專利名稱：交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護方法及裝置的制作方法
所屬領域本發(fā)明涉及一種程控數(shù)字交換機中的時分交換電路板總線接口過電壓保護的方法及裝置，確切地說，涉及一種適用于AXE-10程控數(shù)字交換機及其遠端模塊(RSS)交換設備的時分交換電路板(TSW板)的TS-BUS總線接口過電壓保護的方法及裝置。屬于電信等弱電信息設備的過電壓防護應用技術領域。
但是，根據(jù)AXE-10交換機在我國連續(xù)多年運行的結果表明，在我國雷電活動頻繁的廣東、江蘇等南方地區(qū)，每年的雷雨季節(jié)期間，都有大量的AXE-10交換機及其遠端模塊設備(RSS)的時分交換電路板(TSW板)被雷電、浪涌等過電壓過電流損壞，導致通信受阻，甚至局(站)癱瘓。不僅嚴重影響了通信的正常運行，也給當?shù)氐倪\行維護工作帶來了巨大的壓力。
截止到目前，Ericsson設備制造商已對TSW電路板的硬件部分升級過好幾個版本，當?shù)夭簧偻ㄐ啪终?、地面局也曾對AXE-10交換機房做過不少的接地防雷改造工作；但是TSW板的雷害問題依舊非常突出，問題并沒有得到有效的解決?？梢哉f，EMTS板的雷害問題已經成為目前AXE-10交換機最突出的問題，它已經引起了廣東省電信公司、廣東GUC公司、愛立信中國公司(ETC)以及Ericsson設備制造商等各方面的高度重視，也是擺在申請人面前一個亟待解決的大問題。
目前AXE-10及其RSS現(xiàn)有的3個不同硬件版本(ROF 137 7856/1/3/4)的時分交換電路板(TSW板)均沒有設計專用的接口保護電路來保護其TS總線接口，導致TSW板上的TS總線接口電路的抗沖擊能力低下，以致在我國雷電活動較為頻繁而激烈的廣東、江蘇、廣西等南方地區(qū)使用時，TSW板的雷害問題就變得非常突出。根據(jù)對廣東電信使用的TSW板被雷擊損壞的統(tǒng)計結果看，TSW板的損壞具有很典型的共性，即TSW板上的TS-BUS總線接口驅動/接收器26C31/26C32被損壞擊穿，這種損壞基本上占了被損壞TSW板的90％以上。其他地區(qū)TSW板被雷擊損壞的長期統(tǒng)計結果，也是基本上表現(xiàn)為TSW板上的TSB總線接口驅動/接收器26C31/26C32的信號線對地短路被損壞擊穿。究其損壞的原因，是在雷擊發(fā)生時，群內連接到TS-BUS總線電纜上的不同TSW板的總線接口之間出現(xiàn)過高的地電位差(即過電壓)，導致接口電路被過電壓損壞。
TSW板的雷害問題，有很大因素是該TSW板自身抗沖擊能力較差。當初設計時，沒有充分考慮到在雷害頻繁的比較惡劣環(huán)境條件下，TSW板使用時對防雷電等過電壓的需要。鑒于TSW板自身抗瞬態(tài)沖擊力不足及其被損壞的共性，如何有針對性地對TSW板的TS總線接口增加保護措施，而又不影響其傳輸性能，將是一種提高TSW板抗力、減少TSW板被雷擊損壞的重要手段。
本發(fā)明的又一目的是提供一種程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護的裝置，該裝置是上述過電壓保護方法的具體實施技術手段。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護的方法，其特征在于該方法是在程控數(shù)字交換機時分交換電路板上的TS-BUS總線接口的每一個驅動/接收信號線與地之間，增設一個采取旁路保護方式的雙向限壓型保護電路，來削弱或消除TS-BUS總線接口上的過電壓，提高時分交換電路板上的TS-BUS總線接口驅動/接收器的抗沖擊能力。
