用於隔離駐地設備的電湧保護設備的製作方法

2023-04-27 01:53:26 1

專利名稱：用於隔離駐地設備的電湧保護設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及電湧保護，並且更具體地，涉及電湧保護設備的實施例，所述電湧保護 設備通過阻止電湧輸入到達設備來對設備隔離電湧輸入。
背景技術：
共用天線電視(「CATV」)系統給駐地(premise)提供許多服務，該服務包括但不 限於網際網路服務、電話服務(例如，網絡協議語音(「VOIP」)電話)、電視服務、以及音樂服 務。這些服務中的每一個服務需要CATV系統和駐地交換帶寬，尤其是例如諸如射頻(「RF」) 信號以及數位訊號。通常，CATV系統被配置為使用相互分離的帶寬用以分組傳輸，並且更 常見的是，按照在CATV系統中傳輸被發送或接收的方向來進行分組。即，具有一個頻率的 傳輸可以被相對於駐地和/或CATV系統的前端、沿不同於具有第二頻率的傳輸的方向進行 發送或接收。作為一個例子，源自前端設備並被發送到駐地的傳輸在這裡被稱為下行帶寬， 而源自駐地並被發送到前端設備的傳輸在這裡被稱為上行帶寬。
圖1示出CATV系統100的一個例子，CATV系統100包括前端設備102和本地網 絡104，本地網絡104通過分配線106連接到前端設備102。本地網絡104包括饋送分接 頭108、引入線110和具有駐地114的部分112。駐地114經由分配線106、饋送分接頭108 和引入線110的組合連接到前端設備102。系統100進一步包括下行帶寬116和上行帶寬 118，二者都將在下文中更加詳細地加以描述。
通常，下行帶寬116和上行帶寬118通過上和下截止頻率來加以定義。用於下行 帶寬116的示例性頻率大於約54MHz，並且在一個應用中能夠從約54MHz到約1002MHz。用 作上行帶寬118的頻率小於約40MHz，並且在一個應用中能夠從約5MHz到約40MHz。
術語「下行帶寬」和「上行帶寬」用在這裡一般描述在例如CATV系統100之類的 系統內發送、交換和操作的一些傳輸。如在例如系統100之類的系統中所固有的那樣，以描 述任意數量傳輸的方式來使用這些術語。此外，通過這些術語描述的每個傳輸可能顯示出 相似於或者不同於其他傳輸的其他特性的特性。這些其他傳輸也可以通過術語「下行帶寬」 和/或「上行帶寬」加以分類，就像與本文公開、描述和預期的本發明的各種實施例相關地 使用的那樣。
除了 CATV系統之外，與圖1的系統100相似配置的系統包括但不限於其他與遠程 駐地(例如駐地114)通信的單向和雙向通信系統。相似系統可以經由傳輸線(例如分配 線106)和引入線110來實施傳輸。用作傳輸線的這類傳輸線是典型的承載傳輸導體，特別 是諸如像同軸電纜、屏蔽電纜、多芯電纜、帶狀電纜和雙絞電纜。
被連接到系統100的駐地(例如駐地114)包括例如家、公寓(例如個人公寓和 /或連棟房屋)和企業。這些駐地能夠具有任意數量的設備和/或裝置(統稱為「駐地設 備」)，其直接或間接地耦合到引入線110。用於將每個單獨駐地設備連接到前端設備102 的技術和裝置對那些熟悉CATV系統的人來說通常是公知的，因此不為當前討論的目的而 提供詳細的描述。
駐地設備可以特別是包括但不限於數據機、桌上型電腦、筆記本電腦、電視、遊 戲平臺、機頂盒(STB)和機頂單元(STU)。這些一般被配置為通過下行帶寬116和上行帶寬 118與前端設備102通信。例如，通常，駐地設備從前端設備102接收下行帶寬116，並且能 夠將上行帶寬118傳送到前端設備102。
