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CPC7591是线卡接入交换机

2023-06-07 23:03:00

特征

•3.3V逻辑接口的TTL逻辑电平输入

•用于通电/热插拔状态控制的智能逻辑

•改进的开关dV/dt抗扰度为500 V/

•单片集成电路可靠性

•低配罗恩

•消除了零交叉开关的需要

•灵活的开关定时，可从铃声模式过渡到空闲/通话模式。

•干净、无弹跳的开关

•三级保护，包括集成限流、电压钳位和SLIC保护的热关机

•5V运行，功耗<10 mW

•智能电池监视器

•锁存逻辑电平输入，无外部驱动电路

•16针小型SOIC

应用

•VoIP网关

•中央办公室（CO）

•数字环路载波（DLC）

•PBX系统

•数字添加主线（DAML）

•混合光纤同轴电缆（HFC）

•光纤在环（FITL）

•成对增益系统

•渠道银行

说明

CPC7591是IXYS集成电路部门下一代线路卡接入交换机（LCAS）系列的成员。这种单片4极固态开关采用16针SOIC封装。它提供必要的功能，以取代传统模拟线卡或现代集成语音和数据（IVD）线路卡上的2-Form-C机电式振铃继电器及其相关缓冲电路，这些线路卡位于中央办公室（CO）、接入和PBX设备中。由于该设备包含用于尖端和环形线路断开以及用于振铃注入/返回的固态开关，因此它只需要+5 V电源进行操作，而用于控制的TTL逻辑电平输入。CPC7591在系统通电和热插拔应用中提供稳定的启动调节。一旦激活，输入响应传统的TTL逻辑电平，使CPC7591能够与仅3.3V的逻辑一起使用。

对于负瞬态电压保护，CPC7591BA版本包括为SLIC和后续电路提供电压折叠保护的SCR，而CPC7591BB版本使用钳位二极管到VBAT引脚。对于正瞬态电压保护，所有版本都为FGND引脚提供钳位二极管。

订购信息

图1：CPC7591方框图

功能描述

简介

CPC7591有三种状态：

•交谈：断线开关SW1和SW2闭合，振铃开关SW3和SW4打开。

•铃声：振铃开关SW3和SW4闭合，断线开关SW1和SW2打开。

•全部关闭：所有开关打开。

CPC7591通过简单的TTL级逻辑输入控制，提供先断后合和先合后断的功能，从振铃状态切换到通话状态。固态开关结构意味着在振铃或振铃跳闸期间开关时不会产生脉冲噪声，从而消除了外部零交叉开关电路的需要。状态控制是通过TTL逻辑电平输入，所以不需要额外的驱动电路。线性断线开关SW1和SW2具有非常低的RON和优良的匹配特性。振铃开关SW4在+25℃下的最小开路触点击穿电压为465 V，具有足够高的保护，以防止在出现瞬态故障情况（即，将瞬态传输到振铃发生器）时发生击穿。

CPC7591集成了过电压箝位电路、有源限流和热关机机制，在故障情况下为SLIC提供保护。正、负雷电浪涌电流通过限流电路降低，危险电位通过保护二极管电桥或可选的集成保护SCR从SLIC转移。电流限制和热关机电路也降低了功率交叉电位。

为了保护CPC7591免受过电压故障条件的影响，需要使用辅助保护器。二次保护器必须将TLINE和RLINE端子处的电压限制在低于开关最大击穿电压的水平。为了将固态触点上的应力降至最低，强烈建议使用折叠或撬杆式二次保护器。正确选择二次保护器后，使用CPC7591的线路卡将满足所有相关的ITU、LSSGR、TIA/EIA和IEC保护要求。

CPC7591仅通过一个+5 V电源工作。这使得该设备在几乎任何电池电压范围内都具有极低的怠速和有功功耗。CPC7591使用的电池电压具有双重功能。出于保护目的，它被用作内部集成保护电路的故障条件电流源。其次，它被用作参考，以便在电池电压损失的情况下，CPC7591将进入全关状态。

欠压开关闭锁电路

简介

CPC7591中的智能逻辑现在在加电和断电转换期间提供开关状态控制。内部探测器用于评估VDD电源，以确定何时对VDD上升的欠压开关锁定电路进行解除断言，以及何时使用下降的VDD确定欠压开关锁定电路。任何时候，只要存在不令人满意的低VDD条件，锁定电路就会通过阻断外部输入引脚上的信息并将内部开关命令调节到全关状态来覆盖用户开关控制。VDD恢复后，开关将保持在全关状态，直到闩锁输入被拉低。

