通信設計中電路保護問題

VoIP(Voice overIP)、T1、E1、ADSL、HDSL、VDSL、SDSL、視頻、無線本地環路等應用都面臨著一個共同問題:需要防止雷擊和電源交擾電話線接口,以保證用戶和維護人員的安全,并可滿足電路保護的要求。

設備設計人員可根據下面10個步驟來決定電信設計應滿足哪種安全要求,并選擇適當的電路保護設計。

１ 確實設計方案的銷售地區

電路保護要求在世界各地是不同的,故要根據設計的不同安裝地點來決定所要滿足的保護要求。在北美洲,PSTN接口二級保護的權威機構有UL(Underwriters Laboratories)、FCC(聯邦通信委員會)、Bellcore (Telcordia Technologies)。在歐洲和世界上大多數地區,JTU(國際電信聯盟)的K系列建議是最廣泛的參考規范。

那些計劃只滿足北美洲保護要求的設計者們將遵循UL、FCC和Telcordia的電路保護準則。這些準則包括防雷擊和電源交擾的要求,這比ITU的要求要嚴格一些。

若把設計方案銷售給北美洲以外的國家和地區,那么使用較低電涌率的元件就可以滿足ITU的有關要求; 銷售給世界其它國家和地區,設計者在選件時既要滿足北美的電路保護要求,又要滿足ITU的電路保護要求。

加拿大有自己的CSA(加拿大標準協會)要求,而未用FCC要求。然而最近,FCC Part 68的要求與CSA的要求一致起來了。

２ 確定客戶

對于知道要滿足的具體規范要求,關鍵是要確定誰是你的客戶。例如,要為北美洲的客戶端設備(CPE)做設計,就需要滿足UL1950和FCC Part 68保護要求。(UL60950不久就會發布并涵蓋CPE)。而網絡設備要滿足Telcordia GR-1089的要求。

在世界上其它國家和地區,ITU K.21規定了CPE的要求,ITU K.20規定了網絡設備的要求。新的ITU K.45標準將用于中心局和客戶端建筑之間的接入網設備。

３ 確定要滿足哪種要求

對于CPE,設計人員應滿足UL1950(也許不久將是UL60950)和FCC的Part 68要求。FCC Part 68要求源自美國政府,并具備法律效力,任何連接到PSTN的CPE必須滿足這些要求。上面已經提到,準備在北美洲銷售的網絡設備的設計人員一般要考慮滿足Telcordia GR-1089要求。

在很多情況下,CPE設計為滿足Telcordia GR-1089要求。若一臺設備被用作CPE或網絡設備,那么設計人員應能通過滿足Telcordia GR-1089的網絡設備保護要求而全面考慮所有的設計可能性。例如,數字環路運營需要滿足UL/FCC和Telcordia的要求。

４ 針對實際問題選擇保護要求

在實驗室中滿足不同權威機構的要求或標準是一回事,而經受實際工作中的考驗是另一回事。很少的設計可以充分地防止直接的雷擊,各種不同的保護要求涵蓋了由附近的雷擊所感應出電涌的更多通例。它們也涵蓋了可能發生的更糟的電源交擾情況。如果電源線與電話線直接碰觸,或在附近的電話線中感應出故障電流時,就會有電源交擾。

對本文所討論的不同機構標準所反映的大多數嚴重問題,Telcordia GR-1089要求提供了保護。但是,假如設備不接到PSTN,而是接到內部電話線路中,如PBX的內線或無線本地環路系統,情況又會怎樣呢?Telcordia GR-1089有磁建筑物內要求更適于上面這些情況。這些要求不如Telcordia GR-1089外線(PSTN)要求嚴格。在大多數情況下,建筑物入口的主要保護可以保證故障不會進入其內部。然而,實際中的問題(如電源交擾)會發生在內線中,良好地工程狀況會起很大的保護作用。

5 選擇保護元件

電信接口的保護元件可以分為兩類:過壓保護和過流保護。過壓保護元件在末端與環,末端與地,和/或環與地之間是并聯的。它們通常有高阻抗特性,當電壓達到擊穿值以上時,轉換到低阻抗。典型的過壓保護元件包括可控硅、TVS二極管、MOV以及氣體放電管等。

過流保護元件在末端和/或環線中是串聯的。它們通常有低阻抗特性,當電流達到斷路值以上時,轉換到高阻抗。

６ 考慮可重置與非重置的保護

可重置與非重置的問題存在于過流保護方面。可重置過流保護器件包括聚合物PTC和陶瓷PTC。“PTC”一詞指的是含正溫度系數電阻的器件。在過流狀態下,PT器件受熱并發生相變,這使其電阻增大了幾個數量級。這極大地減小了電路中流過的電流,進而對敏感的下游元件起到了保護作用。非重置元件包括一次性的保險絲。

可重置元件的優勢很明顯,一旦過流故障消失,器件冷卻后會返回到低電阻狀態。無需用戶去干預,也無需技術人員的幫助。非重置器件必須由技術人員或其他合格的人員進行手工重置,這樣當設備位于遠端站時,就會產生不必要的保用成本或高額運營費用。幸好的是,現在二級保護所用的大多數過壓保護元件是可重置的。

７ 針對機構測試準備設計方案

在選好保護元件并安裝在樣機板上后,便要準備進行測試了。若現場測試設備已就位,在提交給正規機構的測試實驗室前,需要測試這項設計。試驗時間很昂貴,如果由于某些錯誤或疏忽而需對樣機板進行重新設計和測試,必然會增加成本。通過采用電路保護制造商在其應用手冊及設計參考中建議的保護接口,可使未通過機構測試的風險最小化。

８ 針對機構測試提交設計方案
與權威的UL、ITU、FCC或Telcordia測試實驗室合作,提交樣機板進行測試并爭取獲得通過。

9 設計銷售

一項符合機構標準的設計會使客戶的生活或工作變得更加輕松,清楚設計要防止電源交擾和雷擊電涌也會使他們的愿望得以輕松實現。

10 進行下一個設計

一旦設計人員解決了這些問題,獲得了良好的保護,并確定了可行的設計方案,這項設計就可以反復用于新的項目,當然,要根據具體情況進行一些小的修改。