G.FAST电路保护所面临的挑战分析

品慧电子讯对于G.FAST等高带宽线路，放置在线路上的任何电路保护元件的电容都可能会降低信号强度，从而降低其速率和覆盖范围。但是节点中的G.FAST调制解调器和电路必须受到保护，以防止雷电引起的浪涌造成损坏。以下将分析G.FAST电路保护所面临的挑战。

尽管客户驻地设备(CPE)设计人员可采取三种基本的电路保护方案：气体放电管(GDT)、瞬态电压抑制(TVS)二极管阵列和保护型晶闸管，但他们所选择的任何设备都必须使其设计最小程度地符合浪涌TIA-968B(以前称为FCC第68部分)的要求。在美国，任何连接到公共交换电话网络(PSTN)的通信设备均需具备此性能。其他国家也有类似要求，如表1所示。一些G.FAST供应商可能会倾向于在美国市场采用符合GR-1089-Core的安全设计。

表1

GDT、TVS二极管阵列和保护型晶闸管在G.FAST电路保护方面各有优缺点：

GDT的优点包括浪涌电流额定值高达20 kA，电容额定值低至 1 pF，0 V偏压。它们通常用于一次保护，这是因为它们的浪涌额定值很高，但是它们对高频元件的干扰度较低，由此可用于高速数据链路。但是，对于G.FAST应用来说它们也有一些缺点，包括初始电压阈值过高（这意味着在发生超过系统正常工作电压的电涌时，它们可能无法在足够低的阈值下激活以保护电路），安装于黑暗环境中时GDT性能特征可能会发生变化，占用空间相对较大、电源故障期间会产生热积累。

TVS二极管阵列是可提供低电压阈值导通值的箝位型元件。然而，由于其箝位特性，它们会耗散更高的功率水平，因此必须加大尺寸，以实现类似于晶闸管箝位元件的浪涌额定值。这种尺寸较大的硅封装可产生可能与高带宽信号不兼容的较高断态电容值。

保护型晶闸管是一种PNPN元件，可以被认为是没有栅极的晶闸管。当它超过峰值断态电压(VDRM)时，它会将瞬态电压箝位在器件的开关电压(VS)额定值内。然后，一旦流经它的电流超过其开关电流，它就会快速切断（撬棍）并模拟短路状况。而流经它的电流小于其载流(IH)时，它将复位并恢复到其高断态阻抗。该应用的下一代保护型晶闸管优点包括响应时间快速、电气特性稳定、长期可靠性和电容较低。而且由于它们是开关型保护器，不会因电压造成损坏。

在美国，电信公司在网络侧安装设备的电路保护（例如，安装光纤网络终端单元或ONT的附近机柜中）必须符合NEBS（网路设备建设系统）设计指南，这反过来可能需要符合GR-1089第6期端口类型3浪涌。由于这些回路很短，端口类型可被指定为类型3a / 5a。每个供应商应界定其自身的防雷电要求。端口类型3是这类设备中的最严重情况。欲了解有关端口类型的更多信息，请参见表2。

表2

来源：Littelfuse