网通产品FXS端口的EMC防护设计方案研究

摘  要：FXS端口防护目前有两种方案，一种为采用可编程的防护器件TISP61089进行防护，另外一种采用固定电压的防护器件进行防护，两种防护方案在实际的应用中都有客户在使用，而且各有千秋。本文从FXS的工作原理出发，从测试、设计多个角度分析FXS的防护方案，总结出两种防护方案的优劣势，供大家参考。

关键词：FXS;EMC;晶闸管;浪涌测试

中图分类号：TM862;TN871       文献标识码：A 文章编号：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端口英文全称为Foreign Exchange Station外部交换站，与其相连接的是网络电话机，其上行端口为DSL或者网口端口，理论分析FXS端口属于室内的端口，基本上不会出现室外的使用环境，因此其防护的需求相对较外部端口低，而且沒有差模的防护要求。下面就FXS端口从各个不同的角度进行分析总结，望能够供大家在FXS防护设计上有参考意义。

1  FXS端口认证测试标准及测试等级需求

FXS端口属于室内端口，各个标准中的测试要求如表1所示。总结表1的测试需求，最高的等级要求为1.5KV的浪涌共模测试。

2  实际应用环境情况，存在风险分析

FXS在实际的应用中，只连接内部的电话口，或者说是网络电话口，电话属于室内的工作环境，接收到外部的浪涌干扰的可能性较少。只要能通过法规的测试，共模1.5kV的浪涌性能，在实际使用的工作环境中则不会被外部雷击干扰到，应该就不会因为浪涌干扰导致功能、性能异常。

但是有一种情况例外，就是带FXS语音口，同时又带FXO端口的主板，此类型一般会有断网逃生功能，当外部网络中断时，FXS端口电话机通过继电器切换连接到FXO端口与外部相连接，这种情况需要按照外部端口来单独处理，所以带断网逃生功能的FXS口需要另外考虑。

3  FXS的工作原理介绍

FXS是电话交换机系统用于连接POTS的一个端口，它可以直接和普通模拟电话机和传真机相连;从广义上来说，它往往被看作是一个包含物理端口、SLIC、CODEC以及FXS端口所有的功能的集合。在FXS的整个工作过程中，其通过监测线路的电流、电压和对模拟信号的采样实现其功能摘挂机检测，FXS通过监视线路的电流或电压的变化来确定用户话机的摘挂机动作。检测电流时，FXS将当前的线路电流与某一基准值比较，如果小于此值，则认为用户线路挂机，大于此值则认为是摘机;检测电压则相反，当前电压值大于某基准值认为挂机，小于此值认为是摘机。此基准值不同的国家不同的阻抗值也不同。比如检测电流的基准值一般都大于10mA，我国的是10mA。

4  ITU-T K.21 FXS浪涌测试方法及TOP介绍

网通产品内部端口基本上分为4种类别，包括FXS、USB、LAN、WAN。FXS EMC浪涌测试，按照ITU-T K.21的标准，只测试共模，不测试差模。FXS属于内部端口，共模测试需要测试内部端口对地、内部端口对内部端口两种测试模式，测试的时候非测试端口要依次耦合到地。注意：非测试非耦合到地的端口应处在通信状态。FXS端口测试模式有5种情形，具体测试模式如表2所示，其中第1-3项如图1-3所示，图中DN为去耦网络、CDN为耦合去耦网络、有小黑实心点的为接地标志，虚线箭头为无线连接，实线为有线连接。

第1项：FXS端口对地，无端口耦合到地，测试的拓扑图如图1所示。

第2项：FXS端口对FXS端口测试（耦合到地），测试图片如图2所示。

第3项：FXS端口对USB端口（USB端口耦合到地），测试拓扑图如图3所示。

第4、5项，FXS端口对WAN、LAN口测试，与FXS对USB端口的测试原理完全相同，只是耦合到地的端口换成WAN和LAN而已。

因网通产品大多是塑胶外壳的浮地产品，因此FXS端口对地（外壳包金属铜皮）的测试，实际就是空间的绝缘测试，只要间距保证在5mm以上的距离，测试基本是100%通过。而FXS对WAN、LAN，中间有网络变压器隔离，网络变压器的耐压性能至少达到AC 1.5kV，换算成直流DC 2121V完全大于1.5kV，所以1.5kV的浪涌实测是没有问题的。以上第1、4、5项测试不增加防护元器件都是可行的，只有FXS对FXS（多个FXS端口）端口、FXS对USB端口可能需要增加保护元件。

5  FXS防护方案介绍

现如今，SLIC已经变得更加复杂。为了最小化功耗，一些设计自动调整驱动器电源电压值，使其足以驱动所需线路的电流。对于短线路，电源电压将设置为低，但对于长线，将设置更高。这种类型的SLIC的最佳保护器件将通过跟随SLIC电源电压的来实现保护。即通过将保护晶闸管的门极连接到SLIC VBATH电源来实现，采用TISP61089保护芯片来对FXS端口进行浪涌防护，具体设计电路图如图4所示。

TISP61089的工作原理：

（1）当正向浪涌过来时，当TIP/RING线经过与晶闸管并联的二极管正向导通引入到地，如图5所示。

（2）负向浪涌发生时，由于G端接入VBATH，当TIP/RING线上浪涌峰值电压VPP>VBATH，三极管即开启，小的IGT保证其具有较灵敏的反应和具有较小的功耗。由于三极管和保护晶闸管并联，三极管启动后，为后级晶闸管提供门极驱动电流，迅速将晶闸管开启，起到泄放浪涌的作用，经晶闸管导通引入到地，如图6所示。

上面防护方案中PTC加TISP61089的防护等级，也只是满足1.5kV的防护性能，防护的成本预计在1.3元/口，相对来说防护等级较低，而成本较高。

6  新的固定电压防护的方案分析

自1980年代初以来，固定电压晶闸管过电压保护器一直用于保护单片SLIC（用户线端口电路）防止雷电、交流电源接触和感应引起的电话线上的过电压。由于SLIC通常是从固定电压负轨供电，保护器的极限电压也可以是固定值。

现在SLIC芯片的电压随线路的长短调整VBATH电压值，但如果VBATH的电压变化，SLIC芯片的抗干扰能力不会出现较大的差异，就可以采用固定电压的防护方案。FXS端口固定电压的保护设计方案如图7所示。

7  TISP61089防护和固定电压器件防护方案优劣势对比分析

采用TISP61089防护，防护电压根据VBATH的高低决定，电压可以做到可编程，保护措施灵活可靠。但成本相对较高，防护等级较固定电压防护器件防护等级低，成本反而高。而固定電压防护器件防护弱点在于，在负向TIP和RING线上的电压大于VBATH，而又没有达到保护器件的VBRM（-95V左右）时候，此时固定电压的器件无法起到防护作用，但是一般SLIC芯片抗干扰能力都会大于-95V，故此弱点基本上可以不用太关注。具体优劣势如表3所示。

以上为FXS端口的防护方案总结，实际设计时怎么选择，取决于每个厂家关注的重点，望能够为同行公司设计时提供一些参考。

参考文献：

[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] 张方，苏秋萍.可编程半导体抗浪涌保护器件 [J].现代电子技术，2005（9）：116-117.

作者简介：张绪坤（1978.10-），男，汉族，江西武宁人，本科，学士学位，中级工程师，研究方向：电子产品的EMC及RF方面的设计研究。