在工程實踐中，的確會碰到一些意想不到，奇奇怪怪，自己在實驗室環境中打死也不會想到，或者想到也懶得解決的問題。根據墨菲定律(murphy』s law)，「如果事情有變壞的可能，不管這種可能性有多小，它總會發生」。因此，在工程實踐中，還是應該把能夠想到的故障解決在萌芽當中。
記得在之前的博文墨菲定律：都是溫度惹的禍中提到電路的熱穩定性影響的今年全國大學生智慧型汽車競賽西部賽區部分隊伍的聲音信標作品，在室外比賽高氣溫比賽環境中，沒有能夠完成現場的比賽。
今天提到的是另外乙個古老工程設計的例子，由於沒有對電路對外埠保護設計得到，不僅造成現場除錯過程中屢次造成核心主機板的燒毀，同時也使得工程週期延長了。
▲ 老式**機與現代手機
在撥回舊時光博文中記錄了我在去年最初了解到該仿古**專案的內容：是利用現在網路技術對傳統轉盤**機進行改造使其仍然具有基本的通話功能，人機介面仍然包括有轉盤撥碼、振鈴、聽筒受話等元素，而語音傳輸則採用網路資料傳輸的方式。它是為歐洲市場定製的產品。所需要解決的工程問題是解決老式**機中振鈴高壓交流訊號（40 ~100v）的產生技術。
當時**機其他的電路前面別人都已經設計除錯完畢，只剩下**振鈴電路如何驅動。
電路板供電電源為12v。採用簡單的boost電路獲得大約的e=40v直流電壓，然後通過橋電路驅動**機振鈴線圈，可以達到e×4/π，大約51v峰峰值的等效基頻交流電，可以穩定驅動**的振鈴動作。
▲ 實際工作電路中的電路板
後來，仿古**進行小批量生產的時候，問題隨之而來。那就是對於不同的**測試的時候，會出現隨機燒毀核心電路板的問題。
此時，只能重新對之前別人設計的電路進行重新分析，原來故障的隱患就是來自於電路埠保護的缺失。在原來電路板與**機引線介面中，大約有多組訊號線，包括聽筒、摘掛話機、振鈴、撥碼脈衝以及麥克風訊號等。存在著一些訊號直接連線核心板的io口，但並沒有進行埠訊號保護。
在介面引線之間存在著很強的訊號耦合，這就會使得那些直接連線核心mcu的io的引線容易受到強訊號的干擾和衝激。
▲ **介面線中的訊號耦合
對於io口保護通常採用rc濾波電路，可以衰減外部尖脈衝的衝激。對於變化比較快的開關訊號，也可以採用二極體鉗位的方式來吸收外部高電壓的衝激。
下面介紹的一款用於電子線路埠保護的二極體陣列sp4062可以保護容易受到損毀的電子線路io埠。比如避免由於閃電引起的浪湧訊號。該器件可以吸收高達20a的電流。sp4062適合用於高速訊號管腳的保護。
▲ sp4062 外形
下圖給出了基於sp4062對於乙太網口接收晶元的tx,rx埠的保護示意圖。從這裡可以看出，一顆sp4062可以對四個io埠進行保護。由於sp4062器件封裝很小，將它嵌入到原來電路中則比較容易。
▲ 內部結構原理、管腳分布、基本應用
通過快速製版將表貼的sp4062晶元焊接在電路板上，可以簡單對齊保護功能進行測試。
▲ 測量輸入管腳穩壓實驗電路
下面是輸入交流三角波形（藍色波形），經過sp4062鉗位之後，輸出的電路波形（橙色波形）就被限制在-0.85v ~ 4.8v之內了。輸入與輸出訊號波形如下圖所示。
將sp4062整合於前面仿古**機內部介面中，經過測試，解決了原來系統不穩定，總是燒毀核心處理板的故障。
▲ 焊接後的8通道io保護板
通過這個設計，重新讓我們對於系統設計細節重視起來。對於可能存在的故障不能夠存有僥倖心理。良好設計就應該是防患於未然之中。
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