網(wǎng)通產(chǎn)品FXS端口的EMC防護(hù)設(shè)計方案研究

摘? 要：FXS端口防護(hù)目前有兩種方案，一種為采用可編程的防護(hù)器件TISP61089進(jìn)行防護(hù)，另外一種采用固定電壓的防護(hù)器件進(jìn)行防護(hù)，兩種防護(hù)方案在實際的應(yīng)用中都有客戶在使用，而且各有千秋。本文從FXS的工作原理出發(fā)，從測試、設(shè)計多個角度分析FXS的防護(hù)方案，總結(jié)出兩種防護(hù)方案的優(yōu)劣勢，供大家參考。

關(guān)鍵詞：FXS;EMC;晶閘管;浪涌測試

中圖分類號：TM862;TN871? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）15-0051-04

Discussion on EMC Protection Design Scheme of

Network Communication FXS Interface

ZHANG Xukun

（Shenzhen Gongjin Electronics Co.，Ltd.，Shenzhen? 518052，China）

Abstract：At present，there are two kinds of FXS interface protection schemes，one is to use programmable protection device TISP61089 for protection，and the other is to use fixed voltage protection device for protection，both of which are used by customers in practical applications，and each has its own merits. Starting from the working principle of FXS，this paper analyzes the protection scheme of FXS from the perspectives of testing and design，and summarizes the advantages and disadvantages of the two protection schemes for your reference.

Keywords：FXS;EMC;thyristor;surge test

0? 引? 言

FXS端口英文全稱為Foreign Exchange Station外部交換站，與其相連接的是網(wǎng)絡(luò)電話機，其上行端口為DSL或者網(wǎng)口端口，理論分析FXS端口屬于室內(nèi)的端口，基本上不會出現(xiàn)室外的使用環(huán)境，因此其防護(hù)的需求相對較外部端口低，而且沒有差模的防護(hù)要求。下面就FXS端口從各個不同的角度進(jìn)行分析總結(jié)，望能夠供大家在FXS防護(hù)設(shè)計上有參考意義。

1? FXS端口認(rèn)證測試標(biāo)準(zhǔn)及測試等級需求

FXS端口屬于室內(nèi)端口，各個標(biāo)準(zhǔn)中的測試要求如表1所示?？偨Y(jié)表1的測試需求，最高的等級要求為1.5KV的浪涌共模測試。

2? 實際應(yīng)用環(huán)境情況，存在風(fēng)險分析

FXS在實際的應(yīng)用中，只連接內(nèi)部的電話口，或者說是網(wǎng)絡(luò)電話口，電話屬于室內(nèi)的工作環(huán)境，接收到外部的浪涌干擾的可能性較少。只要能通過法規(guī)的測試，共模1.5kV的浪涌性能，在實際使用的工作環(huán)境中則不會被外部雷擊干擾到，應(yīng)該就不會因為浪涌干擾導(dǎo)致功能、性能異常。

但是有一種情況例外，就是帶FXS語音口，同時又帶FXO端口的主板，此類型一般會有斷網(wǎng)逃生功能，當(dāng)外部網(wǎng)絡(luò)中斷時，F(xiàn)XS端口電話機通過繼電器切換連接到FXO端口與外部相連接，這種情況需要按照外部端口來單獨處理，所以帶斷網(wǎng)逃生功能的FXS口需要另外考慮。

3? FXS的工作原理介紹

FXS是電話交換機系統(tǒng)用于連接POTS的一個端口，它可以直接和普通模擬電話機和傳真機相連;從廣義上來說，它往往被看作是一個包含物理端口、SLIC、CODEC以及FXS端口所有的功能的集合。在FXS的整個工作過程中，其通過監(jiān)測線路的電流、電壓和對模擬信號的采樣實現(xiàn)其功能摘掛機檢測，F(xiàn)XS通過監(jiān)視線路的電流或電壓的變化來確定用戶話機的摘掛機動作。檢測電流時，F(xiàn)XS將當(dāng)前的線路電流與某一基準(zhǔn)值比較，如果小于此值，則認(rèn)為用戶線路掛機，大于此值則認(rèn)為是摘機;檢測電壓則相反，當(dāng)前電壓值大于某基準(zhǔn)值認(rèn)為掛機，小于此值認(rèn)為是摘機。此基準(zhǔn)值不同的國家不同的阻抗值也不同。比如檢測電流的基準(zhǔn)值一般都大于10mA，我國的是10mA。

4? ITU-T K.21 FXS浪涌測試方法及TOP介紹

網(wǎng)通產(chǎn)品內(nèi)部端口基本上分為4種類別，包括FXS、USB、LAN、WAN。FXS EMC浪涌測試，按照ITU-T K.21的標(biāo)準(zhǔn)，只測試共模，不測試差模。FXS屬于內(nèi)部端口，共模測試需要測試內(nèi)部端口對地、內(nèi)部端口對內(nèi)部端口兩種測試模式，測試的時候非測試端口要依次耦合到地。注意：非測試非耦合到地的端口應(yīng)處在通信狀態(tài)。FXS端口測試模式有5種情形，具體測試模式如表2所示，其中第1-3項如圖1-3所示，圖中DN為去耦網(wǎng)絡(luò)、CDN為耦合去耦網(wǎng)絡(luò)、有小黑實心點的為接地標(biāo)志，虛線箭頭為無線連接，實線為有線連接。