上升的VDD开关锁定释放阈值在内部设置，以确保所有内部逻辑在接受来自输入的外部开关命令以控制开关状态之前正确偏置和正常工作。对于下降的VDD事件，设置锁定阈值以确保在开关被强制关闭和外部输入被抑制的时刻，逻辑和开关行为正常。

为了便于热插拔和系统加电状态控制，插销具有一个集成的弱上拉电阻至VDD电源轨，该电阻器将非驱动插销保持在逻辑高电平状态。这使得电路板设计人员能够将CPC7591与FPGA和其他在通电和逻辑配置期间提供高阻抗输出的设备一起使用。当系统的闩锁控制驱动器具有4mA的逻辑低最小吸收容量时，弱上拉允许风扇输出多达32个。

热插拔和通电电路设计注意事项

通电期间可能出现六种可能的启动情况。他们是：

1、通电和闩锁=0时定义的所有输入

2、通电和闩锁=1时定义的所有输入

3、通电和闩锁=Z时定义的所有输入

4、通电和闩锁=0时未定义所有输入

5、通电和闩锁=1时未定义所有输入

6、所有输入在加电和闩锁=Z时未定义

在以上列出的所有启动情况下，CPC7591将在通电期间将其所有开关保持在全断状态。当VDD要求得到满足时，LCA将在三种情况之一完成其启动程序。

对于启动方案1，当VDD有效时，CPC7591将从全关状态转换到由输入定义的状态。

对于启动方案2、3、5和6，CPC7591将在全关状态下通电，并保持在该状态，直到锁销拉低。这允许插入供电系统但未配置服务的板或需要等待其他设备先配置的板的不确定全关状态。

启动方案4将在所有开关处于全关状态的情况下启动，但在接受有效的VDD后，LCA将恢复到通话状态或振铃状态，之后可能会根据输入引脚泄漏电流和负载随机改变状态。由于在这种启动条件下，无法预测通电后的LCAS状态，因此不应使用该状态。

在不希望单独控制多端口卡的闩锁引脚的设计中，可以将多个（或全部）闩锁引脚总线在一起，以创建单板级输入启用控制。

开关逻辑

启动

CPC7591使用智能逻辑监控V电源。当V低于内部设定的阈值时，智能逻辑会将控制逻辑置于全关状态。启动后，闩锁销上的内部上拉将CPC7591锁定在全关状态，直到插销被拉低到逻辑低。在锁销处断言逻辑低之前，必须对开关控制输入进行适当调节。详细设计详细设计

道岔时机

CPC7591在从振铃状态切换到通话状态时，能够使用简单的TTL逻辑电平来控制振铃开关SW3和SW4相对于断开开关SW1和SW2的状态的释放定时输入两种可用的技术被称为先合后断和先断后合操作。当SW1和SW2的开关触点在SW3和SW4的振铃开关触点打开（断开）之前闭合（闭合），这称为先闭合后断开操作。当SW3和SW4的振铃触点在SW1和SW2的开关触点闭合（闭合）之前断开（断开）时，发生先断后合操作。在CPC7591中，通过对设备应用适当的TTL逻辑电平输入序列，可以很容易地完成先通后断和先断后合的操作。

先通后断操作

要使用先合后断操作，请将逻辑输入从振铃状态直接更改为通话状态。当断开开关SW1和SW2闭合时，应用通话状态打开回铃开关SW3。振铃开关SW4保持闭合，直到振铃电流下一次过零。当处于先通后断状态时，超过CPC7591保护电路阈值的振铃电位将从SLIC转移。该操作顺序如下所示。

先关后断振铃转换逻辑序列

先断后合操作

先断后合振铃开关释放定时通过双向T接口执行。作为输入，T可以在拉到逻辑低时禁用所有CPC7591开关。虽然逻辑上被禁用，一个激活（闭合）的振铃开关（SW4）将保持闭合，直到下一个电流过零事件。该操作顺序如下所示。

