(57)【要約】  入力Ｎプレクサフィルタ段は、サージエネルギーが発生すると、入力導体を介してサージエネルギーを受け取るために影響を受ける。ダイプレクサフィルタ段に含まれる高域通過フィルタが、入力Ｎプレクサフィルタ段と、データオーバーケーブルサービスインタフェース仕様（DOCSIS）の送信機段の出力との間の信号経路に、無線周波数（RF）信号を印加する。サージエネルギーが発生すると、ダイプレクサフィルタ段に含まれる低域通過フィルタが、サージ抑制閾値装置を信号経路に結合して、このサージ抑制閾値装置においてサージエネルギーを放散する。低域通過フィルタには、ＲＦ信号の通常動作の周波数範囲よりも低い遮断周波数がある。低域通過フィルタは、サージエネルギーが印加されないとき、ＲＦ信号の通常動作の周波数範囲において、サージ抑制閾値装置を信号経路から分離する。
2017524282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サージエネルギーに対する保護を提供するための装置であって、
前記サージエネルギーが発生すると、Ｎプレクサフィルタに前記サージエネルギーを印加するために影響を受けやすい導体に結合された前記Ｎプレクサフィルタと、
サージ抑制閾値装置と、
前記Ｎプレクサフィルタと送信段および受信機段のうちの一方との間に結合され、前記Ｎプレクサフィルタと前記一方の段との間で通常動作の周波数範囲の無線周波数（RF）信号を印加するための第２のフィルタを備えるダイプレクサフィルタと、を備え、前記ダイプレクサフィルタは、前記サージエネルギーが発生すると、前記サージエネルギーを前記Ｎプレクサフィルタから前記サージ抑制閾値装置に迂回させて前記サージ抑制閾値装置において前記サージエネルギーを放散し、前記通常動作の周波数範囲において前記サージ抑制閾値装置と前記Ｎプレクサフィルタおよび前記一方の段のうちの少なくとも一方との間のＲＦ分離を増大させるための、前記Ｎプレクサフィルタと前記サージ抑制閾値装置との間に結合された低域通過フィルタをさらに備える、装置。
【請求項２】
前記導体は、前記サージエネルギーを前記Ｎプレクサフィルタに印加するために影響を受けやすいＲＦ伝送線路に結合されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記低域通過フィルタは、前記サージエネルギーが前記伝送線路を介して印加されるときに保護を提供するために、前記サージ抑制閾値装置を起動する、前記サージエネルギーのための電流経路を設けるように低インピーダンスを形成する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第２のフィルタが高域通過フィルタを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記高域通過フィルタが、Ｔ字形構成を有するように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記低域通過フィルタが、Ｔ字形構成を有するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記一方の段が、データオーバーケーブルサービスインタフェース仕様（DOCSIS）の送信機段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ＤＯＣＳＩＳ送信機段の出力に結合された第２のサージ抑制閾値装置と、前記ＤＯＣＳＩＳ送信機段出力と前記第２のフィルタとの間に結合された高調波を除去するための第３のフィルタとをさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記サージ抑制閾値装置がツェナーダイオードを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記ダイプレクサフィルタが、前記サージ抑制閾値装置に結合された第１のポートと、前記入力Ｎプレクサフィルタに結合された第２のポートと、前記一方の段に結合された第３のポートとを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記ダイプレクサが、前記通常動作の周波数範囲の最も低い周波数において分離を実現するために、１２ｄＢのＳ（１，３）パラメータ値に合致する、前記第１のポートと第２のポートとの間の分離を実現する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記通常動作の周波数範囲の前記最も低い周波数が５ＭＨｚである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
