[实用新型]一种接口防护电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及接口防护技术，具体涉及应用于RS482和RS422接口的接口防护电路。

背景技术

RS422和RS485总线因其抗噪声干扰性能强，通信距离远，控制简单，被广泛地应用于工业控制、过程控制、电力系统以及要求较远距离信号传输的远程互联等技术领域。

RS422和RS485接口在恶劣环境中使用会向设备引入过电压或过电流。为了将过电压和过电流及时泄放掉，从而将过电压和过电流隔离在设备之外，可以在接口中设置接口防护电路，为被保护接口提供过压、过流防护。

图1为RS485接口中具有过压防护能力的接口防护电路结构图。如图1所示，该接口防护电路设置在接口中的接口连接器与接口集成芯片(IC)器件之间，该接口防护电路包括3大部分，分别是气体放电管(GDT)单元11、去耦单元12和瞬态电压抑制器(TVS，Transient Voltage Suppressor)单元13。

其中，GDT单元11位于靠近接口连接器的一侧，并接在RS485接口的两差分信号线之间，两条差分信号线分别为RS485+和RS485-。GDT单元11包括3个GDT，分别为GDT1、GDT2和GDT3。GDT1连接在RS485+和RS485-之间，当RS485+和RS485-之间的电压大于GDT1的直流击穿电压时，GDT1被击穿，从而为两差分信号线间的过电压提供泄放路径；GDT2连接在RS485+与参考地之间，当RS485+与参考地之间的电压大于GDT2的直流击穿电压时，GDT2被击穿，从而为RS485+信号线上的过电压提供泄放路径；同理，GDT3连接在RS485-与参考地之间，为RS485-信号线上的过电压提供泄放路径。可见，GDT单元11的作用是为过电压提供泄放路径，这些过电压通常称为浪涌电压。

TVS单元13位于靠近接口IC器件的一侧，并接在两差分信号线之间。TVS单元13包括2个TVS，分别为TVS1和TVS2。TVS单元13的作用是在GDT动作并起到保护作用之前为浪涌电压提供泄放路径，保护后面的接口IC器件。与上述GDT2和GDT3提供泄放路由的原理相同，TVS1和TVS2为RS485+与参考地之间以及RS485-与参考地之间的较高电压提供泄放路径。

GDT单元11与TVS单元13的响应时间不同，TVS单元13响应快，GDT单元11响应慢，为了令GDT单元11与TVS单元13相配合，在这两个单元之间设置去耦单元12。去耦单元12包括2个去耦电阻R1和R2，分别串接在GDT单元11与TVS单元13之间的两差分信号线上。

图2为RS485接口中具有过压和过流防护能力的接口防护电路结构图。如图2所示，该接口防护电路设置在接口中的接口连接器与接口IC器件之间，包括4大部分，分别是正温度系数(PTC，Positive Temperature Coefficient)热敏电阻单元24、GDT单元21、去耦单元22和TVS单元23。与图1相比，图2的接口防护电路增加了PTC热敏电阻单元24，简称PTC单元24。该PTC单元24包括两个PTC热敏电阻PTC1和PTC2，这两个PTC分别串接在接口连接器与GDT单元21之间的差分信号线上。

PTC是一种具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。当某个GDT或TVS被击穿产生泄放路径时，泄放路径中的电流急剧增大，可能会造成泄放路径上的元件损伤。因此在泄放路径上设置PTC，PTC会在电流急剧增大时产生大电阻，使得通过PTC的电流急剧降低，从而令通过PTC的电流值保持在RS485接口中各组件能够承受的范围内。可见，由于PTC的存在使得图2的接口防护电路具有过流防护能力。

图2中的GDT单元21、去耦单元22与图1中的同名单元相同。TVS单元23比TVS13多了一个并接在RS485+与RS485-之间的TVS1，为RS485+与RS485-之间的较高电压提供泄放路径，从而提供更为全面的过压防护。

但目前的过压防护电路，以及过压和过流防护电路存在以下缺陷：

首先，如图1和图2所示，TVS单元中的TVS直接连接在差分信号线上，TVS的结电容比较大，图1和图2中的TVS为双向防护TVS，其结电容为2000pF。那么图1和图2中的信号线对地的结电容为2000pF。当差分信号线中通过速率较高的信号时，信号线对地和信号线之间的较大结电容会影响信号质量。