1、将TSD拉至逻辑下限，结束振铃状态。这将打开回铃开关（SW3）并防止任何其他开关关闭。

2、在振铃周期的一半时间内保持TSD低，以便有足够的时间发生过零电流事件，并使电路进入先断后合状态。

3、在TSD低时段，清除通话状态（逻辑低）的输入。

4、释放TSD，允许内部上拉启动断路开关。

当使用TSD作为输入时，建议的两种状态分别为“0”，即覆盖逻辑输入引脚并强制执行全关状态，“Z”允许通过逻辑输入引脚进行正常的开关控制。这需要使用开路集电极或开路漏极型缓冲器。

先断后打铃到通话转换逻辑序列

数据锁存器

CPC7591具有集成的透明数据锁存器。闩锁启用操作由闩锁引脚处的TTL逻辑输入电平控制。锁存器的数据输入通过输入管脚输入，而数据锁存器的输出是用于状态控制的内部节点。当锁存器启用控制引脚位于逻辑0时，数据锁存器是透明的，输入数据控制信号直接通过数据锁存器流向状态控制电路。输入输入的变化将通过开关状态的变化来反映。

每当闩锁启用控制引脚位于逻辑1时，数据锁存器激活并锁定数据。随后的输入变化不会导致控制逻辑的改变或影响现有的开关状态。

当闩锁引脚从逻辑0变为逻辑1时，开关将保持在原来的状态，只要闩锁处于逻辑1，开关就不会对输入的变化作出响应。但是，TSD输入和TSD输出控制功能都不受闩锁功能的影响。由于内部热关机控制和外部“全关”控制不受闩锁启用输入状态的影响，TSD将覆盖状态控制。

TSD引脚说明

TSD引脚是一个双向I/O结构，带有一个内部上拉电流源，标称值为16μa，偏离VDD。

作为输出，该引脚指示热关机电路的状态。通常，在正常运行期间，该引脚将被拉至VDD，但在产生过多热负载的故障条件下，CPC7591将进入热关机状态，并输出逻辑低电平。

作为一个输入，TSD引脚被用来通过简单地将输入拉低，将CPC7591置于“全关”状态。对于使用低压逻辑器件（低于VDD）的应用，IXYS IC部门建议使用开路集电极或开路漏极型输出来控制TSD。这避免了在正常运行期间，当不需要全关状态时，TSD上拉偏置电流下沉到地上。建议使用开路集电极或开路漏极型设备来驱动该引脚。

振铃开关零交叉电流关断

在应用逻辑输入关闭SW4后，振铃开关被设计成延迟状态变化，直到下一个过零点。一旦打开，开关需要零电流交叉才能关闭，因此不应用于切换纯直流信号。无论逻辑输入如何，开关都将保持在接通状态，直到下一个过零点。这些开关特性将减少并可能消除通常与振铃开关相关的整个系统脉冲噪声。更多信息请参见IXYS IC部门的应用说明AN-144，线路卡接入交换机的脉冲噪声优势。振铃开关SW4的特性可以使得不需要零交叉交换方案。建议与振铃发生器串联的最小阻抗为300Ω。

电源

+5 V电源和蓄电池电压均连接至CPC7591。开关状态控制仅由+5 V电源供电。因此，CPC7591在活动和空闲状态下表现出极低的功耗。

虽然电池电源不用于开关控制，但在故障情况下，需要为集成内部保护电路SCR提供触发电流。此集成SCR设计用于在TBAT或RBAT处的电压低于VBAT引脚上施加的电压2至4 V时激活。由于在尖端和环形负过电压故障条件下，该引脚处的电池电源需要提供触发电流，因此，为闪电等高速瞬变提供该电流的网络必须是低阻抗路径，这一点很重要。这将允许触发电流流动，从而使SCR激活，从而防止TBAT或RBAT节点发生故障引起的负过电压事件。

电池电压监测器

CPC7591还使用VBAT引脚监测电池电压。如果系统电池电压丢失，CPC7591将立即进入全关状态。它将保持此状态，直到蓄电池电压恢复。如果系统电池电压超过–10 V，设备也会进入全关闭状态，并保持关闭状态，直到电池电压变为负值超过–15 V。此电池监视器功能可从电池中吸取少量电流（通常小于1μa），并将略微增加设备的整体功耗。

如果CPC7591和SLIC共用一个共同的电池供电源，此监视器功能将正常运行。否则，如果电池丢失给CPC7591，而不是SLIC，则VBAT引脚将通过内部保护电路SCR触发电流路径施加在TBAT或RBAT引脚上的电位进行内部偏置。