サージエネルギーに対する保護を提供するための方法であって、
前記サージエネルギーが発生すると、Ｎプレクサフィルタに前記サージエネルギーを印加するために影響を受けやすい導体に結合された前記Ｎプレクサフィルタを設けることと、
通常動作において、前記Ｎプレクサフィルタと送信段および受信機段のうちの一方との間の通常動作の周波数範囲の無線周波数（RF）信号を印加する第２のフィルタを備え、前記サージエネルギーが発生すると前記サージエネルギーをサージ抑制閾値装置に結合して前記サージ抑制閾値装置において前記サージエネルギーを放散し、前記通常動作の周波数範囲において前記サージ抑制閾値装置と前記Ｎプレクサフィルタおよび前記一方の段のうちの少なくとも１つとの間でＲＦ分離を増大させる低域通過フィルタをさらに備える、ダイプレクサフィルタを設けることと
を含む、方法。
【請求項１４】
前記導体をＲＦ伝送線路に結合することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記低域通過フィルタは、前記サージ抑制閾値装置を起動するために、前記サージエネルギーが前記伝送線路を介して印加されると保護を提供するために低インピーダンスを形成する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のフィルタにおいて、前記ＲＦ信号を高域通過フィルタリングすることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
Ｔ字形構成を有するように前記高域通過フィルタを構成することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
Ｔ字形構成を有するように前記低域通過フィルタを構成することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
データオーバーケーブルサービスインタフェース仕様（DOCSIS）の送信機段において、前記ＲＦ信号を送信することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＤＯＣＳＩＳ送信機段の出力と前記第２のフィルタとの間に形成された電流経路に、第２のサージ抑制閾値装置を結合することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
高調波を除去するために前記ＤＯＣＳＩＳ送信機段の前記出力と前記第２のフィルタとの間に第３のフィルタを結合することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送線路のコネクタに結合されるサージプロテクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ケーブルネットワークの例では、ケーブルヘッドエンドは、通常、入力信号をたとえばセットトップボックスに供給する。多重化フィルタが、セットトップボックスの入力／出力段を形成する。入力信号は、伝送線路を介して印加され、たとえばテレビジョン信号を含み得る。いわゆる、データオーバーケーブルサービスインタフェース仕様（DOCSIS）のリターンチャネルでは、送信機が、５ＭＨｚ〜５４ＭＨｚの周波数範囲で出力信号を生成し、この信号が多重化フィルタを介して印加される。
【０００３】
