T1E1接口保护电路设计方法.docVIP

T1/E1接口保护电路设计方法前言 　　随着集成电路的集成度越来越高，电路越来越复杂，工作电压越来越低，对环境稳定性的要求也越高。一方面由于电子设备内部结构高度集成化，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对过压和过流的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受过压和过流侵入。 　　由于电信业的竞争日益增加，电信服务供应商对电信设备供应商提供的高可靠性网络设备的需要也相对提高。过压和过流的危害通常是由：雷击、临近电线引起的感应和直接与电源线碰接或用户设备故障所导致。这些危害可能危及电信网络设备用户和维护人员。因此电信设备供应商以增加设备的抗过压和过流的能力来降低电信系统维护成本和提高电信系统可靠性。本文探讨IDT的T1/E1线路接口集成电路用在电信网络设备中的典型保护方法。 电信系统保护 　　电信系统中的过压和过流是由于雷击经由交流电源网络交互作用所致。直击雷的能量和初始功率极大，对设备造成的危害是灾难性的。然而最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入电信设备，过压和过流可能由直接或间接方式流入电缆线中，或是经由地电流作用而流入地下电缆。由于电信系统缆线经常与电力系统共用同一传输设备或同一接地，感应电流经常可由电信系统用户接口中tip和ring 测量到。电信系统中的过压和过流会以纵向(longitudinal)和金属化(metallic)二种模式发生。纵向模式发生在tip和ring与对地电阻不相等的情况。纵向过压和过流是较常见的状况，多半发生在电源感应时或电源错接的环境中。雷击产生的过压和过流也是电信系统中在信号不平衡环境中的典型纵向模式的过压和过流。金属化模式即是发生tip和ring之间的过压和过流情形，也可以说是网络间信号不平衡的结果。 　　电信系统中的过压和过流保护一般分为初级保护，二级保护和三级保护。由于篇幅所限，本文主要讨论二级保护。二级保护是处理初级保护之后残余的过压和过流。二级保护通常安装在需要被保护的设备上，同时这种保护处理是电信设备供应商的责任，其要求条件要根据相应规范及电信运营商需求而定。 二级保护的特点 　　二级保护应具有过压和过流保护功能，通常由限流器和限压器来完成。 　　限压器 　　理想的通信线路限压器应是电容小、残压低、通流大、响应快。常见的几种限压器元件及其工作特性如下： 　　*过电压放电器/气体放电管 过电压放电器/气体放电管是具有一定气密的玻璃或陶瓷外壳，中间充满稳定的气体，如氖或氩，并保持一定压力。电极表面涂以发射剂以减少电子发射能。这些措施使得动作电压可以调整(一般是70伏到几千伏)，而且可保持在一个确定的误差范围内。当电压升高至放电电压Ua之前，GDT(气体放电管)是一个绝缘体(电阻Riso100MW)。当电压升高到大于放电电压后，过电流大部分泄入大地，产生电弧放电，电压会降低到几乎与电流大小无关的电弧电压(10V~25V)。当电流下降到低于低限值时，放电器会熄灭电弧并恢复其原来的高电阻状态。GDT通常是安装在承受运行电压的线路支线上，因此就有放电器不能熄弧的风险。所以对熄弧性能有一定的要求。GDT的能量吸收能力与其它电压限制装置相比是非常高的。放电特性也受电压上升速度的影响。这种装置的两电极和三电极型应用于电讯工业中。三电极型专门为成对线路设计，可以理解为带一个公共电弧室的两个组合电极的放电器。这种设计可确保在两个室中同时产生电弧，因而当两条线中同时发生干扰时，可以获得最优的共模干扰抑制。 　　*变阻器/VDR 变阻器是陶瓷元件。例如，将氧化锌(与其它添加剂一起)在一定条件下烧结，电阻就会受电压的强烈影响。这个特性也是其名字(电压变阻器)的由来。电流(I)随着电压(U)的上升而急剧上升。正式的关系由公式I=aKU表达，其中K是与几何形状有关的元件常数，a是一个非线性指数。变阻器的特性是当处于工作电压时，压敏电阻值极大；在雷电波侵入作用下，它的电阻值甚小，向大地泄放电流。由于电流过大，因此变阻器内部发热量很大。变阻器在远高于其额定电压的情形下运行一般只可能保持很短的一段时间。 　　*齐纳二极管 双向齐纳二极管具有与变阻器类似的导电特性，对正向和反向电流在电流/电压特性上有一个拐点。非线性指数比变阻器要高，使二极管的“开通”更为急剧，因而可以有效地规定限制电压。其结构是两个二极管反向串联，可获得对称性。运作于“反向”方式下的二极管PN结阻挡层一般可阻止电流经过。当电场强度超过一定水平时，电子就会脱离其晶格束缚(即齐纳效应)，而已经大大加速的带电粒子会从晶格中推出更多的粒子(即雪崩效应)。结果就是阻挡层的“突破”并产生电流。