的无源电 压抑制器器件是优选的实施方式，且较佳的是如图5所示，TVS管3和第一 电容4连接数据信号线20的一端均连接在磁珠1和第一电阻2之间。
TVS管并连在磁珠之后，且在第一电阻之前的优点在于浪涌电压可以 首先经过磁珠的衰减而后到达TVS管之上，则一方面可以避免浪涌电压直接 作用在TVS管上时对TVS管本身的损害，可以避免TVS管短路对接口芯片造 成的破坏作用，另一方面，由于TVS管的正向导通作用，将TVS管连接在磁 珠之后也可以避免TVS管导通的电压给对方接口芯片造成的损坏。将TVS管 连接在第一电阻之前可以较好的发挥TVS管抑制电压的作用，避免经第一电 阻的衰减之后浪涌电压已经较小而使得TVS管无法充分发挥。
如图5所示，当接收数据时，离DCE的D型连接器70最近的是磁珠1, 磁珠1可以起着抑制瞬态电流的作用，其次磁珠1在高频时等效于一个电阻， 作为一个耗能器件来吸收浪涌能量。临近磁珠1的是TVS管3和第一电容4，
这两个器件的作用是将剩余的浪涌电压对地短路，直接卸放到"地"上去。 第一电容4可以隔直流通交流，浪涌电压为交流电压，很容易被第一电容4旁路，直接卸放到"地"上。TVS管3因其良好的频率特性和电压保护可以 轻易将浪涌电压卸放到"地"上去。为降低成本，也可以去掉TVS管3。经 过磁珠l、 TVS管3和第一电容4，绝大部分的浪涌电压被吸收和卸放，剩余 小部分浪涌电压通过第二电阻2进入接口芯片，这些浪涌电压再通过第一电 阻2的钳制，所剩能量一般都在接口芯片门电路所能承受的范围之内。数据 信号线20发送时的电路原理基本一致，首先经过;兹珠1抑制和吸收掉部分浪 涌电压，然后经过TVS管3和第一电容4将通过石兹珠1的浪涌电压卸放，剩 余的浪涌电压再次经过第一电阻2来消耗，最终达到对接口芯片有效保护的 目的。
本实用新型接口芯片保护电路的无源电压抑制器器件既可以结合采用上 述的磁珠、第一电容、TVS管和第一电阻等分立器件，也可以独立采用各分 立器件。或者，本领域技术人员可以通过类似于电阻+电容+电阻(RCR)电路 的方式、或者其它电阻+电容+TVS管+磁珠(RCTL)、电阻+电容+磁珠(RCT) 电路等不同方式作为无源电压抑制器器件来连接在数据信号线和相应的针脚 之间，避免浪涌电压直接作用于串行接口芯片，分立器件可以将浪涌电压降 低到最小。本实用新型的接口芯片保护电路以极低的成本提供了 一种保护电 路，避免了接口的连接器热插拔时产生市电浪涌对通讯双方设备中接口芯片 造成的损坏或者更严重的后果。本实用新型的接口芯片保护电路尤其适用于 异步串行接口电路，能够提高数据通讯设备异步串口或其它非隔离通讯接口 抵御市电浪涌的能力，提高了芯片设备工作的可靠性。
在按照上述电路原理生产相应产品时，其优选方式可以选4奪磁珠的响应 频率约为10兆赫兹(MHz)，并选"^标准的"1206"封装。第一电容优选的 是采用IOOO到10000皮法(pF)的陶瓷电容，并选取"0805"封装。第二电 阻可以采用100到300欧姆的表贴封装"0805"的电阻。TVS管的功率和反 向击穿电压参数是较为关键的参数，其反向击穿电压参数优选为12V。在具 体布设各分立器件的位置时，优选的是设置磁珠、第一电阻、第一电容和TVS 管邻接连接器，且这些分立器件的周围不应该设置其它器件，在布线时应避免走线来回绕弯和数字逻辑信号重叠，同时保证一定的走线宽度和就近接地。 连接装置实施例
图6为本实用新型连接装置实施例的结构示意图。本实施例的连接装置 采用了本实用新型接口芯片保护电路第四实施例的技术方案。该连接装置包
括多根数据信号线20和一根冷地信号线30，为简化清楚起见，图6中示出 了一组用于接收和发送数据的数据信号线20以及一根冷地信号线30。该连 接装置还包括用于连接DCE的第一连接器5,以及用于连接DTE的第二连接 器6。各数据信号线20和冷地信号线30连接在第一连接器5和第二连接器6 的各插座针脚之间。接口芯片保护电路的无源电压抑制器器件连接在各数据 信号线20和相应的针脚之间。具体的，临近第二连接器6的数据信号线20 上串连一^兹多朱1和第一电阻2，在数据信号线20于磁珠1和第一电阻2之间 的位置与冷地信号线30之间并连有一TVS管3和第一电容4。该连接装置用 于连接在DCE和DTE之间，当相互插接之时，磁珠l、 TVS管3、第一电容4 和第一电阻2逐一对浪涌电压进行吸收和消耗，避免了浪涌电压对串行接口 芯片的破坏。
本实用新型的连接装置并不限于采用本实用新型接口芯片保护电路第四 实施例，还可以采用本实用新型接口芯片保护电路任一 实施例的技术方案。 本实用新型的接口芯片保护电路主要用于对DCE进行保护，而本实用新型的 连接装置主要用于连接在DTE之上，例如可以固定在计算机的D型连接器上， 相当于增加了 一个无源电路，尤其是可以对计算机中的串行接口芯片进行保 护，避免其直接承受市电浪涌电压的冲击。本实用新型的连接装置有效解决 了已生产和使用的计算机上的串行接口芯片电路不易变更的问题，利用一简 单、成本低廉的连接装置，可以便捷的插接在各个计算机端口或其他通讯设 备接口上，为其提供浪涌电压抑制保护，提高接口芯片设备的工作可靠性。