伝送線路の電圧のサージ（surge）は、構成部品の動作範囲を変化させ、構成部品を激しく損傷および／または破壊する。有害な電気エネルギーサージを引き起こす可能性のある発生源が数多く存在する。発生源の１つは、多数の発生源から伝送線路に結合され得る無線周波数（RF）の干渉であり、伝送線路は大きなアンテナの役割を果たし、このアンテナは数マイルにわたって延在することがあり、それにより、無線放送アンテナとしてこうした発生源から著しい量のＲＦ雑音電力を集める。別の発生源としては雷もあり得る。したがって、ＲＦサージ抑制装置を挿入して、サージが発生した際に直流（DC）の短絡または低インピーダンスを形成することが望ましい場合がある。
【０００４】
典型的な雷の波形は、文書ＩＥＣ６１０００−４−５に記載の比較的単純な波形によって近似される。これらの波形には低周波成分が多い。セットトップボックスの入力での多重化フィルタは、低周波範囲でのかなりの量のエネルギーを通過させる。したがって、サージ保護がないと、不利なことには、この多重化フィルタが、サージからのエネルギーをＤＯＣＳＩＳ送信機の出力に伝達し、この送信機を損傷させることもある高電圧に送信機を曝す。潜在的に同じ問題が、受信機または送受信機（図示せず）にも当てはまることがあり、こうした装置も保護する必要が生じるはずである。
【０００５】
家庭用電化製品を保護するための一般的な方法は、保護すべきセットトップボックスの入力に直接、サージ保護装置を設置することである。たとえば、Ｆコネクタとして知られているＲＦコネクタ入力に、ガス放電管が設置されることになる。条件を満たす必要のある最低放電開始電圧、および保護装置がオンになって必要な保護を実現するのに必要なかなりの長さの時間が存在する。そうしたターンオン遅延時間においては、電子装置が高い電圧に曝されることがある。こうした電圧によって損傷が生じることがある。
【０００６】
過渡高速ダイオードによって実現できる２次的な追加保護を使用することにも欠点がある。このような高速ダイオードが、たとえばＤＯＣＳＩＳの送信機の出力端子に接続されると、送信機の出力信号が十分に大きいときには、この送信機の出力信号自体によってダイオードが導通することがある。不利なことに、ダイオードの導通により、通常動作において伝送信号に高調波が生じることもある。伝送信号での高調波は、他のサービスに対して信号干渉を引き起こすので望ましくない。したがって、サージ保護装置と送信機出力との間の分離を増大させることが望ましい場合もある。
【発明の概要】
【０００７】
サージエネルギーに対する保護を提供する方法を実行するための機器は、サージエネルギーが発生したときに、このサージエネルギーをＮプレクサフィルタに印加するために影響を受けやすい導体に結合されたＮプレクサフィルタを備える。第２のフィルタが、Ｎプレクサフィルタと、送信段（transmission stage）および受信機段（receiver stage）のうちの一方との間に結合されて、通常動作においてＮプレクサフィルタと一方の段との間で通常動作の周波数範囲の無線周波数（RF）信号を印加する。低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）は、通常動作の周波数範囲よりも低い遮断周波数を有する。この低域通過フィルタは、第２のフィルタに結合されて、この第２のフィルタとともにダイプレクサフィルタを形成し、サージエネルギーが発生すると、サージエネルギーをサージ抑制閾値装置に結合して、サージ抑制閾値装置内でサージエネルギーを放散する。低域通過フィルタは、通常動作の周波数範囲において、第２のフィルタおよびＮプレクサフィルタのそれぞれからサージ抑制閾値装置を分離する。
【０００８】
添付図面を参照して、本構成の好ましい実施形態を以下でより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】有利な機能を実施するセットトップボックスを示すブロック図である。
【図２】サージプロテクタを含む、有利な機能を実施する図１の回路の一部分を、部分的にブロック図で、また部分的に詳細に示す図である。
【図３】図２の回路の１つまたは複数の対応するパラメータの変化を周波数の関数として示すシミュレーションから得られる、対応するグラフを示す図である。
【図４】図２の回路の１つまたは複数の対応するパラメータの変化を周波数の関数として示すシミュレーションから得られる、対応するグラフを示す図である。
