VDSL设备的电路保护

1 前言
     相关标准规定，电信设备必须能够耐受浪涌和电源故 障。通过提供远程或设备终端保护，或者两者同时实施，便 可以实现耐受性。此外，制造更可靠耐用的设备也可配合或 替代远程或设备终端保护来实现保护。
在规划电信设备的电路保护策略时，重要的是考虑整个 系统。为了降低成本，可能会缩减保护方案的能力，但是必 须使用更可靠的其它部件来补偿这一点。然而，在这种情况 下增强下游部件可靠性的成本，可能超过采用稳健性较差的 保护器所节约的成本。有效的设计将会优化这些折衷平衡。

2 VDSL设计考虑事项
甚高速数字用户线路(ver y-high-speed digital subscriber line, VDSL)技术能够支持高达52Mb/s的信息传输速率。标准 VDSL部署利用高达12MHz的频谱，而VDSL2允许选择采用

图1   试验数据显示不同过电压保护配置的电容效应  

图2  协同电路保护方案帮助减少允通能量
高达30MHz的频谱。
VDSL的能力取决于运营商和终端客户设备之间的距 离，以及现有铜缆的条件和铜缆外面的铜基础设施。根据环 路条件，VDSL能够支持变化的比特率和高带宽服务，比如 在电话铜缆线对上传输的HDTV节目频道。
由于VDSL设备与公用电话交换网(PSTN)的铜基础设施 连接，使得设备可能暴露于交流电力搭碰、电力线感应和雷 电浪涌引起的过电流和过电压危害。

3 降低插入和回程损耗
随着VDSL2的出现，信号频率从10MHz升高到30MHz， 使得系统设计人员面临许多新的挑战。最重要的问题是降低 高速应用中的插入和回程损耗，以及减少这些损耗对有效传 输距离和速率的影响。
用于保护系统的器件可能导致系统插入损耗增加，因此VDSL的频谱上限和过电压保护设备的电容都是不容忽视 的问题。有见及此，TE Connectivity(TE)已经完成了VDSL应
用中低电容晶闸管和GDT的信号损耗对比试验。

图3  GDT和晶闸管在4kV电压水平下的试验结果
图1说明电容对几种过电压保护配置的插入损耗的影 响。图中显示低电容GDT(1pF)的插入损耗最低，而标准50A 晶闸管(50V DC偏压时电容为15pF)和100 A微电容器件(50V DC偏压时电容为20pF)的插入损耗略高。
该试验图中所示插入模块由230V 3极GDT或两个270V
串联晶闸管组成，它们与两个0.3m Cat 5e双绞线对连接。
采用配备两个North Hills的0301BB 50:100Ohm宽频带变 压器的Agilent 8753ES矢量网络分析仪进行插入损耗测定。
变压器用于测量100Ohm阻抗条件下(等于VDSL频谱的 线路阻抗)的模块插入损耗。采用HP 4195低频阻抗分析仪测 定1MHz在无偏压条件下的电容。

4 实施VDSL低电容解决方案
图2电路图显示了一个有效降低电容和允通能量(energylet-through)，并且优化了电路保护方案的VDSL解决方案。
如该电路图所示，GDT1提供了一级保护(350V- 1000V)。
G DT 2 和 G DT 3 器 件 与 晶 闸 管 串 联 连 接 。 在 这 种 情 况 下，晶闸管帮助降低GDT的击穿电压，并且降低浪涌时的 允通能量。通过将高电容晶闸管与低电容GDT串联来降低 总体电容。TE的PolySwitch聚合物正温度系数(PPTC)器件帮 助协调一级保护和二级保护。
图3显示GDT-晶闸管组合在雷击时的性能表现( 4kV、 ITU K.20 10/700μS浪涌)。示波器观察显示GDT和晶闸管组 合的击穿电压是392V。值得指出的是，GDT的击穿电压是
330V，晶闸管的击穿电压是250V。在这种情况下，动态击 穿电压由GDT决定。

5 总结
GDT通常用于帮助保护敏感电信设备不受雷击和设备 开关运作引起的瞬态浪涌电压的损害。GDT放在敏感设备 的前部和与其并联，可以充当高阻抗部件，而并不影响正常 运作的信号。由于GDT的电容低，所以其插入损耗低于许 多其它过电压保护技术器件。
由于GDT具有快速且准确的击穿电压特性，因此适合 用于总配线架(MDF)模块、高数据率电信应用(例如VDSL和 xDSL)以及及电力线浪涌保护等应用。当与PPTC器件和晶闸 管一起用于协同保护方案时，它们能够帮助设备生产商满足 最严苛的监管标准要求。
与任何类型的保护方案一样，解决方案的有效性取决 于个体布局、主板类型、特定部件及独特的设计考虑。大多 数电路保护器件生产商可与OEM客户一起合作，帮助确定
和实施最佳保护方案。