所述增設的采取旁路保護方式的雙向限壓型保護電路是低電容效應的TVS(Transient Voltage Suppresser)瞬態(tài)抑制器件，由該器件將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地，從而保護時分交換電路板上總線接口的每一個驅動/接收信號線免遭高壓擊穿。
所述的采取旁路到地保護方式的限壓型保護電路的低電容效應的TVS瞬態(tài)抑制器件是雙向保護電路，也可以是單向保護電路；以雙向保護電路為佳。
所述增設的低電容效應的TVS瞬態(tài)抑制器件是采用美國SEMTECH公司生產制造的SMD表面貼片式雙列8針防瞬態(tài)過電壓及靜電保護器件，其型號為LCDA05。
該方法不僅適用于瑞典愛立信公司生產的程控數(shù)字交換機AXE-10及其遠端模塊設備(RSS)的時分交換電路板上的TS-BUS總線接口驅動/接收器，也可用于愛立信或其他公司生產的多種程控數(shù)字交換機及其遠端模塊設備上。
本發(fā)明的另一目的是這樣實現(xiàn)的一種程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護裝置，其特征在于該裝置是由一個其兩端分別裝設有用于插接兩個不同時分交換電路板的兩個插座和在其中間設置有過電壓保護電路的印刷電路板所組成，其中該過電壓保護電路是在該時分交換電路板的TS-BUS總線接口驅動器/接收器的每一個驅動/接收信號線與地之間，分別設有一個采取旁路到地保護方式的雙向或單向的限壓型保護電路；該雙向限壓型保護電路的正向保護電路是由一個二極管與一個瞬態(tài)抑制器件TVS反向串接構成，其負向保護電路同樣是由一個二極管與一個瞬態(tài)抑制器件TVS反向串接構成的；以使超過該穩(wěn)壓管額定工作電壓的過電壓能夠被削弱或消除，從而提高時分交換電路板的TS-BUS總線接口驅動器/接收器的抗沖擊能力。
所述的由一個二極管與一個瞬態(tài)抑制器件TVS反向串接構成的、采取旁路到地保護方式的限壓型保護電路可以是雙向保護電路，也可以是單向保護電路；以雙向保護電路為佳。
所述的由一個二極管與一個瞬態(tài)抑制器件TVS反向串接構成的、采取旁路保護方式的雙向限壓型保護電路是選用美國SEMTECH公司生產制造的SMD表面貼片式雙列8針防瞬態(tài)過電壓及靜電保護器件，其型號為LCDA05。
所述的在其中間設置的雙向限壓型過電壓保護電路是由12片型號為LCDA05的雙列8針防瞬態(tài)過電壓及靜電保護器件所組成，其中6片LCDA05器件組成12路驅動信號線對地的雙向保護電路，另外6片LCDA05器件則組成12路接收信號線對地的雙向保護電路。
本發(fā)明的方法是針對AXE-10交換機TSW板容易損壞的特點，有針對性地在程控數(shù)字交換機時分交換電路板上的TS-BUS總線接口的每一個驅動/接收信號線與地之間，增設一個采取旁路保護方式的限壓型保護電路。該采取旁路保護方式的限壓型保護電路是低電容效應的TVS瞬態(tài)抑制器件，由該器件將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地，以便削弱或消除TS-BUS總線接口上的過電壓，提高時分交換電路板上的TS-BUS總線接口驅動/接收器的抗沖擊能力。該低電容效應的TVS瞬態(tài)抑制器件可以采用美國SEMTECH公司生產制造的SMD表面貼片式雙列8針防瞬態(tài)過電壓及靜電保護器件，其型號為LCDA05。該方法不僅適用于瑞典愛立信公司生產的程控數(shù)字交換機AXE-10及其遠端模塊設備(RSS)的時分交換電路板上的TS-BUS總線接口驅動/接收器，也可用于其他公司生產的程控數(shù)字交換機及其遠端模塊設備上，是一種成本低、見效快、且易推廣使用的好方法。
