[发明专利]接口保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及保护电路设计的技术领域，尤其涉及一种接口保护电路。

背景技术

在系统设计时，对各种接口的保护电路的设计将直接影响到系统的稳定性和可靠性。在使用各种接口芯片时，应该注意的问题包括：

a、在某些场合，由于现场情况十分复杂，各节点之间可能存在很高的共模电压。对于采用差分传输方式的接口，具有一定的抗共模干扰的能力，但当共模电压超过差分接口的极限接收电压时，差分接口就再也无法正常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。

b、接口芯片在使用、焊接或设备的运输途中都有可能受到静电的冲击而损坏。在传输线架设于户外的使用场合，接口芯片乃至整个系统还有可能遭致雷电的袭击。

为防止问题a的发生，对接口进行保护时通常采用的电路是在外部接口和受保护的接口之间串联隔离电路/变压器；为防止问题b的发生，对接口进行保护时通常采用的电路是直接采用带有防静电(ESD)的接口芯片，或在受保护的接口的信号线上连接瞬态电压抑制(TVS)泻放电路。

下面以RS-485接口为例，对接口的保护电路做进一步具体说明。为减少或避免上述问题对RS-485接口甚至芯片的干扰和破坏，常用的保护电路包括：

在RS-485接口和其它接口之间连接光隔离器/变压器等，将各接口之间的信号进行隔离，如图1a所示。在采用RS-485接口的系统中，通常使用光隔离器/变压器将RS-485接口与主器件的接口进行隔离，从而防止各接口之间产生过高的共模电压。其中，光隔离器是利用光信号将电气信号实现转换，消除了电气连续性。只要电路的漂浮电平不超过隔离器的额定击穿电压(通常为1000-2500V)，接口就不会损坏。

直接采用带有防静电的RS-485接口芯片，或在RS-485接口的信号线上连接TVS泻放电路，如图1b所示。当系统受到静电冲击或遭雷击而导致信号线上出现浪涌电流时，TVS泻放电路可以为浪涌电流提供一条到地的低阻抗通道，使浪涌电流能够迅速地泻放到地上，从而保护接口免受浪涌电流的冲击。

上述保护电路都存在一些问题：对于采用光隔离器/变压器作为保护电路来说，该电路虽然对共模瞬变很有效，但是对信号线之间的差模瞬变则无能为力，而且光隔离器需要独立的电源供应，复杂性高，对持续的瞬变不敏感；对于采用TVS泻放电路作为保护电路来说，由于保护器件需要吸收大量能量，因此不能承受较长时间的瞬变，而且会有残留的电压、电流泄漏到后级的接口电路中。

对RS-485接口而言，经过试验证明：上述保护电路在做电快速瞬变脉冲群抗扰性试验、雷击浪涌抗扰性试验时都只能做到2级标准，而且不能消除热插拔时带来的尖峰脉冲。采用上述保护电路，对室内设备可以起到很好的保护作用。但对于室外设备，尤其是需要在恶劣环境中使用的室外设备并且需要做到3级以上标准，上述保护电路就不能满足要求了。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是提供一种接口保护电路，可以为接口提供更好的保护，提高接口的可靠性和稳定性。对RS-485接口而言，经过试验证明，采用本发明提供的保护电路，可以满足电快速瞬变脉冲群抗扰性试验、雷击浪涌抗扰性等试验的4级标准，同时可以支持接插件的热插拔。本发明同时还提供了用于环境较好、保护等级要求较低的保护电路。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种接口保护电路，包括在外部接口和受保护的接口之间通过信号线依次串联的瞬态电压抑制TVS泻放电路和信号隔离电路，其中，在信号隔离电路和受保护的接口之间还串联有箝位电路。

其中，所述受保护的接口是RS-485接口。

其中，所述TVS泻放电路包括两个TVS双向二极管，所述外部RS-485接口的差分信号线分别通过一个TVS双向二极管和地连接。

其中，所述信号隔离电路包括一个共模电感，所述外部RS-485接口的差分信号线和受保护的RS-485接口的差分信号线通过共模电感连接。

其中，所述信号隔离电路包括两个电阻，所述外部RS-485接口的差分信号线和受保护的RS-485接口的差分信号线分别通过一个电阻连接。

其中，所述箝位电路包括三个箝位二极管，所述受保护的RS-485接口的差分信号线分别通过一个箝位二极管和地连接，所述RS-485接口的差分信号线之间通过一个箝位二极管连接。

其中，所述箝位电路包括两个箝位二极管，所述受保护的RS-485接口的差分信号线分别通过一个箝位二极管和地连接。