越來越多的業(yè)務(wù)和個(gè)人信息都存儲(chǔ)在“云”中，當(dāng)今時(shí)代，確保快速、可靠地訪問這些信息比以往任何時(shí)候都更為重要。電話服務(wù)供應(yīng)商有強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)動(dòng)力，可提供與那些只通過有線公司開展的業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)的服務(wù)包。換句話說，他們希望同步、無縫地向用戶傳遞語音、數(shù)據(jù)、視頻和互聯(lián)網(wǎng)連接。

光纖網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐步為各地的社區(qū)帶來高速連接，但對(duì)于電信供應(yīng)商來說，他們需要使用其現(xiàn)有的銅線。如此一來，G.FAST技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，由于電信供應(yīng)商分階段進(jìn)行光纖部署，該技術(shù)可以彌補(bǔ)這方面的不足，使客戶獲得類似光纖的接入速度。由于在經(jīng)濟(jì)上擴(kuò)大寬帶覆蓋的巨大潛力，一些行業(yè)專家預(yù)測(cè)G.FAST芯片全球市場(chǎng)將增至29億美元。

通過如下方式，G.FAST使高效高速連接成為可能：電信公司將光纖安裝到遠(yuǎn)程終端(又稱光纖到節(jié)點(diǎn)，或FTTN)，然后利用已到位的銅線基礎(chǔ)設(shè)施在距離用戶端“最后一英里”的區(qū)域設(shè)立分支(圖1)。

G.FAST技術(shù)采用寬頻帶寬(高達(dá)106MHz，有潛力達(dá)到212MHz)向用戶提供話音/數(shù)據(jù)/視頻/互聯(lián)網(wǎng)。多點(diǎn)FTTN可使電信公司以更經(jīng)濟(jì)高效的方式向客戶提供高速數(shù)據(jù)。沒有必要為每個(gè)新用戶“上門服務(wù)”，用戶可以在幾分鐘內(nèi)自行安裝新的G.FAST調(diào)制解調(diào)器，并將其插入到自己的系統(tǒng)中。

圖1：FTTdp接入網(wǎng)。

G.fast技術(shù)與FTTdp(光纖到配電點(diǎn))、多端口FTTdp、FTTC(光纖到路邊)和FTTH(光纖到戶)互補(bǔ)，提供了不限制現(xiàn)有光纖帶寬的優(yōu)勢(shì)(幾乎和以前的XDSL技術(shù)一樣)。例如，盡管VDSL2最高速度為100Mbps，但達(dá)到該速度需要用綁定(即使用兩對(duì)雙絞線)和矢量化來消除串?dāng)_。

同樣，ADSL2+的最高速度為10Mbps，ADSL2的最高速度為5Mbps，ADSL的速度限值為1Mbps。相比之下，G.fast在100m單根雙絞線(24AWG/0.5mm)電纜上的目標(biāo)數(shù)據(jù)速率為1Gbps；對(duì)該技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)可提供更快的數(shù)據(jù)速度，拓寬其應(yīng)用前景(圖2)。G.fast芯片組技術(shù)的先驅(qū)Sckipio進(jìn)行的研究也表明，在速度高達(dá)數(shù)百M(fèi)bps的情況下，距離可達(dá)500m。

FTTdp G.fast架構(gòu)。

G.fast電路保護(hù)所面臨的挑戰(zhàn)

對(duì)于G.fast等高帶寬線路，放置在線路上的任何電路保護(hù)元件的電容都可能會(huì)降低信號(hào)強(qiáng)度，從而降低其速率和覆蓋范圍。但是節(jié)點(diǎn)中的G.fast調(diào)制解調(diào)器和電路必須受到保護(hù)，防止雷電引起的浪涌造成損壞。盡管用戶端設(shè)備(CPE)設(shè)計(jì)人員可采取三種基本的電路保護(hù)方案——?dú)怏w放電管(GDT)、瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管陣列和保護(hù)型晶閘管，但無論他們選擇何種方案，都必須使其設(shè)計(jì)至少能符合TIA-968B(以前稱為FCC第68部分)的浪涌要求。在美國(guó)，任何連接到公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)的通信設(shè)備均需具備此性能。其他國(guó)家也有類似要求，如表1所示。一些G.fast供應(yīng)商可能會(huì)傾向于在美國(guó)市場(chǎng)采用符合GR-1089-Core的安全設(shè)計(jì)。