本發(fā)明的接口總線過電壓保護裝置，相對現(xiàn)有技術而言，具有如下優(yōu)點1、該裝置除了具有24路驅動/接口信號線對地的共模保護方式外，還間接地具有該24路信號線之間的差模保護方式。
2、該裝置具有動作電壓低、限制電壓低、響應時間快，適用于高速數(shù)字信號線上發(fā)揮保護作用；其中共模對地動作電壓≤6V；差模線間動作電壓≤12V。
3、該裝置具有較強的抗過電壓沖擊能力測試表明，當TSW板的總線接口上加裝TSB總線接口保護裝置后，其組合波(1.2/50μs、8/20μs)沖擊抗力可以由原來的不足100V增加到1KV。
4、該裝置能有效地削弱群內不同TSW板的總線接口之間出現(xiàn)的過電壓由于AXE-10交換機不同LSM框的TSW板之間的連接是通過TSB接口總線電纜連接的，一個群(1024用戶線，8塊TSW板)的交換局，TSB電纜總長度一般可達十幾米，雷擊時易使不同的TSW板的總線接口之間出現(xiàn)較大的電位差(即過電壓)，從而造成TSB總線接口電路的損壞。使用本發(fā)明的保護裝置，可以有效削弱不同TSW板的總線接口之間的過電壓。
5、該裝置的傳輸特性好、電容低插入損耗小(頻率在30kHz～20MHz之間，插損≤0.15dB)。
6、該裝置完全可以滿足大話務量的傳輸要求通過廣東省電信科學技術研究院通信校準和檢驗試驗室進行的現(xiàn)場大話務量呼叫測試，測試結果符合標準YDN065-1997，對整個交換系統(tǒng)的正常工作不產生任何影響。
7、該裝置結構簡單，成本較低，抗過電壓特性好，具有很好的性價比AXE-10程控數(shù)字交換機及其遠端模塊(RSS)交換設備在機房的接地防雷措施方面相對其它機型而言有更高的要求。特別是AXE機房內設備及與建筑物立柱、橫梁、樓板等內的鋼筋的絕緣可靠性對AXE整個設備的防雷有著非常重要的作用。良好的絕緣措施可使設備的抗力得到很大的提高。但這種方法并不現(xiàn)實，因為，目前從廣東省乃至全國的實際情況來看，AXE-10交換設備的所有機房，在安裝時幾乎都沒有采取可靠的絕緣措施；而且電信、移動及尋呼等設備的機房大都共址而建，各種設備錯綜復雜，要重新進行接地防雷和絕緣措施等改造，不僅工作量和費用巨大，而且難度也非常之大，甚至根本就不可能徹底。因此，本發(fā)明的方法采用針對性增加接口保護電路，是一種成本低、見效快、易推廣使用的方法。
8、該裝置安裝簡單、快捷，維護方便、便于推廣使用該裝置配備了AXE-10專用的標準48針連接插頭/插座，使用時，不需對交換機的TSW電路板進行任何改動，只需先將需安裝TS-BUS接口保護裝置的TSW板關閉(軟件上實現(xiàn))，在關閉了的TSW板上插好TSB總線保護裝置和連接總線，然后解閉TSW板即可，無需其它調試。
圖2為本發(fā)明在時分交換電路板(TSW板)1、2上的TS-BUS總線接口使用TVS器件作過電壓保護的旁路保護電路的電原理示意圖。
圖3為本發(fā)明在AXE-10程控數(shù)字交換機時分交換電路板(TSW板)的TS-BUS總線接口上采用型號為LCDA05器件作旁路保護電路的保護裝置-TS-BUS總線接口保護卡-的電路原理圖。
圖4A、圖4B、圖4C分別為本發(fā)明交換機時分交換電路板的TS-BUS總線接口上采用型號為LCDA05器件作旁路保護電路的保護裝置的外觀正視圖、側視圖和俯視圖。
圖5為在程控交換機時分交換電路板的TS-BUS接口上使用本發(fā)明的保護裝置-TS-BUS總線接口保護卡-的實施例圖。