在正常操作期間，例如CATV系統100之類的系統實施在上述頻帶內存在的傳輸。 然而，應當認識到，CATV系統100的範圍、結構和常規廣度使得這些系統對暫態事件是敏感 的，所述暫態事件例如像雷擊、停電和切換事件。這些暫態事件能夠產生輸入(在下文中的 「電湧輸入」)，該輸入落在上行帶寬和下行帶寬的頻帶之外。此外，通常暫態事件能夠產生 落在低於IMHz的頻帶內的電湧輸入。例如，如果CATV系統的部件受到雷擊，通常電湧輸入 具有低於大約IMHz的頻率，並且具有足夠破壞駐地設備的能量等級。
如前面討論的那些電湧輸入之類的電湧輸入對許多電部件是有害的，並且對連接 到CATV系統的駐地設備特別有害。因此優選地提供某類型的電湧保護設備，其被設計用來 避免對駐地設備的損害。然而，任何這類電湧保護設備的先決條件是它還應當傳遞在期望 頻帶內存在的傳輸，所述期望頻帶例如像下行帶寬和上行帶寬的頻帶。
許多電湧保護設備在產生電湧輸入的CATV系統的部分和駐地設備之間串聯實 現。遺憾的是，通常這些設備不能避免電湧輸入到達駐地設備。而這些設備(例如，氣體放 電管(GDT)和/或金屬氧化物壓敏電阻器(MOV))被構造時總是伴隨有內在延遲或響應時 間。該延遲允許電湧輸入在設備被完全激活以完全地保護駐地設備避免電湧輸入前即刻到 達駐地設備。這樣的延遲本質上是有害的，因為響應時間越慢，損害越可能發生在駐地設備 上。
因此，需要能夠避免電湧輸入到達駐地設備的電湧保護設備，並且更具體地，需要 被完全激活以便提供完全保護避免電湧輸入的電湧保護設備。還期望的是，以某方式構造 電湧保護設備，以便增加其期望壽命，並且降低在CATV系統中發生暫態事件後對維護和/ 或替換的需求。發明內容
涉及關於MOV和⑶T的問題的一方面，本發明的實施例被配置為使駐地設備隔離 電湧輸入。例如，諸如通過以避免對駐地設備損害的方式對駐地設備隔離電湧輸入，而使得 結合本發明思想的電湧保護設備能夠比MOV和GDT快得多地響應電湧輸入。如下文中更詳 細地討論的那樣，這些實施例還允許在有利帶寬內的傳輸到達駐地設備。
在下面的一個實施例中描述了，本發明包含用於對駐地設備隔離電湧輸入的電湧 保護設備，其中，該設備可以包括接收下行帶寬的第一電湧路徑，和電感地耦合到第一電湧 路徑的第二電湧路徑，第二電湧路徑在第一電湧路徑之後接收下行帶寬。電湧保護設備可 以進一步包括在駐地設備之前接收電湧輸入的位置耦合到第二電湧路徑的阻隔元件。
在另一個實施例中，本發明包含被配置為對駐地設備隔離CATV系統中的電湧輸 入的信號調節設備，其中信號調節設備可以包括用於從CATV系統接收下行帶寬的第一信 號路徑。所述設備還可以包括耦合到第一信號路徑的RF變壓器，RF變壓器可以包括第一 繞組和電感地耦合到第一繞組的第二繞組。所述設備可以包括耦合到第二繞組的第二信號 路徑，第二信號路徑用於將下行帶寬傳送到駐地設備。所述設備可以進一步包括在駐地設備之前接收電湧輸入的位置耦合到第二信號路徑的阻隔元件。
在又一個實施例中，本發明包含用於阻止電湧輸入到達駐地內的駐地設備的系 統。該系統可以包括固定於駐地的電湧保護設備，電湧保護設備可以包括具有前端側和駐 地側的內部電路。內部電路可以包括耦合到前端側的第一電湧路徑，第一電湧路徑接收下 行帶寬，第二電湧路徑電感地耦合到第一電湧路徑，第二電湧路徑用於將下行帶寬傳送到 駐地側，以及耦合到內部電路的阻隔元件，阻隔元件在駐地設備之前接收電湧輸入。系統進 一步被配置，其中電湧輸入穿過第一繞組和第二繞組中的一個或兩個以接地。


為了使得能夠更詳細地理解本發明的上面描述特徵的方式，可通過參考實施例來 提供上面簡單總結的本發明的更特定描述，其中的一些在附圖中加以闡明。然而，應當注意 的是，附圖僅闡明本發明的典型實施例，並且因此不被認為是限制其範圍，因為本發明可以 允許其他等同效果的實施例。