GDT、TVS二極管陣列和保護(hù)型晶閘管在G.fast電路保護(hù)方面各有優(yōu)缺點(diǎn)：

? GDT的優(yōu)點(diǎn)包括浪涌電流額定值高達(dá)20kA，電容額定值低至1pF，0V偏壓。由于其浪涌額定值很高，這種器件通常用于一次保護(hù)，但是由于其對(duì)高頻元件的干擾很低，因此有時(shí)也將其用于高速數(shù)據(jù)鏈路。但是，對(duì)于G.fast應(yīng)用來說它們也有一些缺點(diǎn)，包括初始電壓閾值過高(這意味著在遇到超過系統(tǒng)正常工作電壓的浪涌時(shí)，其可能無法在足夠低的閾值下激活以保護(hù)電路)，安裝于黑暗環(huán)境中時(shí)GDT性能特征可能會(huì)發(fā)生變化，占用空間相對(duì)較大，電源故障期間會(huì)產(chǎn)生熱積累。

? TVS二極管陣列是可提供低電壓閾值導(dǎo)通值的鉗位型器件。然而，由于其鉗位特性，它們會(huì)耗散更高的功率，因此必須加大尺寸，以實(shí)現(xiàn)類似于晶閘管撬棍(crowbar)器件的浪涌額定值。這種尺寸較大的硅封裝可產(chǎn)生可能與高帶寬信號(hào)不兼容的較高斷態(tài)電容值。

? 保護(hù)型晶閘管是一種PNPN器件，可以被認(rèn)為是沒有門極的晶閘管。當(dāng)它超過峰值斷態(tài)電壓(VDRM)時(shí)，它會(huì)將瞬態(tài)電壓鉗位在器件的開關(guān)電壓(VS)額定值內(nèi)。然后，一旦流經(jīng)它的電流超過其開關(guān)電流，它就會(huì)快速切斷電源而模擬短路狀況。而流經(jīng)它的電流小于其載流(IH)時(shí)，它將復(fù)位并恢復(fù)到其高斷態(tài)阻抗。該應(yīng)用的下一代保護(hù)型晶閘管優(yōu)點(diǎn)包括響應(yīng)時(shí)間快速、電氣特性穩(wěn)定、長(zhǎng)期可靠性和電容較低。而且由于它們是crowbar器件，不會(huì)因電壓造成損壞。

在美國(guó)，電信公司在其網(wǎng)絡(luò)側(cè)安裝的設(shè)備(例如在附近裝有光網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備(ONT)的機(jī)柜中)，其電路保護(hù)必須符合NEBS(網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建系統(tǒng))設(shè)計(jì)指南，這反過來可能需要符合GR-1089第6期端口類型3浪涌。由于這些回路很短，端口類型可被指定為類型3a/5a。每個(gè)供應(yīng)商應(yīng)界定其自身的防雷電要求。端口類型3是這類設(shè)備中的最嚴(yán)重情況。

最新一代保護(hù)型晶閘管旨在保護(hù)電信設(shè)備在功能上符合GR-1089的高浪涌電平要求，只要它正確位于變壓器和DSL驅(qū)動(dòng)器之間的電路中即可(圖3)。變壓器衰減浪涌。如果元件與接入點(diǎn)(通常是RJ11連接器)之間存在足夠的阻抗(例如在這些類型應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)的高通濾波器)，則該元件也可以放置在變壓器的線路側(cè)。

G.fast信號(hào)的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)有xDSL服務(wù)的幅度，因此保護(hù)型晶閘管兩端的電壓變化也非常小。由此導(dǎo)致的電容變化幾乎察覺不到。如果器件處于第三級(jí)位置(如上圖所示)，速率和范圍測(cè)試顯示損耗小于0.2dB，可以接受。