【図５】図２の回路の１つまたは複数の対応するパラメータの変化を周波数の関数として示すシミュレーションから得られる、対応するグラフを示す図である。
【図６】図２の回路の１つまたは複数の対応するパラメータの変化を周波数の関数として示すシミュレーションから得られる、対応するグラフを示す図である。
【図７】図２のサージプロテクタの特徴を表すグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１には、セットトップボックス１０２を備え、有利な機能を実施する信号受信装置１００がブロック図で示してある。信号受信装置１００は、放送でのオーディオおよびビデオのプログラムおよびコンテンツを表す信号を、ケーブルサービスプロバイダ１０１から受信する。信号受信装置１００は、ユーザの敷地内にある構成要素を備える。ケーブルサービスプロバイダ１０１は、５４ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの範囲のケーブルテレビジョン信号、および５ＭＨｚ〜５４ＭＨｚの範囲のデータオーバーケーブルサービスインタフェース仕様（DOCSIS）の信号を含むＲＦ信号１１３を伝達する。さらに、ＲＦ信号１１３は、ケーブルマルチメディア協会（MOCA）のホームネットワークシステム信号を含んでもよく、この信号は双方向であり、１１００ＭＨｚ〜１６００ＭＨｚの周波数スペクトルで動作する。
【００１１】
ケーブルサービスプロバイダ１０１は、たとえば、特性インピーダンスが７５オームの伝送線路１１２を介してセットトップボックス１０２に結合されている。先に説明したように、伝送線路１１２は、ＲＦエネルギーをセットトップボックス１０２に印加するために影響を受けやすい。セットトップボックス１０２の１つまたは複数の構成要素が、テレビジョンまたは表示モニタ（図示せず）などの表示装置と一体化してもよい。
【００１２】
セットトップボックス１０２内では、入力ＲＦのＦコネクタ（図示せず）が、よく知られたＮプレクサ段、たとえばトリプレクサフィルタ１０３に結合されている。フィルタ１０３は、２重機能の入力／出力端子１２２において、たとえば７５オームの負荷を形成する。フィルタ１０３は、たとえばフィルタ端子１０３Ｂを介してチューナ１０５に結合され、たとえばフィルタ端子１０３Ｃを介してチューナ１１０に結合されている。
【００１３】
逆モード動作では、有利な機能を実施するよう、フィルタ端子１０３は、ＤＯＣＳＩＳリバースチャネル１５０に結合されている。ＤＯＣＳＩＳ規格では、ケーブルエンドユーザからケーブルヘッドエンドまでの戻りリンクにおいて、概ね５〜５４ＭＨｚの周波数帯での送信機を使用しなければならないと指定している。したがって、ＤＯＣＳＩＳチャネル１５０は、５〜５４ＭＨｚの周波数範囲で動作する。
【００１４】
図２には、図１のＤＯＣＳＩＳチャネル１５０がより詳細に示してある。図１および図２での同様の記号および番号は、同様の要素または機能を示している。図２のＤＯＣＳＩＳチャネル１５０の逆動作モードでは、ＤＯＣＳＩＳ送信機１５１の出力端子１５１ａでＲＦ出力信号（図示せず）が生成される。
【００１５】
第１の有利な実施形態では、出力端子１５１ａが、導体１５６を介して受動ダイプレクサ１５２の入力ポート３に結合されている。この第１の有利な実施形態では、低域通過フィルタ１５７および保護ダイオードＤＺ２を含む回路網１５５が、出力端子１５１ａとポート３との間の任意の信号経路から遮断され、効果がなくなる。したがって、出力端子１５１ａで生成される出力信号は、導体１５６を介して受動ダイプレクサ１５２の入力ポート３に印加される。したがって、その結果、受動ダイプレクサ１５２のポート２で得られる受動ダイプレクサ１５２の出力信号は、図１のトリプレクサフィルタ１０３の入力端子１０３Ａ、およびトリプレクサフィルタ１０３の入力／出力端子１２２を介して伝送線路１１２に印加される。したがって、端子１２２は、図２のＤＯＣＳＩＳチャネル１５０の逆動作モードにおいて、図１のトリプレクサフィルタ１０３の出力端子を形成する。
【００１６】