TSW板上的TS-BUS總線接口的損壞主要是共模過電壓使得信號線對地擊穿；同時，考慮到不同LSM框之間又不可避免地存在一定的接觸電阻或互連地線電感等，當雷電、浪涌等過電壓出現(xiàn)時，不同LSM框的TSW板上的TS-BUS總線接口之間的共模過電壓將更嚴重。因此，為了有效地保護好TS-BUS總線接口，以及滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰赥S-BUS接口上采取旁路保護電路是一種比較理想的保護方法，本發(fā)明就是在程控數(shù)字交換機時分交換電路板上的TS-BUS總線接口的每一個驅動/接收信號線與地之間，增設一個采取旁路保護方式的雙向限壓型保護電路。該旁路保護方式的雙向限壓型保護電路是電容量極低的TVS瞬態(tài)抑制器件，由該器件將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地，從而保護時分交換電路板上總線接口的每一個驅動/接收信號線免遭高壓擊穿。該采取旁路到地保護方式的限壓型保護電路是由一個二極管與一個瞬態(tài)抑制器件TVS反向串接構成正向保護電路、由另一個二極管與另一個瞬態(tài)抑制器件TVS也反向串接構成負向保護電路(參見圖2所示)；該限壓型保護電路可以將超出其中瞬態(tài)抑制器件TVS額定動作電壓的雙向危害性的瞬態(tài)高電壓能量旁路到大地，以削弱或消除TS-BUS總線接口上的過電壓，從而有利于提高TSW板上的TS-BUS總線接口驅動/接收器的抗沖擊能力。所述的低電容效應的TVS瞬態(tài)抑制器件可以采用美國SEMTECH公司生產制造的SMD表面貼片式雙列8針防瞬態(tài)過電壓及靜電保護器件，其型號為LCDA05。該方法不僅適用于瑞典愛立信公司生產的程控數(shù)字交換機AXE-10及其遠端模塊設備(RSS)的時分交換電路板上TS-BUS總線接口驅動/接收器的過電壓保護，也可用于愛立信或其他公司生產的多種程控數(shù)字交換機及其遠端模塊設備的相應器件的過電壓保護。
參見圖3、圖4，本發(fā)明還依據(jù)該方法而設計出一種AXE-10及其RSS設備上的TSW板專用的TSB總線接口過電壓保護裝置。該裝置是由一個其兩端分別裝設有用于插接兩個不同時分交換電路板的兩個插座10、20和在其中間設置有過電壓保護電路30的印刷電路板40所組成，其中該過電壓保護電路30是在該時分交換電路板的TS-BUS總線接口驅動器/接收器的每一個驅動/接收信號線與地之間，分別設有由一個一個二極管與一個瞬態(tài)抑制器件TVS反向串接構成正向保護電路、由另一個二極管與另一個瞬態(tài)抑制器件TVS也反向串接構成負向保護電路的、采取旁路保護方式的雙向限壓型保護電路。在設計和選擇TS-BUS接口保護電路時，必須將該電路或器件的防過電壓特性和傳輸特性結合起來作綜合考慮，做到不僅有良好的防過電壓能力，而且又能適用大話務量的呼叫處理。本發(fā)明在綜合考慮保護器件的極問電容、漏電流、雷擊能力等幾個方面的影響，選擇了美國SEMTECH公司生產制造的SMD表面貼片式雙列8針防瞬態(tài)過電壓及靜電保護器件(型號為LCDA05)作為防過壓保護器件，該器件的各項特性非常適合用作高速數(shù)據(jù)接口的保護電路。圖3所示的本發(fā)明雙向限壓型過電壓保護裝置的電路就是由12片型號為LCDA05的雙列8針防瞬態(tài)過電壓及靜電保護器件IC1-IC12所組成，其中6片LCDA05器件組成12路驅動信號線對地的雙向保護電路，另外6片LCDA05器件則組成12路接收信號線對地的雙向保護電路。圖5為本發(fā)明的保護裝置-TS-BUS總線接口保護卡-在程控交換機時分交換電路板的TS-BUS接口上使用的實施例圖。圖中50為時分交換電路板(TSW板)，60為本發(fā)明的保護裝置-TS-BUS總線接口保護卡。