對(duì)于G.fast設(shè)計(jì)人員而言最新一代保護(hù)型晶閘管的優(yōu)點(diǎn)

開發(fā)G.fast硬件的電路設(shè)計(jì)人員而言，最新一代的保護(hù)型晶閘管具備諸多優(yōu)點(diǎn)：

? 將其正確貼裝到印刷電路板(PCB)布局中時(shí)，它可為安裝在用戶端的G.fast調(diào)制解調(diào)器和位于光網(wǎng)絡(luò)終端(ONT)設(shè)備中的G.fast驅(qū)動(dòng)器提供雷電浪涌保護(hù)，此時(shí)光纖將被終止并且信號(hào)被轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)(參見圖3中的線驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì))。欲了解有關(guān)此參考設(shè)計(jì)的更多信息，請(qǐng)參閱《G.fast Line Driver Tertiary Overvoltage Protection Application Brief(G.fast線路驅(qū)動(dòng)器三次過壓保護(hù)應(yīng)用簡(jiǎn)介)》。

? 還可用于保護(hù)各種電信設(shè)備對(duì)GR-1089的高浪涌電平要求，最新一代保護(hù)型晶閘管可防止信號(hào)衰減。這種能力是初始低斷態(tài)電容(最大值僅為2.0pF)和電容過壓波動(dòng)極小所帶來的，因此可以避免干擾穩(wěn)態(tài)信號(hào)(電容變化對(duì)DSL信號(hào)進(jìn)行解調(diào))。總之，極低的電容和極低的電容變化為G.fast服務(wù)提供了最大的速率和覆蓋范圍。

? 借助各種截止電壓，它可與G.fast功率譜密度(PSD)限值兼容，它還可用于與VDSL2向后兼容的G.fast芯片組。在這些情況下，許多線驅(qū)動(dòng)器將增加其輸出電壓范圍，以便在它們“回落”到VDSL2模式的情況下符合VDSL2 PSD限值。這種新設(shè)計(jì)提供的較高截止電壓與VDSL2典型的較高穩(wěn)態(tài)電壓兼容。由于SOT-23-6封裝提供了流通式設(shè)計(jì)，可簡(jiǎn)化電路板布局設(shè)計(jì)工藝，因此PCB信號(hào)衰減更低。當(dāng)PCB設(shè)計(jì)師對(duì)電路板進(jìn)行布局時(shí)，該器件可使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)保持PCB走線平行，并且不需要短截線連接——兩種情況均可能導(dǎo)致線路上的阻抗失配。

? 高浪涌額定值(最小30A)可在雷擊引起的浪涌突降或穿過正極線和負(fù)極線對(duì)時(shí)，為G.fast調(diào)制解調(diào)器提供良好保護(hù)。撬棍型器件看起來就像是一個(gè)可以將浪涌電流從G.fast線路驅(qū)動(dòng)器中分流出去的短路，從而防止線路驅(qū)動(dòng)器損壞。一旦浪涌事件完畢，晶閘管自動(dòng)復(fù)位，調(diào)制解調(diào)器繼續(xù)運(yùn)行。15至16A的浪涌額定值通常無法提供充分保護(hù)，并且對(duì)于經(jīng)受更嚴(yán)重暴露的G.fast應(yīng)用來說保護(hù)能力是不夠的(包括GR-1089第6期建筑物間要求和ITU K20/21/45補(bǔ)充外部線路建議)。

總結(jié)

與現(xiàn)有的GDT和TVS二極管陣列的優(yōu)缺點(diǎn)相比，最新一代保護(hù)型晶閘管與G.fast技術(shù)相結(jié)合，可以提供最先進(jìn)的屏蔽電路保護(hù)，對(duì)電信公司及其商業(yè)和住宅客戶來說，均可更快速、更輕松、更方便地訪問云服務(wù)。