図２の受動ダイプレクサ１５２では、コンデンサＣ３およびコンデンサＣ４が、ポート３と２との間で直列に結合されている。インダクタＬ２が、アースすなわち共通導体Ｇと接合端子１５２ａとの間に結合され、コンデンサＣ３とＣ４との間に結合されて、Ｔ字形構成を形成する。インダクタＬ２、コンデンサＣ３、およびＣ４が高域通過フィルタ（ハイパスフィルタ）を形成して、ポート３からポート２まで、５〜５４ＭＨｚのＤＯＣＳＩＳチャネル周波数範囲を通過する。
【００１７】
３ポート回路網のダイプレクサ１５２の計算またはシミュレーションされたパラメータが、周波数の関数として図３、４、５、および図６に示してある。図１、２、３、４、５、および図６での同様の記号および番号は、同様の要素または機能を示している。このシミュレーションのため、送信機出力端子１５１ａが、導体１５６を介して、受動ダイプレクサ１５２の入力ポート３に直接結合されており、回路網１５５が遮断される。また、このシミュレーションのため、図２のダイプレクサ１５２の各素子の値は以下の通りである。すなわち、インダクタＬ２＝６．８μＨ、コンデンサＣ３＝３．３ｎＦ、コンデンサＣ４＝１．２ｎＦ、コンデンサＣ１＝８２０ｐＦ、インダクタＬ３＝１．８μＨ、およびインダクタＬ１＝５．６μＨである。具体的には、図３には、図２のポート２からポート３までの、ダイプレクサ１５２の高域通過フィルタの伝送特性Ｓ（２，３）のグラフが実線で示してある。
【００１８】
ダイプレクサ１５２では、インダクタＬ３およびインダクタＬ１が、ポート２とポート１との間で直列に結合されている。コンデンサＣ１が、アース導体Ｇと接合端子１５２ｂとの間に結合され、インダクタＬ３とＬ１との間に結合されて、Ｔ字形構成を形成する。コンデンサＣ１、インダクタＬ３、およびインダクタＬ１が低域通過フィルタを形成し、その結果、ダイプレクサ１５２の広域通過フィルタと低域通過フィルタがポート２で連結される。
【００１９】
有利な機能を実行するに当たって、サージ抑制閾値ツェナーダイオードであるサージダイオードＤＺ１、たとえばＬｉｔｔｅｌｆｕｓｅ社製の過度電圧抑制器（TVS）ＳＰ３０２１が、アース導体Ｇと出力ポート１との間に結合される。さらに、終端抵抗器Ｒ１＝７５オームが、サージダイオードＤＺ１と並列に結合されている。
【００２０】
図３にはまた、ポート１からポート２への低域通過伝送特性Ｓ（２，１）を示すグラフが点線で示してある。図３によれば、コンデンサＣ３およびＣ４を含む高域通過フィルタの伝送特性、ならびに図２のダイプレクサ１５２の低域通過フィルタの伝送周波数特性が等しく、また互いに交差する周波数は、クロスオーバ周波数と呼ばれており、２ＭＨｚである。広域通過フィルタと低域通過フィルタとの間で所望のクロスオーバ周波数を確立するためのインダクタおよびコンデンサの値を選択するやり方は、当技術分野でよく知られている。
【００２１】
有利な機能を実行するに当たって、コンデンサＣ１、インダクタＬ３、およびインダクタＬ１によって形成されるダイプレクサフィルタ１５２の低域通過フィルタは、図１の伝送線路１１２を介して結合することがあるサージのエネルギーを、電力放散抵抗器Ｒ１およびサージダイオードＤＺ１に迂回させる。しかし、コンデンサＣ１、インダクタＬ３、およびインダクタＬ１によって形成されるダイプレクサフィルタ１５２の低域通過フィルタにおいては、サージエネルギーが、ダイプレクサ１５２の高域通過フィルタを含む信号経路を介して、トリプレクサ１０３から送信機１５１に結合していた場合もある。このようにして、たとえば雷のサージのエネルギーは、ＤＯＣＳＩＳ送信機１５１に向かわないようになっている。サージが非常に軽い場合、ダイオードＤＺ１は導通せず、エネルギーが抵抗器Ｒ１にそっくりそのまま放散される。その一方で、サージの振幅が相対的に大きい場合、ダイオードＤＺ１は導通し、サージエネルギーを内部で放散する。したがって、ＤＯＣＳＩＳ送信機１５１を保護するために、低域通過フィルタのインダクタＬ３およびインダクタＬ１は、ダイオードＤＺ１が接続されているポート１をＤＯＣＳＩＳ送信機の出力端子１５１ａから分離する。さらに、対象となる周波数範囲、５〜５４ＭＨｚにおいて、通常の動作電圧では、低域通過フィルタのインダクタＬ３およびインダクタＬ２により、ＤＯＣＳＩＳ送信機１５１からの出力信号が、保護ダイオードＤＺ１を部分的にオンしないようになっている。