接口的安全设计3

接口安全设计要求通讯设备接口之间的耐压安全测试，是个薄弱点，根据接口安全测试的方法、测试方式，分析安全测试时接口之间的隔离点，根据标准对接口安全测试的严酷度，提出接口安全设计的要求和建议，供大家设计参考，以便顺利通过接口的安全测试。

一．标准要求为防止设备使用人员遭受来自通讯网络上过电压的损害，GB4943-2001要求：设备中的TNV-1电路或TNV-3电路与设备用来连接其它设备的电路之间要有充分的电气隔离。

并以是否通过稳态或脉冲试验的安全测试作为判定条件。

对A10设备，TNV-1电路是E1口、以太网口（对室外），TNV-3电路是电话电路。

A10用来连接到其它设备的电路是串口、E1口、网口。

因此A10设备的电话口、网口、E1 口与连接到其它设备上的网口、E1 口、串口之间的绝缘要满足一定电气隔离要求，即接口之间要达到一定的耐压或绝缘要求，要通过标准规定的稳态或脉冲试验测试。

.GB4943-2001 规定的用以判定接口间是否有充分的电器隔离的稳态、脉冲试验测试简要介绍如下：1．脉冲试验：在测试的两接口之间，施加波形10/700 us，交替极性的10个脉冲电压，电压幅度：1。

5KV，间隔时间60s的测试.。

判据：绝缘不应击穿。

判断绝缘是否击穿的方法：(a)在施加脉冲期间，一般通过观察示波器波形。

从脉冲波形判断是雷击保护器件动作还是绝缘击穿。

(b)常用的是脉冲实验后，通过测量绝缘电阻来判断。

要求测试后接口间绝缘电阻大于2M欧。

绝缘电阻的测试：采用绝缘电阻测试仪器，若测试电压采用500V直流电压，雷击保护器件扯下；若雷击保护器件不拆下，测试电压用小于雷击保护器件动作电压的10%的直流电压进行测试。

在对用户口和网口、串口进行脉冲测试期间，雷击保护器件动作（或气体放电管打火）是允许的。

脉冲试验类似雷击试验，相对稳态试验，这项测试比较好通过。

2．稳态试验：在测试的两接口之间，施加交流电压1。

0KV，频率是50Hz，持续时间60 s。

或在测试的两接口之间，施加直流电压1。

414 KV，持续时间60 s。

若接口上的保护器件单独通过了脉冲试验，则稳态实验时保护器件可拆下进行试验。

判据：测试时仪器不报警（电流不超过10MA）不同的要求：GB和IEC60950及EN60950标准要求，稳态和脉冲测试只进行一种就可以了；澳大利亚要求脉冲和稳态试验两种都要测试，而且稳态测试电压要求是1。

5KV。

稳态试验是最难通过的一项测试，以下分析的过孔、PCB间距等这些隔离点，往往都是PCB 设计间距不够，造成打火，稳态试验不通过。

3．稳态和脉冲测试电路稳态、脉冲实验测试电路示意图如下：A10 设备的电话口、网口、E1 口与连接到其它设备上的网口、E1 口、串口之间的稳态、脉冲安全试验测试，应按照图中c) 的连接进行测试。

稳态试验时，测试仪器为稳态试验测试仪器；脉冲试验时，测试仪器为雷击测试仪器。

例如电话口和网口之间进行脉冲或稳态试验测试时，将电话口A 、B 线短接在一起作为一个极，网口所有线短接在一起作为一个极，分别接在安全测试仪器的两个极，进行稳态或脉冲实验测试。

一般满足我国GB4943-2001 的要求,就可满足CE 、UL 的要求。

二． 需要安全测试的接口对A10设备需要进行安全测试的接口列表如下：三． 安全测试时的电路分析接口之间电气隔离，即耐压、绝缘强度，是靠两接口之间的隔离点的隔离度来达到的，接口要通过标准规定的耐压、脉冲安全测试，两接口之间的隔离点就要满足一定的电气隔离要求，因此，搞清楚安全测试时接口之间所有通路上的隔离点，对设计和查找安全测试出现的问题都很有意义。

隔离点分析清楚了，设计时可根据安全测试的严酷度，对各隔离点提出具体设计要求，产品出来后，安全测试就容易通过。

即使安全测试出现问题，可从这些隔离点入手分析，也会很快找到问题所在，提高解决问题的效率。

与通信网络的连接端)单从电路上看，接口之间隔离点只是器件，如信号变压器等，但具体到PCB板上，这些隔离点就不单是器件，还包括过孔、印制线的间距。

以下以A10相关接口之间安全测试时的电路为例，根据接口之间电路及板上的PCB连线、过孔，来分析安全测试时接口之间的隔离点。

（一）A10相关接口之间的电路及隔离点分析1．安全测试时，网口和网口之间的电路示意图图1从网口1、网口2间的电路看出，网口间所有通路的器件隔离点是：两网口的变压器；网口变压器输出端接保护地电容；保护器件具体到PCB板上，隔离点如下：网口变压器输出端信号连线上的过孔、电阻、电容之间连线上的过孔与GNDP、GNDD、VCC的间距；网口输出变压器输出端信号网络的PCB线、电阻、电容的PCB连线和GNDP、VCC、GNDD的间距；2．安全测试时，网口和串口之间的电路示意图图2上图中的串口上的电容和保护器件，有的串口只有电容，有的只有保护器件。