由于TSW板上的TS-BUS時分交換總線是用于不同LSM用戶模塊之間進行數(shù)據(jù)交換的，工作速率快、頻率高，因此，本發(fā)明在設計TSW板上的TS-BUS總線接口保護電路時，必須充分考慮TS-BUS接口電路的下列性能要求(1)傳輸要求TS-BUS總線接口保護電路是串接在TSW板的TS總線接口上，故必須以不影響數(shù)據(jù)傳輸和交換為前提；(2)插入損耗TS-BUS總線接口保護電路的插入損耗應足夠小20Mb以內應小于0.15dB；(3)串音防衛(wèi)度由于TS-BUS是差分傳輸方式，必須考慮使用TS-BUS總線接口保護裝置后的線間串音干擾，其串音防衛(wèi)度應不小于65dB；(4)工作速率TS-BUS接口總線的最大速率可以達到10Mb/s，因此，TS接口保護裝置通常應能適用10Mb/s的工作速率要求；
(5)雷擊抗力TS-BUS接口保護裝置應至少能承受±5次、1.0KV/25A的組合波(1.2/50μs、8/20μs，其中回路特性阻抗Rf＝40Ω)的沖擊而被保護設備不被損壞；(6)EFT(快速瞬變脈沖群)抗力TS-BUS接口保護裝置應能承受2KV、2.5kHz，持續(xù)時間不小于1min的沖擊；(7)ESD(靜電放電)接觸放電6KV，空氣放電8KV；(8)保護器件極間電容≤50pF，抗力滿足上述(5)、(6)、(7)條的要求；(9)保護方式TS-BUS總線接口的全部24路信號線對地之間的雙向保護；(10)物理接口TS-BUS總線接口保護裝置的轉接插頭應符合TSW板上TS-BUS總線接口的連接要求；(11)工藝要求TS-BUS接口保護裝置必須連接可靠、且不影響機架的開、關門，方便安裝和插拔，外形美觀等；(12)失效要求TS-BUS接口保護裝置在失效時的狀態(tài)是短路方式，通過AXE交換機診斷軟件，可以很方便地診斷出某個TSW板上對應的TS-BUS接口保護裝置的故障。
本發(fā)明已經按照上述方法試制出保護裝置若干個，并進行了抗雷擊和交換機大話務量呼叫能力的測試試驗。其中雷擊抗力測試的測試結果如下
其中大話務量呼叫能力的測試情況如下
本發(fā)明的保護裝置還在廣東省南海電信局松崗分局龍頭模塊局進行長達2個月的實施試驗，目前試驗仍在進行中。試驗應用的情況良好，TS-BUS接口保護裝置和龍頭模塊局的AXE-10遠端交換設備均未有異常情況出現(xiàn)，實現(xiàn)了發(fā)明目的。試驗的結果表明，本發(fā)明的方法和裝置具有很好的應用前景。
權利要求
1.一種程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護的方法，其特征在于該方法是在程控數(shù)字交換機時分交換電路板上的TS-BUS總線接口的每一個驅動/接收信號線與地之間，增設一個采取旁路保護方式的雙向限壓型保護電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護的方法，其特征在于所述增設的采取旁路保護方式的雙向限壓型保護電路是低電容效應的瞬態(tài)抑制器件(TVS，Transient Voltage Suppresser)，由該器件將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地。
3.根據(jù)權利要求2所述的程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護裝置，其特征在于所述的采取旁路到地保護方式的限壓型保護電路的低電容效應的TVS瞬態(tài)抑制器件可以是雙向保護電路，也可以是單向保護電路；以雙向保護電路為佳。
4.根據(jù)權利要求2所述的程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護的方法，其特征在于所述增設的低電容效應的TVS瞬態(tài)抑制器件是采用美國SEMTECH公司生產制造的SMD表面貼片式雙列8針防瞬態(tài)過電壓及靜電保護器件，其型號為LCDA05。
