網通產品FXS端口的EMC防護設計方案研究

摘? 要：FXS端口防護目前有兩種方案，一種為采用可編程的防護器件TISP61089進行防護，另外一種采用固定電壓的防護器件進行防護，兩種防護方案在實際的應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，從測試、設計多個角度分析FXS的防護方案，總結出兩種防護方案的優劣勢，供大家參考。

關鍵詞：FXS;EMC;晶閘管;浪涌測試

中圖分類號：TM862;TN871? ? ? ?文獻標識碼：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，與其相連接的是網絡電話機，其上行端口為DSL或者網口端口，理論分析FXS端口屬于室內的端口，基本上不會出現室外的使用環境，因此其防護的需求相對較外部端口低，而且沒有差模的防護要求。下面就FXS端口從各個不同的角度進行分析總結，望能夠供大家在FXS防護設計上有參考意義。

1? FXS端口認證測試標準及測試等級需求

FXS端口屬于室內端口，各個標準中的測試要求如表1所示?？偨Y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? 實際應用環境情況，存在風險分析

FXS在實際的應用中，只連接內部的電話口，或者說是網絡電話口，電話屬于室內的工作環境，接收到外部的浪涌干擾的可能性較少。只要能通過法規的測試，共模1.5kV的浪涌性能，在實際使用的工作環境中則不會被外部雷擊干擾到，應該就不會因為浪涌干擾導致功能、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逃生功能，當外部網絡中斷時，FXS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，其通過監測線路的電流、電壓和對模擬信號的采樣實現其功能摘掛機檢測，FXS通過監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，FXS將當前的線路電流與某一基準值比較，如果小于此值，則認為用戶線路掛機，大于此值則認為是摘機;檢測電壓則相反，當前電壓值大于某基準值認為掛機，小于此值認為是摘機。此基準值不同的國家不同的阻抗值也不同。比如檢測電流的基準值一般都大于10mA，我國的是10mA。

4? ITU-T K.21 FXS浪涌測試方法及TOP介紹

網通產品內部端口基本上分為4種類別，包括FXS、USB、LAN、WAN。FXS EMC浪涌測試，按照ITU-T K.21的標準，只測試共模，不測試差模。FXS屬于內部端口，共模測試需要測試內部端口對地、內部端口對內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處在通信狀態。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為去耦網絡、CDN為耦合去耦網絡、有小黑實心點的為接地標志，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，測試的拓撲圖如圖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），測試拓撲圖如圖3所示。

第4、5項，FXS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。

因網通產品大多是塑膠外殼的浮地產品，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，中間有網絡變壓器隔離，網絡變壓器的耐壓性能至少達到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元件。

5? FXS防護方案介紹

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

TISP61089的工作原理：

（1）當正向浪涌過來時，當TIP/RING線經過與晶閘管并聯的二極管正向導通引入到地，如圖5所示。

（2）負向浪涌發生時，由于G端接入VBATH，當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和具有較小的功耗。由于三極管和保護晶閘管并聯，三極管啟動后，為后級晶閘管提供門極驅動電流，迅速將晶閘管開啟，起到泄放浪涌的作用，經晶閘管導通引入到地，如圖6所示。

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

6? 新的固定電壓防護的方案分析

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

現在SLIC芯片的電壓隨線路的長短調整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較大的差異，就可以采用固定電壓的防護方案。FXS端口固定電壓的保護設計方案如圖7所示。

7? TISP61089防護和固定電壓器件防護方案優劣勢對比分析

采用TISP61089防護，防護電壓根據VBATH的高低決定，電壓可以做到可編程，保護措施靈活可靠。但成本相對較高，防護等級較固定電壓防護器件防護等級低，成本反而高。而固定電壓防護器件防護弱點在于，在負向TIP和RING線上的電壓大于VBATH，而又沒有達到保護器件的VBRM（-95V左右）時候，此時固定電壓的器件無法起到防護作用，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注。具體優劣勢如表3所示。

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

參考文獻：

[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.可編程半導體抗浪涌保護器件 [J].現代電子技術，2005（9）：116-117.

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