保护

二极管电桥/SCR

CPC7591使用限流断路开关、二极管桥/SCR箝位电路和热关机机制的组合，以保护SLIC设备或其他相关电路在线路瞬态事件（如闪电）期间免受损坏。在正瞬态条件下，故障电流通过二极管电桥通过FGND传导至接地。电压被固定在离地的二极管上。在比VBAT处的电压源更负的2到4 V的负瞬态期间，SCR导电，故障通过SCR或二极管电桥分流到FGND。

为了使SCR撬开（或折叠），SCR的通电电压（参见第9页的“保护电路电气规格”）必须低于VBAT引脚处的外加电压。如果VBAT电压小于SCR接通电压的负值，或者如果VBAT电源无法提供触发电流，则SCR将不会撬开。

对于电源感应或电源交叉故障情况，瞬态的正周期被固定在离地的二极管压降上，故障电流被引导到地上。当电压超过VBAT参考电压2到4伏时，瞬态的负循环将导致SCR导通，从而将故障电流转向接地。

注：CPC7591xB不包含保护SCR，而是使用二极管来夹紧瞬态故障的两极。这些二极管将负电位的故障电流导向VBAT引脚。

限流功能

如果在设备处于通话状态时发生雷击瞬态，电流将沿着线路传输至综合保护电路，并受到有源开关的动态限流响应的限制。在通话状态下，当1000V 10x1000μs雷电脉冲（GR-1089芯）通过适当夹紧的外部保护器施加到线路上时，在TLINE或RLINE上看到的电流将是一个典型幅值为2.5 a且持续时间小于0.5μs的脉冲。

如果设备在通话状态下发生电源交叉故障，电流通过断路开关SW1和SW2进入集成保护电路，但受到两个断路开关的动态直流电流限制响应的限制。规定的过温直流电流限值在80毫安和425毫安之间，电路具有负温度系数。因此，如果设备由于电源交叉故障而受到延长的加热，则进入t线或RLINE的测量电流将随着设备温度的升高而减小。如果设备温度上升足够高，温度关闭机制将激活，设备将进入全关状态。

热关机

当设备模具温度达到最低110℃时，热关机机制激活，使设备处于全关闭状态，而不考虑逻辑输入。在热停堆事件期间，TSDpin将输出标称0 V电平的逻辑低电平。正常运行期间，TSD引脚输出逻辑高电平，典型输出电平等于VDD。

如果出现短时瞬态（如闪电事件），则热关机功能通常不会激活。但是，在一个扩展的功率交叉事件中，设备温度将上升，热关机机制将激活，迫使开关切换到全关状态。此时，测得的T线或RLINE电流将降至零。一旦设备进入热关机状态，它将保持在完全关闭状态，直到设备的温度降至热关机电路的停用水平以下。这允许设备自动恢复正常运行。如果瞬态未通过，电流将再次达到开关的动态直流电流限制所允许的值，加热将恢复，重新激活热关机机制。只要故障依然存在，进入和退出热关机模式的循环将继续。如果故障情况的严重程度足够大，外部二次保护器将激活故障电流对地分流。

外部保护元件

CPC7591只需要设备回路侧的过电压二次保护。上述综合保护功能否定SLIC侧需要额外的外部保护。二次保护器必须将电压瞬变限制在不超过CPC7591的击穿电压或输入输出隔离栅的水平。建议使用折叠式或撬棍式保护器，以尽量减少CPC7591上的应力。

参考IXYS IC部门的应用说明AN-100，“固态用户线路接口的浪涌和电源故障保护电路设计”，了解与外部二次保护器、熔丝电阻器和PTC规格相关的方程式。

制造信息

湿敏性

所有的塑料封装半导体封装容易受潮。IXYS集成电路部根据最新版本的联合行业标准IPC/JEDEC J-STD-020（在产品评估时生效）对其所有的塑料封装器件进行了湿敏性分类。我们在标准规定的最大条件下测试所有产品，并保证当根据该标准中的限制和信息以及下面引用的信息或标准中规定的任何限制来处理时，我们的设备的正确操作。

未能遵守所列规范中规定的警告或限制，可能导致产品性能降低、可操作寿命缩短和/或整体可靠性降低。

本产品具有如下所示的湿敏等级（MSL），应按照最新版本的联合行业标准IPC/JEDEC J-STD-033的要求进行处理。

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