5.根據(jù)權利要求1所述的程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護的方法，其特征在于該方法不僅適用于瑞典愛立信公司生產的程控數(shù)字交換機AXE-10及其遠端模塊設備(RSS)的時分交換電路板上的TS-BUS總線接口驅動/接收器的過電壓保護，也可用于愛立信或其他公司生產的多種程控數(shù)字交換機及其遠端模塊設備的相應器件的過電壓保護。
6.一種程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護裝置，其特征在于該裝置是由一個其兩端分別裝設有用于插接兩個不同時分交換電路板的兩個插座和在其中間設置有過電壓保護電路的印刷電路板所組成，其中該過電壓保護電路是在該時分交換電路板的TS-BUS總線接口驅動器/接收器的每一個驅動/接收信號線與地之間，分別設有一個采取旁路到地保護方式的雙向或單向的限壓型保護電路；該雙向限壓型保護電路的正向保護電路是由一個二極管與一個瞬態(tài)抑制器件TVS反向串接構成，其負向保護電路同樣是由一個二極管與一個瞬態(tài)抑制器件TVS反向串接構成的。
7.根據(jù)權利要求6所述的程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護裝置，其特征在于所述的采取旁路到地保護方式的、由一個二極管與一個瞬態(tài)抑制器件TVS反向串接構成的限壓型保護電路可以是雙向保護電路，也可以是單向保護電路；以雙向保護電路為佳。
8.根據(jù)權利要求6所述的程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護裝置，其特征在于所述的由一個二極管與一個瞬態(tài)抑制器件TVS反向串接構成的、采取旁路到地保護方式的雙向限壓型保護電路是選用美國SEMTECH公司生產制造的SMD表面貼片式雙列8針防瞬態(tài)過電壓及靜電保護器件，其型號為LCDA05。
9.根據(jù)權利要求6或8所述的程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護裝置，其特征在于所述的在其中間設置的限壓型過電壓保護電路是由12片美國SEMTECH公司生產制造的型號為LCDA05的雙列8針防瞬態(tài)過電壓及靜電保護器件所組成，其中6片LCDA05器件組成12路驅動信號線對地的雙向保護電路，另外6片LCDA05器件則組成12路接收信號線對地的雙向保護電路。
全文摘要
一種程控數(shù)字交換機時分交換電路板的總線接口過電壓保護的方法及裝置,該方法是在交換機時分交換電路板上TS－BUS總線接口的每一個驅動/接收信號線與地之間,增設采取旁路到地的限壓型保護電路。該裝置是由一個其兩端分別裝設有用于插接兩個不同時分交換電路板的兩個插座和在其中間設有過電壓保護電路的印刷電路板所組成,該過電壓保護電路是在該時分交換電路板的TS－BUS總線接口驅動器/接收器的每一個驅動/接收信號線與地之間,分別設有一個由一個二極管與一個電容量極低的瞬態(tài)抑制器件TVS反向串接構成的、采取旁路到地的雙向或單向的限壓型保護電路。該限壓型保護電路選用美國SEMTECH公司制造的型號為LCDA05的雙列8針低電容防瞬態(tài)過電壓及靜電保護器件。
文檔編號H05K1/18GK1372401SQ0210379
公開日2002年10月2日 申請日期2002年3月25日 優(yōu)先權日2002年3月25日
發(fā)明者羅森文, 賴世能, 張銀環(huán) 申請人:廣東省電信科學技術研究院