したがって、有利には、低域通過フィルタのインダクタＬ３およびインダクタＬ１により、ＤＯＣＳＩＳ送信機の出力端子１５１ａにおいて高調波が絶えず生成されないようになる。サージエネルギーが十分に大きくなる場合、過渡保護ダイオードＤＺ１は導通を開始し、したがって、ポート１をアース電位Ｇにまで効果的に短絡する。受動フィルタ１５２では、その結果としてポート１が短絡すると、やはり共通ポート２で低インピーダンスとなって、サージからのエネルギーがダイプレクサ１５２を介して導かれるのを実質的に低減させる。代わりにＤＯＣＳＩＳ送信機１５１が、ダイオードＤＺ１と同様のメインサージ保護ダイオードに直接接続されていた場合、あいにく、出力端子１５１ａにおいて高調波成分が増大していた可能性もある。高調波が生成される理由は、このようなダイオードが、送信機１５１から高レベルの出力信号が出力される結果として部分的に導電性になるときに非線形だからである。
【００２２】
図４には、ポート１とポート３との間の分離Ｓ（１，３）が周波数の関数として示してある。３次バターワースフィルタタイプの図２のダイプレクサ１５２は、図４のグラフに示すように、ＤＯＣＳＩＳ送信機１５１において対象となる適用可能な最も低い周波数５ＭＨｚにおいて、ポート１と３との間で分離が約１２．５ｄＢである。異なるタイプのフィルタ、または高次のフィルタを使用することによって、さらに高い分離を実現可能にしてもよい。
【００２３】
各ポートにおける入力反射減衰量を、少なくとも−１０ｄＢに維持することが望ましい場合がある。これにより、様々なサブシステム間での望ましくないどんな相互作用も確実に低減されることになる。図５には、ポート３の反射減衰量が示してある。図６には、ポート２の反射減衰量が実線で示してあり、ポート２とポート３との間の伝達損失が点線で示してある。
【００２４】
第２の有利な実施形態では、たとえばＬｉｔｔｅｌｆｕｓｅ社製のＴＶＳ  ＳＰ３０２１のタイプの追加のサージダイオードＤＺ２が、送信機１５１の出力端子１５１ａとアース導体Ｇの間に結合される。さらに、図２の導体１５６が回路から取り除かれ、代わりに、端子１５１ａが、低域通過フィルタ１５７を介してポート３に結合される。低域通過フィルタ１５７は６８ｐＦのコンデンサＣ１１を含み、このコンデンサは、端子１５１ａとアース導体Ｇとの間に結合されている。２７０ｎＨのインダクタＬ１１と３．３ｐＦのコンデンサＣ１３の並列構成が、端子１５１ａとポート３との間に結合されている。さらに、６８ｐＦのコンデンサＣ１０が、アース端子Ｇとポート３との間に結合され、このポート３は接合端子１５７ａに結合され、インダクタＬ１１とコンデンサＣ１３との間に配置される。
【００２５】
ダイオードＤＺ２の電流対電圧特性が、図７に示してある。この例では、約１０Ｖのピークトゥピークよりも低い電圧においては導通が十分ではない。しかし、実用的な装置は、無視できない導電性を有することもあるので、伝送チャネル１５０において依然として非線形な挙動を示すこともあり得る。これにより、送信機周波数の高調波を生成することもある。送信機１５１とポート３との間の信号経路に低域通過フィルタ１５７を備えることで、総合的な帯域通過フィルタが形成される。このような低域通過フィルタ１５７の目的は、ＤＯＣＳＩＳ送信機１５１によって生成されることがある高調波、および保護ダイオードＤＺ２によってもたらされる非線形効果によって生成されることがある高調波を減衰させることである。その結果得られる帯域通過フィルタを形成するための構成部品の値を最適化して、トリプレクサ１０３に結合しているダイプレクサ１５２のポート２において一定のインピーダンスを形成する。さらに、ＤＯＣＳＩＳ送信機１５１に与えられるインピーダンスは、選択された構成部品の値によっても最適化される。一代替実施形態では、ダイプレクサ１５２を、ＤＯＣＳＩＳ送信機１５１の代わりに受信機または信号処理段に結合して、このような受信機または信号処理段に対してサージ保護を実現できることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2017524282.tif 000010
2017524282.tif 000011