第1項：FXS端口對地，無端口耦合到地，測試的拓?fù)鋱D如圖1所示。

第2項：FXS端口對FXS端口測試（耦合到地），測試圖片如圖2所示。

第3項：FXS端口對USB端口（USB端口耦合到地），測試拓?fù)鋱D如圖3所示。

第4、5項，F(xiàn)XS端口對WAN、LAN口測試，與FXS對USB端口的測試原理完全相同，只是耦合到地的端口換成WAN和LAN而已。

因網(wǎng)通產(chǎn)品大多是塑膠外殼的浮地產(chǎn)品，因此FXS端口對地（外殼包金屬銅皮）的測試，實際就是空間的絕緣測試，只要間距保證在5mm以上的距離，測試基本是100%通過。而FXS對WAN、LAN，中間有網(wǎng)絡(luò)變壓器隔離，網(wǎng)絡(luò)變壓器的耐壓性能至少達(dá)到AC 1.5kV，換算成直流DC 2121V完全大于1.5kV，所以1.5kV的浪涌實測是沒有問題的。以上第1、4、5項測試不增加防護(hù)元器件都是可行的，只有FXS對FXS（多個FXS端口）端口、FXS對USB端口可能需要增加保護(hù)元件。

5? FXS防護(hù)方案介紹

現(xiàn)如今，SLIC已經(jīng)變得更加復(fù)雜。為了最小化功耗，一些設(shè)計自動調(diào)整驅(qū)動器電源電壓值，使其足以驅(qū)動所需線路的電流。對于短線路，電源電壓將設(shè)置為低，但對于長線，將設(shè)置更高。這種類型的SLIC的最佳保護(hù)器件將通過跟隨SLIC電源電壓的來實現(xiàn)保護(hù)。即通過將保護(hù)晶閘管的門極連接到SLIC VBATH電源來實現(xiàn)，采用TISP61089保護(hù)芯片來對FXS端口進(jìn)行浪涌防護(hù)，具體設(shè)計電路圖如圖4所示。

TISP61089的工作原理：

（1）當(dāng)正向浪涌過來時，當(dāng)TIP/RING線經(jīng)過與晶閘管并聯(lián)的二極管正向?qū)ㄒ氲降兀鐖D5所示。

（2）負(fù)向浪涌發(fā)生時，由于G端接入VBATH，當(dāng)TIP/RING線上浪涌峰值電壓VPP>VBATH，三極管即開啟，小的IGT保證其具有較靈敏的反應(yīng)和具有較小的功耗。由于三極管和保護(hù)晶閘管并聯(lián)，三極管啟動后，為后級晶閘管提供門極驅(qū)動電流，迅速將晶閘管開啟，起到泄放浪涌的作用，經(jīng)晶閘管導(dǎo)通引入到地，如圖6所示。

上面防護(hù)方案中PTC加TISP61089的防護(hù)等級，也只是滿足1.5kV的防護(hù)性能，防護(hù)的成本預(yù)計在1.3元/口，相對來說防護(hù)等級較低，而成本較高。

6? 新的固定電壓防護(hù)的方案分析

自1980年代初以來，固定電壓晶閘管過電壓保護(hù)器一直用于保護(hù)單片SLIC（用戶線端口電路）防止雷電、交流電源接觸和感應(yīng)引起的電話線上的過電壓。由于SLIC通常是從固定電壓負(fù)軌供電，保護(hù)器的極限電壓也可以是固定值。

現(xiàn)在SLIC芯片的電壓隨線路的長短調(diào)整VBATH電壓值，但如果VBATH的電壓變化，SLIC芯片的抗干擾能力不會出現(xiàn)較大的差異，就可以采用固定電壓的防護(hù)方案。FXS端口固定電壓的保護(hù)設(shè)計方案如圖7所示。

7? TISP61089防護(hù)和固定電壓器件防護(hù)方案優(yōu)劣勢對比分析

采用TISP61089防護(hù)，防護(hù)電壓根據(jù)VBATH的高低決定，電壓可以做到可編程，保護(hù)措施靈活可靠。但成本相對較高，防護(hù)等級較固定電壓防護(hù)器件防護(hù)等級低，成本反而高。而固定電壓防護(hù)器件防護(hù)弱點在于，在負(fù)向TIP和RING線上的電壓大于VBATH，而又沒有達(dá)到保護(hù)器件的VBRM（-95V左右）時候，此時固定電壓的器件無法起到防護(hù)作用，但是一般SLIC芯片抗干擾能力都會大于-95V，故此弱點基本上可以不用太關(guān)注。具體優(yōu)劣勢如表3所示。

以上為FXS端口的防護(hù)方案總結(jié)，實際設(shè)計時怎么選擇，取決于每個廠家關(guān)注的重點，望能夠為同行公司設(shè)計時提供一些參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] ITU-T-K.21-201810，Resistibility of telecommunication equipment installed in customer premises to overvoltages and overcurrents [S].ITU，2018.

[2] T-REC ITU-T-K.44-201606，Resistibility tests for telecommuni-cation equipment exposed to overvoltages and overcurrents [S].ITU，2016.

[3] 張方，蘇秋萍.可編程半導(dǎo)體抗浪涌保護(hù)器件 [J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（9）：116-117.

作者簡介：張緒坤（1978.10-），男，漢族，江西武寧人，本科，學(xué)士學(xué)位，中級工程師，研究方向：電子產(chǎn)品的EMC及RF方面的設(shè)計研究。