网络通信终端设备实现致命故障信号产生功能的电路结构

摘要

本发明涉及一种网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构，所述的TL431芯片包括参考端、正端和负端，该电路结构包括电源供电模块、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、开关三极管和第七电阻。采用该种结构的网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构，由于其巧妙利用了TL431芯片中的差动放大器、NPN三极管和参考电压源的电路结构，并利用外围电路中的开关三极管和相应的电阻、稳压二极管共同实现了致命故障信号产生功能，不仅结构简单实用，而且成本较低，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，给网络通信终端产品的进一步发展奠定了坚实的基础。

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及网络通信设备电子电路领域，具体是指一种网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障(Dying Gasp)信号产生功能的电路结构。

背景技术

在网络通信终端产品中，致命故障(Dying Gasp)信号是指：在系统输入电压无法满足系统正常工作的时候，系统会自动发一个信号给局端，告诉局端该用户端设备(CPE)电压低到了要无法正常工作状态了，局端作出相应反应，释放原来安排给CPE的那条通道。

Dying Gasp功能是目前DSL/VDSL等通信终端产品上的必备功能。常用的系统Dyinggasp实现原理是：一般芯片厂商在设计芯片的时候会设计一个Dying gasp性能模块在芯片内，此模块通过监测外部输入电压来实现Dying gasp功能。

目前实现Dying Gasp功能的通用设计是使用708S/R系列的复位监控芯片来实现的，但是这样会给芯片设计带来复杂度提高和成本的增加，而且应用范围受到了一定的限制，无法较好的大规模应用。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够巧妙利用现有的功能芯片实现致命故障信号产生功能、结构简单实用、成本较低、工作性能稳定可靠、适用范围较为广泛的网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构。

为了实现上述的目的，本发明的网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构具有如下构成：

该网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构，包括电源供电模块，所述的TL431芯片包括参考端、正端和负端，其主要特点是，所述的电路结构中包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、开关三极管和第七电阻，所述的第一电阻、第二电阻串联跨接于所述的电源供电模块的正极和地之间，所述的TL431芯片的参考端接于所述的第一电阻和第二电阻之间，所述的TL431芯片的负端接地，所述的第四电阻串接于所述的电源供电模块的正极和所述的TL431芯片的正端之间，且该TL431芯片的正端接于所述的开关三极管的基极，所述的第三电阻串接于所述的电源供电模块的正极和所述的开关三极管的发射极之间，所述的开关三极管的集电极与网络通信终端设备的中央处理模块的致命故障信号输入管脚相连接，且该开关三极管的集电极通过所述的第七电阻接地。

该网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构中还包括稳压二极管，所述的稳压二极管并联于所述的第七电阻两端。

该网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构中的稳压二极管的钳位电压为3.24V。

该网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构中还包括第六电阻，所述的开关三极管的集电极通过该第六电阻分别与所述的第七电阻、稳压二极管和网络通信终端设备的中央处理模块的致命故障信号输入管脚相连接。

该网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构中还包括第五电阻，所述的第五电阻接于所述的第四电阻和所述的TL431芯片的正端之间，且所述的开关三极管的基极接于所述的第五电阻和第四电阻之间。

该网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构中的第一电阻的阻值Ω_R1、第二电阻的阻值Ω_R2、所述的TL431芯片的参考电压阈值V_th、所述的电源供电模块的正常输出电压U之间满足以下关系：

$V_{\mathrm{th}}\le U\times \left(\frac{{\Omega }_{R2}}{{\Omega }_{R1}+{\Omega }_{R2}}\right).$

该网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构中的致命故障信号产生阈值电平V与所述的第一电阻的阻值Ω_R1、第二电阻的阻值Ω_R2、所述的TL431芯片的参考电压阈值V_th之间满足以下关系：

${V=V}_{\mathrm{th}}\times \left(\frac{{\Omega }_{R1}+{\Omega }_{R2}}{{\Omega }_{R2}}\right).$

采用了该发明的网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构，由于其巧妙利用了TL431芯片中的差动放大器、NPN三极管和参考电压源的电路结构，并利用外围电路中的开关三极管和相应的电阻、稳压二极管共同实现了致命故障(DyingGasp)信号产生功能，不仅结构简单实用，而且成本较低，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，给网络通信终端产品的进一步发展奠定了坚实的基础。

附图说明

图1为本发明的网络通信终端设备实现致命故障信号产生功能的电路结构中TL431芯片的内部电路结构原理示意图。

图2为本发明的网络通信终端设备实现致命故障信号产生功能的电路结构中TL431芯片的工作原理应用电路结构示意图。

图3为本发明的网络通信终端设备实现致命故障信号产生功能的电路结构的整体电路原理图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1至图3所示，该网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构，包括电源供电模块，所述的TL431芯片包括参考端、正端和负端，其主要特点是，所述的电路结构中包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、开关三极管Q1和第七电阻R7，所述的第一电阻R1、第二电阻R2串联跨接于所述的电源供电模块的正极和地之间，所述的TL431芯片U1的参考端接于所述的第一电阻R1和第二电阻R2之间，所述的TL431芯片U1的负端接地，所述的第四电阻R4串接于所述的电源供电模块的正极和所述的TL431芯片U1的正端之间，且该TL431芯片U1的正端接于所述的开关三极管Q1的基极，所述的第三电阻R3串接于所述的电源供电模块的正极和所述的开关三极管Q1的发射极之间，所述的开关三极管Q1的集电极与网络通信终端设备的中央处理模块的致命故障信号输入管脚相连接，且该开关三极管Q1的集电极通过所述的第七电阻R7接地。

