PPTC搭配氣體放電管　VDSL設備增強電路保護能力

在規劃電訊設備的電路保護策略時，重要的是全面地考慮整個系統。為了降低成本，可能會縮減保護方案的能力，但卻必須使用更可靠的其它部件來對此進行補償。然而，增強下游部件可靠性所增加的成本，可能會超過採用穩健性較差的保護器所能節省的成本。然而，只要採用有效的設計，便可達到最佳化的平衡。

考慮VDSL設計限制　以支援高頻寬服務

超高速數位用戶迴路(Very-high-speed Digital Subscriber Line, VDSL)技術能夠支援高達每秒52Mb的資訊傳輸速率。標準VDSL的部署是利用高達12MHz的頻譜，而VDSL2則多了一項選擇，允許採用高達30MHz的頻譜。

VDSL的實際表現取決於營運商和終端客戶設備之間的距離，以及現有銅製設備(Copper Plant)的狀況和設備之外的銅基礎設施。根據迴路條件，VDSL能夠支援變動位元速率和高頻寬的服務，比如利用電話銅纜線對來傳輸的HDTV節目頻道。

由於VDSL設備會連接到公用交換電話網路(PSTN)的銅基礎設施，使得設備可能會暴露在交流電力交錯(AC Power Cross)、電力線感應和雷電浪湧所引起的過電流和過電壓危害的情況之下。

降低插入/回波損耗

隨著VDSL2的出現，訊號頻率從約10MHz升高到30MHz，使得系統設計人員面臨許多新的挑戰。最重要是必須降低高速應用中的插入和回波損耗，以及減少這些損耗對有效傳輸距離和速率的影響。由於用於保護系統的元件可能導致系統插入損耗的增加，因此過電壓保護設備的電容已成為VDSL頻譜上限中的一個考量。有鑑於此，TE Connectivity(TE)已經完成了VDSL應用中低電容閘流體(Thyristor)和GDT的訊號損耗對比試驗。

圖1說明了電容對幾種過電壓保護配置的插入損耗之影響。圖中顯示低電容GDT(1pF)的插入損耗最低，而標準50A閘流體(50V DC偏壓時電容為15pF)和100A微電容元件(50V DC偏壓時電容為20pF)的插入損耗略高。

圖1 試驗資料顯示不同過電壓保護配置的電容效應。

該試驗圖所顯示的插入模組是由230V 3極GDT或兩個270V串聯閘流體組成，它們還與兩個0.3m Cat 5e雙絞線對連接。為了進行插入損耗測定，此一試驗採用了一台Agilent 8753ES向量網路分析儀，它配備了兩個North Hills的0301BB 50:100Ohm寬頻帶變壓器。變壓器可測量在100Ohm阻抗條件下(等於VDSL頻譜的線路阻抗)的模組插入損耗，而HP4195低頻阻抗分析儀則可用來測定在1MHz無偏壓條件下的電容。

結合GDT技術　實現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(Energy Let-through)，並且最佳化了電路保護方案的VDSL解決方案。如該電路圖所示，一級保護(350V-1000V)是由GDT1提供。

圖2 協同電路保護方案有助於減少允通能量。

GDT2和GDT3元件與閘流體串聯連接。在這種情況下，閘流體將有助於降低GDT的擊穿電壓，並且降低浪湧時的允通能量。將高電容閘流體與低電容GDT串聯可降低總體電容。TE的PolySwitch聚合物正溫度係數(PPTC)元件可協助提供一級保護和二級保護之間的協調。

圖3顯示GDT-閘流體組合在雷擊時的性能表現(4kV情況時的ITU K.20 10/700μS浪湧)。示波器觀察顯示GDT和閘流體組合的擊穿電壓是392V。值得注意的是，GDT的擊穿電壓是330V，而閘流體的擊穿電壓是250V；在這種情況下，動態擊穿電壓取決於GDT。

圖3 GDT和閘流體在4kV電壓等級下的試驗結果

兼顧低耗損/高阻抗效能　GDT保護電訊設備功不可沒

雷擊和設備開關運作會引起瞬態浪湧電壓，而這種電壓會破壞敏感的電訊設備；所以這些設備通常會採用GDT來協助保護，以免受到瞬態浪湧電壓的破壞。GDT會放在敏感設備之前，並與其並聯，可以充當一種高阻抗的部件，而不影響正常運作的訊號。由於GDT的電容低，所以其插入損耗低於許多其他過電壓保護技術元件。

由於GDT具有快速且準確的擊穿電壓特性，因此適合用於主配線架(MDF)模組、高資料率電訊應用(例如VDSL和xDSL)以及電力線浪湧保護等應用。當與PPTC元件和閘流體一起用於協同保護方案時，便能夠協助設備製造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於個體布局、主機板類型、特定部件及獨特的設計考慮。大多數電路保護元件製造商可與原始設備製造商(OEM)客戶緊密合作，這有助於確定和實施最佳的保護方案。

(本文作者為TE Connectivity現場應用工程經理)