数据设备实施例
本实用新型数据设备中可以采用本实用新型接口芯片保护电路任一实施 例的技术方案，在本实用新型数据设备的一个实施例中优选采用本实用新型接口芯片保护电路第四实施例的技术方案。可以参见图5所示，该数据设备
包括多根数据信号线20、 一根冷地信号线30和带有针脚的连接器70。各数 据信号线20和冷地信号30连接数据设备内部或外部的器件，该数据设备具 体可以为数据通讯设备或数据终端设备，该连接器70可以为异步串行接口 。 数据信号线20和冷地信号线30连接在连接器70的各针脚上。接口芯片保护 电路连接在该数据信号线20和相应的针脚之间。即该无源电压抑制器器件 包括串连在数据信号线20及其对应针脚之间的第一电阻2和》兹珠1,还包括 并连在数据信号线20和冷地信号线30之间的TVS管3，且进一步在数据信 号线20和冷地信号线30之间并连一第一电容4。并且，TVS管3和第一电容 4连接数据信号线20的一端均连接在》兹珠1和第一电阻2之间。
本实施例中，磁珠、第一电容、TVS管和第一电阻这些分立器件，能够 有效抑制和吸收浪涌电压，对数据通讯设备或数据终端设备之中的接口芯片 提供有效保护。同时相比于现有技术中采用的有源器件，本实施例便于实施， 可靠性强，成本低。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的^l支术方案，而非 对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的 普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行 修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不 使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求1、一种接口芯片保护电路，其特征在于，包括无源电压抑制器器件，用于连接在接口的数据信号线和相应的针脚之间，以抑制浪涌电压能量。
2、 根据权利要求1所述的接口芯片保护电路，其特征在于，所述无源电 压抑制器器件包括第一电阻，串连在所述数据信号线及其对应针脚之间； 第一电容，并连在所述数据信号线和冷地信号线之间。
3、 根据权利要求2所述的接口芯片保护电路，其特征在于，所述无源电 压抑制器器件还包括瞬态电压抑制器，并连在所述数据信号线和冷地信号线之间。
4、 根据权利要求2或3所述的接口芯片保护电路，其特征在于，所述无 源电压抑制器器件还包括磁珠或第二电阻，串连在所述数据信号线及其对应针脚之间。
5、 根据权利要求4所述的接口芯片保护电路，其特征在于所述;兹珠邻 近所述针脚设置，所述第一电阻远离所述针脚设置；所述瞬态电压抑制器和 所述第一电容连接所述数据信号线的一端均连接在所述磁珠和所述第一电阻 之间。，
6、 根据权利要求5所述的接口芯片保护电路，其特征在于所述磁珠的 响应频率为10兆赫兹；和/或所述第一电阻的阻值范围为100欧姆至300欧 姆；和/或所述瞬态电压抑制器的反向击穿电压为12伏。
7、 根据权利要求1所述的接口芯片保护电路，其特征在于所述接口为 异步串行接口。
8、 一种采用权利要求1~7任一所述的接口芯片保护电路的连接装置， 包括多根数据信号线和一根冷地信号线，其特征在于还包括用于连接数据 通讯设备的第一连接器，以及用于连接数据终端设备的第二连接器；所述数 据信号线和冷地信号线连接在第一连接器和第二连接器的各针脚之间；所述数据信号线和相应的针脚之间。
9、 一种采用权利要求1~7任一所述的接口芯片保护电路的数据设备， 其特征在于还包括多根数据信号线、 一根冷地信号线和带有针脚的连接器； 所述数据信号线和冷地信号线连接在所述连接器的针脚上；所述无源电压抑 制器器件连接在所述数据信号线和相应的各针脚之间。
专利摘要本实用新型涉及一种接口芯片保护电路、连接装置和数据设备。该保护电路包括无源电压抑制器器件，用于连接在接口的数据信号线和相应的针脚之间，以抑制浪涌电压能量。该连接装置采用本实用新型的接口芯片保护电路，包括多根数据信号线和一根冷地信号线，还包括用于连接数据通讯设备的第一连接器，以及用于连接数据终端设备的第二连接器；该数据信号线和冷地信号线连接在两连接器的各针脚之间；无源电压抑制器器件连接在各数据信号线和相应的针脚之间。该数据设备包括该接口芯片保护电路。本实用新型以无源电压抑制器器件有效地抑制了浪涌电压的能量，达到了保护接口芯片的目的。
文档编号H02H9/04GK201315485SQ20082023374
公开日2009年9月23日 申请日期2008年12月19日 优先权日2008年12月19日
发明者陈林峰 申请人:北京星网锐捷网络技术有限公司