VDSL設備的電路保護

1 前言
     相關標準規定，電信設備必須能夠耐受浪涌和電源故 障。通過提供遠程或設備終端保護，或者兩者同時實施，便 可以實現耐受性。此外，制造更可靠耐用的設備也可配合或 替代遠程或設備終端保護來實現保護。
在規劃電信設備的電路保護策略時，重要的是考慮整個 系統。為了降低成本，可能會縮減保護方案的能力，但是必 須使用更可靠的其它部件來補償這一點。然而，在這種情況 下增強下游部件可靠性的成本，可能超過采用穩健性較差的 保護器所節約的成本。有效的設計將會優化這些折衷平衡。

2 VDSL設計考慮事項
甚高速數字用戶線路(ver y-high-speed digital subscriber line, VDSL)技術能夠支持高達52Mb/s的信息傳輸速率。標準 VDSL部署利用高達12MHz的頻譜，而VDSL2允許選擇采用

圖1   試驗數據顯示不同過電壓保護配置的電容效應  

圖2  協同電路保護方案幫助減少允通能量
高達30MHz的頻譜。
VDSL的能力取決于運營商和終端客戶設備之間的距 離，以及現有銅纜的條件和銅纜外面的銅基礎設施。根據環 路條件，VDSL能夠支持變化的比特率和高帶寬服務，比如 在電話銅纜線對上傳輸的HDTV節目頻道。
由于VDSL設備與公用電話交換網(PSTN)的銅基礎設施 連接，使得設備可能暴露于交流電力搭碰、電力線感應和雷 電浪涌引起的過電流和過電壓危害。

3 降低插入和回程損耗
隨著VDSL2的出現，信號頻率從10MHz升高到30MHz， 使得系統設計人員面臨許多新的挑戰。最重要的問題是降低 高速應用中的插入和回程損耗，以及減少這些損耗對有效傳 輸距離和速率的影響。
用于保護系統的器件可能導致系統插入損耗增加，因此VDSL的頻譜上限和過電壓保護設備的電容都是不容忽視 的問題。有見及此，TE Connectivity(TE)已經完成了VDSL應
用中低電容晶閘管和GDT的信號損耗對比試驗。

圖3  GDT和晶閘管在4kV電壓水平下的試驗結果
圖1說明電容對幾種過電壓保護配置的插入損耗的影 響。圖中顯示低電容GDT(1pF)的插入損耗最低，而標準50A 晶閘管(50V DC偏壓時電容為15pF)和100 A微電容器件(50V DC偏壓時電容為20pF)的插入損耗略高。
該試驗圖中所示插入模塊由230V 3極GDT或兩個270V
串聯晶閘管組成，它們與兩個0.3m Cat 5e雙絞線對連接。
采用配備兩個North Hills的0301BB 50:100Ohm寬頻帶變 壓器的Agilent 8753ES矢量網絡分析儀進行插入損耗測定。
變壓器用于測量100Ohm阻抗條件下(等于VDSL頻譜的 線路阻抗)的模塊插入損耗。采用HP 4195低頻阻抗分析儀測 定1MHz在無偏壓條件下的電容。

4 實施VDSL低電容解決方案
圖2電路圖顯示了一個有效降低電容和允通能量(energylet-through)，并且優化了電路保護方案的VDSL解決方案。
如該電路圖所示，GDT1提供了一級保護(350V- 1000V)。
G DT 2 和 G DT 3 器 件 與 晶 閘 管 串 聯 連 接 。 在 這 種 情 況 下，晶閘管幫助降低GDT的擊穿電壓，并且降低浪涌時的 允通能量。通過將高電容晶閘管與低電容GDT串聯來降低 總體電容。TE的PolySwitch聚合物正溫度系數(PPTC)器件幫 助協調一級保護和二級保護。
圖3顯示GDT-晶閘管組合在雷擊時的性能表現( 4kV、 ITU K.20 10/700μS浪涌)。示波器觀察顯示GDT和晶閘管組 合的擊穿電壓是392V。值得指出的是，GDT的擊穿電壓是
330V，晶閘管的擊穿電壓是250V。在這種情況下，動態擊 穿電壓由GDT決定。

5 總結
GDT通常用于幫助保護敏感電信設備不受雷擊和設備 開關運作引起的瞬態浪涌電壓的損害。GDT放在敏感設備 的前部和與其并聯，可以充當高阻抗部件，而并不影響正常 運作的信號。由于GDT的電容低，所以其插入損耗低于許 多其它過電壓保護技術器件。
由于GDT具有快速且準確的擊穿電壓特性，因此適合 用于總配線架(MDF)模塊、高數據率電信應用(例如VDSL和 xDSL)以及及電力線浪涌保護等應用。當與PPTC器件和晶閘 管一起用于協同保護方案時，它們能夠幫助設備生產商滿足 最嚴苛的監管標準要求。
與任何類型的保護方案一樣，解決方案的有效性取決 于個體布局、主板類型、特定部件及獨特的設計考慮。大多 數電路保護器件生產商可與OEM客戶一起合作，幫助確定
和實施最佳保護方案。