因此，為了進一步理解發明的特性和目的，可對下面結合圖閱讀的詳細說明進行 參考，在附圖中
圖1是包括根據本發明思想製造的電湧保護器的一個示例的CATV系統的示意 圖2是CATV系統(例如圖1的CATV系統)的一部分的詳細示意圖，其包括根據 本發明思想製造的電湧保護設備的實施例；以及
圖3是在CATV系統(例如圖1的CATV系統)中使用的電湧保護設備的另一個示 例的示意圖。
具體實施方式
提供了一種電湧保護設備及其實現，其實施例有益於隔離敏感設備，例如電視、機 頂盒和數據機。這些實施例能夠特別地被配置為避免電湧輸入到達這些設備，例如這 些電湧輸入是由於CATV系統內的雷擊而導致的。例如，下面更詳細地討論了電湧保護設備 的特定實施例可以包括單個路徑，其不僅被配置為在駐地設備和前端設備之間傳遞傳輸， 而且還阻隔電湧輸入並防止它們在駐地設備處產生電壓。這些實施例通常包括一個或更多 電路組，每一個電路被配置為單獨地或與其他電路結合地進行操作，傳遞下行帶寬，同時還 被配置為阻隔電湧輸入，以避免電湧輸入損害駐地設備。
用於實現本發明的一個或多個理念的電路以互相連接各種電元件的方式加以構 造，所述電元件例如但不限於電阻、電容、電晶體、電感、傳輸線和開關。這些電路可以進一 步與其他電路(和/或設備)通信，其運行高級邏輯函數、算法以及處理固件和軟體指令。 這種示例電路包括但不限於現場可編程門陣列(「FPGA」)和專用集成電路(「ASIC」)。盡 管所有這些元件、電路和設備獨立地以在CATV領域具有普通技能的技術人員所普遍理解 的方式運行，但是本文公開和描述的是它們的組合和集成，該組合和集成構成為通常為本 發明的思想提供的功能電氣組和電路。
除了上述電路以及在圖2和圖3中提供並在下面詳細描述的電湧保護設備的其他 實施例之外，同樣實用的是，本發明的思想被實現為用於將駐地與CATV系統100(圖1)的前端設備102(圖1)連接的其他信號處理設備的一部分，或與該其他信號處理設備相組合。 這些組合可包括調節上行帶寬的設備。該組合還可包括提供上行帶寬和下行帶寬中的一個 或兩個的信號衰減、信號處理和信號放大的設備。該功能可被合併到本文所提供的設備中， 並且也可被合併到耦合到根據本發明製造的設備或以其他方式與該設備對接的獨立設備 中。
考慮到前述內容，並且如可以在圖2中看到的那樣，示出了根據本發明思想製造 的電湧保護設備200的示例。此處可見，電湧保護設備200可以包括具有前端側204和駐 地側206的內部電路202。內部電路202還可以包括阻隔元件208、耦合到前端側204的第 一電湧路徑210、以及耦合到駐地側206和阻隔元件208的第二電湧路徑212。第一電湧路 徑210和第二電湧路徑212中的每個可以包括地214。
駐地側206通過引入線218耦合到饋送分接頭216。信號調節設備200位於系統 (未示出)的部分220中，並且更特別地，駐地側206耦合到駐地222。這一配置與圖1的 系統100的部分112相似，其已在上述背景技術部分中加以描述。
駐地222接收下行帶寬224，並產生上行帶寬226，其將在下面更詳細地加以描述。 駐地222包括前端接入點228，以及具有多個輸入埠 232的內部布線系統230，以及多條 線234，其將前端接入點2 與每個輸入埠 232連接。駐地222也可以具有多個信號操作 設備236，信號操作設備包括生成傳輸MO的數個駐地設備238。