从网口和串口间的电路看出，电路上两接口间的器件隔离点是：网口变压器；网口变压器输出端接保护地电容和串口信号线上接保护地的电容；保护器件；串口座具体到PCB板上，隔离点如下：网口变压器输出信号线网络上的过孔、电阻电容连线上的过孔与GNDD、GNDP、VCC的间距；网口变压器输出信号网络的PCB信号线、电阻、电容PCB连线与GNDP、GNDD、VCC 的间距；网口、串口所在板的保护地GNDP和工作地GNDD、VCC的间距；串口信号线上的过孔、串口信号的PCB印制线和GNDP的间距；3．安全测试时，E1 口和串口之间的电路示意图图3图3 中的串口上的电容和保护器件，有的串口只有电容，有的只有保护器件。

E1口上的PTC有的有，有的没有，现在新的设计都没有从E1口和串口间的电路看出，电路上两接口间的器件隔离点是：E1 变压器；保护器件；串口线上接保护地的电容；串口座。

具体到PCB板上，隔离点如下：E1变压器输出信号网络上的过孔与GNDD、GNDP、VCC的间距；E1变压器输出信号网络上的PCB连线与GNDD、GNDP、VCC的间距E1 口、串口所在板的保护地GNDP和工作地GNDD的间距；串口输出信号网络PCB线及其上的上的过孔和GNDP的间距；4．安全测试时，电话口和串口之间的电路示意图图4图4 中的串口上的电容和保护器件，有的串口只有电容，有的只有保护器件。

从E1口和串口间的电路看出，电路上没信号隔离变压器，安全测试时，其中一条通路上的隔离点最弱，这条通路就是：由电话口经过PTC电阻、继电器到用户接口芯片的地GND再到串口接口芯片的地直接到了串口信号线上，然后经过串口信号线上的电阻到达串口。

整个路径的隔离点仅是用户接口芯片内A、B输出口和地之间的击穿电压，这个电压很低，只有30伏左右。

所以A10 设备电话口和串口之间的安全测试是过不掉的。

只有在用户口加信号变压器才能可能满足安全测试要求5．安全测试时，电话口和网口之间的电路示意图图5从电话口和网口间的电路看出，电路上两接口间的器件隔离点是：网口变压器；保护器件；网口输出端接保护地的电容。

具体到PCB板上，隔离点如下：网口输出变压器输出信号线PCB上的过孔、电阻、电容连接线PCB上的过孔与GNDD、GNDP、VCC的间距；网口输出变压器输出信号的PCB线及电阻、电容之间的PCB连线和GNDD、GNDP、VCC的间距；综上所述，各接口之间的隔离点总结列表如下：相关接口之间的隔离点（二）以电话口和网口为例，详细分析两接口之间的隔离点及通路电话口和网口（见图5）之间，是被变压器、保护器件、网口变压器输出端接保护地的电容、孔、线间距的隔离点隔开的，进行安全测试时，测试电压加在这些隔离点上，一旦某一薄弱的隔离点隔离强度不够，就会打火击穿，导致这个隔离点所在通路导通，通路有电流流过，安全测试不过。

下面按隔离点来分析电话口和网口间的几条通路：1．隔离点为网口变压器的通路一旦选择的变压器隔离度不够，高压击穿，由网口到电话口点形成电气回路，安全测试不过。

2．隔离点为网口变压器输出侧的电容的通路一旦选择的电容耐压不够，被高压击穿，电话口和网口之间就形成电气回路，安全测试不过。

若测试施加交流电压，这个电容允许去掉。

3．隔离点是网口变压器输出信号PCB连线上的过孔、电阻电容连线上的过孔与GNDP间距若PCB设计时，这个间距设计的不够，耐不住安全测试电压，尤其是1000伏耐压测试，就会击穿崩溃，电流超过10MA，安全测试过不掉。

这个隔离点在PCB设计时往往被忽视。

注意：过孔在TOP和BOTTOM层表面，与GNDP间距要求不少于3.5mm；若过孔在PCB内层，因其与GNDP之间有FR4介质，这个间距要求至少2.0 mm。

4．隔离点是网口变压器输出信号线上的过孔、电阻电容连线上的过孔与GNDD、VCC平面间距若PCB设计时这个间距设计不够，耐不住安全测试电压，就会击穿崩溃，电流超过10MA，安全测试过不掉。

这个隔离点在PCB设计时也往往被忽视。

注意：若过孔在TOP和BOTTOM层表面，与GNDD、VCC间距要求不少于3.5 mm；若过孔在PCB内层，因其与GNDD、VCC之间有FR4介质，这个间距要求至少2.0 mm。

5．隔离点是网口输出变压器输出信号网络PCB线、连接电阻、电容的PCB连线和GNDD、GNDP、VCC的间距；其通路如下。

PCB设计时一旦这个间距设计不够，就会产生打火，电路电流超过10MA，导致安全测试不过。

这个隔离点在PCB设计时也往往被忽视。

注意：若这些PCB印制线在TOP和BOTTOM层表面，与GNDP、GNDD、VCC间距要求不少于3.5mm，若这些PCB印制线若在PCB内层，因其与GNDD、VCC这之间有FR4介质，这个间距要求至少2.0mm。

对于其它接口间各隔离点的通路分析同电话口和网口是一样的。

四．接口安全设计考虑及要求综上分析，接口之间的隔离点三种：器件、孔间距、PCB印制线间距,以下对这个提出建议和要求如下表：2007．3．27。