图中的XMM1是万用表(multimeter)，其为电路仿真软件multisim(或者EWB)中的虚拟仪器。可以实时的测出电路上一点的电压。在该图中表示万用表测试示意。

其中，该网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构中还包括稳压二极管D1，所述的稳压二极管D1并联于所述的第七电阻R7两端；该稳压二极管D1的钳位电压为3.24V。

同时，该网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构中还包括第六电阻R6，所述的开关三极管Q1的集电极通过该第六电阻R6分别与所述的第七电阻R7、稳压二极管D1和网络通信终端设备的中央处理模块的致命故障信号输入管脚相连接；该电路结构中还包括第五电阻R5，所述的第五电阻R5接于所述的第四电阻R4和所述的TL431芯片U1的正端之间，且所述的开关三极管Q1的基极接于所述的第五电阻R5和第四电阻R4之间。

不仅如此，该网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构中的第一电阻R1的阻值Ω_R1、第二电阻R2的阻值Ω_R2、所述的TL431芯片U1的参考电压阈值V_th、所述的电源供电模块的正常输出电压U之间满足以下关系：

$V_{\mathrm{th}}\le U\times \left(\frac{{\Omega }_{R2}}{{\Omega }_{R1}+{\Omega }_{R2}}\right).$

该电路结构中的致命故障信号产生阈值电平V与所述的第一电阻R1的阻值Ω_R1、第二电阻R2的阻值Ω_R2、所述的TL431芯片U1的参考电压阈值V_th之间满足以下关系：

${V=V}_{\mathrm{th}}\times \left(\frac{{\Omega }_{R1}+{\Omega }_{R2}}{{\Omega }_{R2}}\right).$

在实际应用当中，首先请参阅图1所示，其中显示了TL431芯片的内部原理框图，TL431芯片的结构中，TL431内部有一个差动放大器、一个NPN三极管和一个2.5V参考电压源(不同型号的TL431的具体区别可以在芯片制造商提供的数据手册中可以找到)。

相应的管脚定义如下：

管脚1——参考端(Reference)

管脚2——正端(Anode)

管脚3——负端(Cathode)

下面介绍一下TL431芯片的电压比较特性：

请参阅图2所示，TL431具有单电源比较器的功能，其中，V_out的输出特性如下：

  V_ref  ≥V_th  ≤V_th  V_out  ≈1.07V  V3

  V_ref  ≥V_th  ≤V_th  I_out  10.8mA  1.9uA

其中V_th＝2.5V。

对于TL431芯片实现Dying Gasp的工作原理，请参阅图3所示，其中假设产品电源使用+12V，电源跌落到10V时出现Dying Gasp告警，则电路可以设计。其中V1和V2分别代表了产品的输入电压12V和10V；D1是稳压管，其负极接到CPU的Dying Gasp模块接口，V_th＝2.55V。

当系统电源维持在12V时，U1的Reference管脚经R1和R2分压后电平为：

V1×[R2÷(R1+R2)]≈2.98V≥V_th

此时U1的第1管脚的电压大约是1.07V，电流是V1÷(R4+R5+Rs^*)≈1.27mA，满足使Q1导通的基极饱和电流I_BE(从2N3906的手册上可以查到I_BE饱和时是1mA)。Q1饱和导通，经过R6和R7的分压，使Dying Gasp信号电平约为[V1÷(R3+R6+R7)]×R7＝6.2V，该电压通过D1稳压管后电平钳位到3.24V左右。此时CPU判断Dying Gasp信号为高电平。

当系统电源由12V开始降压，达到10V时(阈值为10.27V^*)：

U1的Reference管脚经R1和R2分压后电平为：

V1×[R2÷(R1+R2)]≈2.48V≤V_th

根据TL431芯片的电压比较器特性，此时U1的第1管脚的电压等于V2，即10V。这时U1通过的电流是uA级的，不能满足Q1导通的基极饱和电流I_BE，Q1处于截止状态。DyingGasp信号的电压此时被R7下拉到地，变为0V。CPU判断Dying Gasp信号为低电平，将向CPE端上报产品掉电告警信息，从而实现Dying Gasp功能。

该电路的Dying Gasp信号保持时间由系统上12V的电容放电时间决定。

其中，Rs指TL431的动态电阻，大概是0.22Ω；10.27V是通过[(R1+R2)/R2]×V_th计算出来的阈值电平，可以根据R1、R2的选择来调整。

采用了上述的网络通信终端设备上基于TL431芯片实现致命故障信号产生功能的电路结构，由于其巧妙利用了TL431芯片中的差动放大器、NPN三极管和参考电压源的电路结构，并利用外围电路中的开关三极管和相应的电阻、稳压二极管共同实现了致命故障(DyingGasp)信号产生功能，不仅结构简单实用，而且成本较低，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，给网络通信终端产品的进一步发展奠定了坚实的基础。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。