駐地222進一步包括將駐地設備238連接到例如輸入埠 232的連接電纜M2。 無線技術也適用於將駐地設備238連接到輸入埠 232。傳輸MO由一個或多個朝向前端 接入點2 的線路234來承載，並在前端接入點2 處離開駐地222。示例性的傳輸，傳輸 238可以包括但不限於來自數據機、機頂盒、電視、電腦及其任意組合的傳輸。
在圖2中所示的是，電湧保護設備200能夠被固定在駐地222的外面，諸如例如被 固定在家、公寓、辦公大樓等的外面。但是，在其他實實施方式中，電湧保護設備200被配置 為使得其能夠置於駐地222內部。這種配置包括處於駐地222內部的位置，在此處，電湧保 護設備200能夠在下行帶寬2M被傳送到駐地設備236之前接收下行帶寬224。
術語「前端側」和「駐地側」用於指元件或對象的相對端，所述元件或對象例如電湧 保護設備200和/或內部電路202，所述術語不限制本發明公開的範圍和程度。而是，當與 本公開所設想的電湧保護設備結合討論時，電湧保護設備的部分被配置為使得它們在電湧 保護設備的其他部分之前接收下行帶寬224。當通常被定義為這些部分之間的相對位置時， 在一些實施例中其將包括電湧保護設備200的一部分，例如前端側204，其在電湧保護設備 200的另一部分(例如駐地側206)之前接收下行帶寬224(包括電湧輸入)。
如上所述，CATV系統會對閃電和其他能夠導致電湧輸入(並且更特別地是在下行 帶寬224中存在的電湧輸入)的暫態事件敏感。為了處理這些電湧輸入，內部電路202能 夠被構造為使得電湧保護設備200能夠對駐地設備238隔離電湧輸入，而不中斷前端設備 (例如前端設備102 (圖1))和駐地設備238之間的通信。該通信包括在下行帶寬2M和上 行帶寬2 二者的帶寬中存在的傳輸。例如，本文所設計的該類型電湧保護設備能夠被構 造為適應非常寬的帶寬。即，電湧保護設備200的實施例能夠適應可能超過3000MHz的帶 寬，其中，在該設定範圍內的電湧保護設備的一種特定結構被構造為適應從大約5MHz到大 約 2000MHz。
雖然各種構造能夠用於實現本公開所設想的理念，但是可以期望的是，第一電湧 路徑210和第二電湧路徑212(在下文中稱為「電湧路徑」)包括電纜和傳導設備，例如同 軸電纜、光纜和符合在特定應用(例如CATV系統100(圖1))中進行傳輸的其他傳導設備。 電湧路徑還可以包括能夠在前端側204和駐地側206之間傳送傳輸的電元件和/或電路。 示例性元件可包括例如電感，以及能例如通過提供下行帶寬2M和上行帶寬226的傳輸以 及電湧輸入的耦合(例如，電感耦合)來促進電湧路徑之間通信的類似繞組。
當與電湧路徑結合使用時，阻隔元件208能被配置以防止電湧輸入產生能夠損害 駐地設備226的電壓。S卩，可選擇阻隔元件208以便阻止電湧輸入到達負載，例如駐地設備 226。用作阻隔元件208的合適的阻隔元件能夠阻隔可能導致損害的電湧輸入。這些阻隔元 件還可以允許將傳輸(例如射頻(「RF」)信號)傳送到駐地設備226。這種選擇通道可通 過使用恰當設計的電路來實現，所述電路包括一個或多個電元件，例如電容、電阻、電晶體、 電感及其任意組合。結合圖3中所示並且在下文中描述的電湧保護設備的實施例來提供用 作內部電路202的一種內部電路構造的細節。
例如並且參考圖3，示出了電湧保護設備300的另一個實施例。此處可見，電湧保 護設備300可包括內部電路302、前端側304、駐地側306、阻隔元件308、第一電湧路徑310、 第二電湧路徑312和地314。電湧保護設備300還可包括RF變壓器316，其被耦合到第一 電湧路徑312和第二電湧路徑314。這種配置允許前端側304和駐地側306之間的下行帶 寬318和上行帶寬320的傳輸。RF變壓器316可包括多個繞組322。在一個例子中，繞組 322可包括分別耦合到第一電湧路徑310和第二電湧路徑312的第一繞組3M和第二繞組 326。
電湧保護設備300可以進一步包括至少一個濾波設備328，其被耦合到第二電湧 路徑312。濾波設備3 可以包括濾波電路330，例如但不限於低通濾波器、高通濾波器、帶 通濾波器及其任意組合。在一個例子中，濾波電路330被安置為使得其在阻隔元件308之 後接收下行信號318，且其在阻隔元件308之前接收上行信號320。
可以期望的是，RF變壓器316被構造用於至少約3000MHz的帶寬，其中一個典型的 構造兼容於從約5MHz到約2000MHz的帶寬。但是，值得考慮的是，各種配置和構造可用於 RF變壓器316，從而使得電湧保護設備300被按照本公開的思想、範圍和精神來加以製造。 用於用作RF變壓器316的合適變壓器的示例可包括但不限於，Ruthoff變壓器、Guanella 變壓器、Marchand變壓器、Balun變壓器及其任意組合。
通常設置阻隔元件308以使得它在RF變壓器316之後接收電湧輸入。也可以設 置阻隔元件308以使得它在RF變壓器316之前接收上行帶寬320。如上所述，通常選擇用 作阻隔元件308的這類阻隔元件，以使得當與RF變壓器316串聯放置時，阻隔元件308隔離 駐地設備，例如駐地設備236(圖2)。除了可用作阻隔元件308的合適設備、電路和組合的 上述示例之外，可以進一步設想的是，具有介電材料的設備能夠被實現為阻隔元件308的 一部分。
更詳細地討論電湧保護設備300的操作，可以設想的是，設備300被配置為將上行 帶寬320從駐地側306傳遞到前端側304。同樣，設備300被配置為將下行帶寬318從前 端側304傳遞到駐地側306。這些特徵允許駐地設備(未示出)與前端設備(未示出)通 信。在設備300的一個實施例中，這些特徵通過使用RF變壓器316而被促進，其中下行帶寬318和上行帶寬320能夠被經由第一電湧路徑310和第二電湧路徑312加以輸送，並且 跨越繞組322進行電感耦合，以便促進前端側304和駐地側306之間的通道。在系統(未 示出)中產生電湧輸入的事件中，設備300被配置為阻止電湧輸入產生對駐地設備的損害。 在一個實施例中，該特徵通過阻隔元件308來實現，並且更具體地選擇阻隔元件308，以便 阻隔電湧輸入足夠長時間，從而使得電湧輸入通過RF變壓器316的繞組318消散，並達到 一個不再能夠損害駐地設備的等級。
可以設想的是，本文記載的數值以及其他值通過術語「大約」來加以修飾，無論是 明確說明還是由本公開的討論自然地導出均是如此。如本文所使用的，術語「大約」限定了 被修飾的值的數值邊界，以便包括但不限於容差和上限值(values up to)，並包括被如此 修飾的數值。即，數值可以包括所明確說明的實際值，以及是、或可以是本公開中指示和/ 或描述的實際值的小數、分數或其他倍數的其他值。
雖然已經參考特定示例性實施例具體地示出和描述了本發明，但是本領域技術人 員應當理解的是，在不脫離由已述的說明書和附圖支持的權利要求所限定的發明的精神和 範圍的情況下，可以在其中產生各種詳細的變形。進一步地，當參考特定數量的元件來描述 示例性實施例時，應當理解的是，能夠使用少於或者大於特定數量的元件來實現該示例性 實施例。
權利要求
1.一種用於對駐地設備隔離電湧輸入的電湧保護設備，所述電湧保護設備包括接收下行帶寬的第一電湧路徑；以電感方式耦合到第一電湧路徑的第二電湧路徑，第二電湧路徑在第一電湧路徑之後 接收下行帶寬；以及在駐地設備之前接收電湧輸入的位置耦合到第二電湧路徑的阻隔元件。
2.如權利要求1所述的電湧保護設備，進一步包括耦合到第一電湧路徑的第一繞組， 以及耦合到第二電湧路徑的第二繞組，其中下行帶寬從第一繞組傳遞到第二繞組。
3.如權利要求1所述的電湧保護設備，進一步包括耦合第一電湧路徑和第二電湧路徑 的RF變壓器。
4.如權利要求3所述的電湧保護設備，其中RF變壓器包括Ruthroff變壓器、GuanelIa 變壓器、Marchand變壓器、和Balun變壓器中的一個或多個。
5.如權利要求1所述的電湧保護設備，進一步包括耦合到阻隔元件和駐地設備之間的 第二電湧路徑的濾波電路。
6.如權利要求5所述的電湧保護設備，其中濾波電路包括低通濾波器、高通濾波器和 帶通濾波器中的一個或多個。
7.如權利要求1所述的電湧保護設備，其中阻隔元件包括介電材料。
8.如權利要求1所述的電湧保護設備，其中阻隔元件包括電容。
9.一種被配置為對駐地設備隔離CATV系統中所產生的電湧輸入的信號調節設備，所 述信號調節設備包括用於從CATV系統接收下行帶寬的第一信號路徑；耦合到第一信號路徑的RF變壓器，RF變壓器包括第一繞組和以電感方式耦合到第一 繞組的第二繞組；耦合到第二繞組的第二信號路徑，第二信號路徑用於將下行帶寬傳輸到駐地設備；以及在駐地設備之前接收電湧輸入的位置耦合到第二信號路徑的阻隔元件。
10.如權利要求9所述的信號調節設備，其中RF變壓器包括Ruthroff變壓器、 Guanella變壓器、Marchand變壓器、和Balun變壓器中的一個或多個。
11.如權利要求9所述的信號調節設備，進一步包括耦合到阻隔元件和駐地設備之間 的第二信號路徑的濾波電路。
12.如權利要求11所述的電湧保護設備，其中濾波電路包括低通濾波器、高通濾波器 和帶通濾波器中的一個或多個。
13.一種用於對駐地中的駐地設備阻隔電湧輸入的系統，所述系統包括固定於駐地的電湧保護設備，電湧保護設備包括具有前端側和駐地側的內部電路，內 部電路包括耦合到前端側的第一電湧路徑，第一電湧路徑接收下行帶寬，以電感方式耦合到第一電湧路徑的第二電湧路徑，第二電湧路徑用於將下行帶寬傳輸 到駐地側，以及耦合到內部電路的阻隔元件，阻隔元件在駐地設備之前接收電湧輸入，其中電湧輸入穿過第一繞組和第二繞組中的一個或兩個以接地。
14.如權利要求13所述的系統，進一步包括耦合到第一電湧路徑的第一繞組，以及耦 合到第二電湧路徑的第二繞組，其中下行帶寬從第一繞組傳遞到第二繞組。
15.如權利要求13所述的系統，進一步包括耦合第一電湧路徑和第二電湧路徑的RF變 壓器。
16.如權利要求15所述的系統，其中RF變壓器包括Ruthroff變壓器、Guanella變壓 器、Marchand變壓器、和Balun變壓器中的一個或多個。
17.如權利要求13所述的系統，進一步包括耦合到阻隔元件和駐地設備之間的第二電 湧路徑的濾波電路。
18.如權利要求17所述的系統，其中濾波電路包括低通濾波器、高通濾波器和帶通濾 波器中的一個或多個。
19.如權利要求13所述的系統，其中阻隔元件包括介電材料。
20.如權利要求13所述的系統，其中阻隔元件包括電容。
全文摘要
一種電湧保護器包括被配置為對駐地設備隔離電湧輸入的內部電路。在一個實施例中，內部電路可以包括第一信號路徑和電感地耦合到第一信號路徑的第二信號路徑。第一信號路徑和第二信號路徑中的每個可以包括繞組，例如在RF變壓器中存在的繞組。內部電路還可以包括阻隔元件，其耦合到第二信號路徑，從而使得阻隔元件在駐地設備之前接收電湧輸入。
文檔編號H02H9/04GK102035199SQ20101054059
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月27日 優先權日2009年9月25日
發明者E·阿爾坎 申請人:約翰·梅扎林瓜聯合有限公司