如今，越來越多的業(yè)務和個人信息都存儲在云計算中，因此，確?？焖倏煽康卦L問這些信息變得比以往任何時候都更加重要。電信服務提供商有強大的財政激勵，提供一系列服務，可以與那些只能通過有線提供服務的廠商進行競爭。換句話說，他們希望同時和無縫地向客戶提供語音，數(shù)據，視頻和互聯(lián)網連接。

光纖網絡已經開始為世界各地的社區(qū)帶來高速連接，但對于電信供應商來說，他們需要使用已經擁有的銅線。這樣做將需要Gfast寬帶技術，它允許客戶獲得類似于光纖的接入速度，因為電信提供商目前還處于其光纖部署階段。由于擴大寬帶覆蓋的潛力巨大，一些行業(yè)專家預測，G.fast芯片寬帶的全球市場規(guī)模將增長到29億美元。

　　圖1.FTTDP接入網絡

以下是G.fast寬帶技術如何使經濟的高速連接成為可能：電信公司將光纖安裝到遠程終端（也稱為光纖到節(jié)點，或FTTN），然后客戶分支通過“最后一英里”使用已經到位的銅線基礎設施。G.fast技術使用的頻率帶寬高（高達106MHz，具有高達212MHz的潛力），可以向用戶提供語音/數(shù)據/視頻/互聯(lián)網服務。多點FTTN是電信公司向客戶提供高速數(shù)據r的一種更經濟的方式。用戶在幾分鐘內自行安裝新的G.fast調制解調器，并將其插入自己的電源系統(tǒng)。

　　圖2 FTTDPG.fast架構

G.fast技術是對FTTDP（光纖到分配點），多端口FTTDP，F(xiàn)TTC（光纖到路緣或機柜）和FTTH（光纖到戶）的補充，其優(yōu)點是不限制可用的光纖帶寬，這幾乎像以前的xDSL技術一樣。例如，盡管VDSL2在100Mbps時達到極限，但達到該速度需要結合（使用兩個雙絞線對）和矢量化以抵消串擾。類似地，ADSL2+具有10Mbps的最高速度，ADSL2的最大速率為5Mbps，并且ADSL的上限為1Mbps。相比之下，G.fast在100米的單雙絞線（24AWG/0.5mm）電纜上的目標數(shù)據速率為1Gbps;持續(xù)改進的技術提供了更快的數(shù)據速度的機會，使其更有應用前途。在G.fast芯片組技術領域的先驅Sckipio的研究也表明，其傳輸距離可達500米，同時提供高達幾百兆比特/秒的傳播速度。

G.fast電路保護面臨的挑戰(zhàn)

對于高帶寬的線路（例如G.fast），部署在線路上的電路保護組件的電容可能降低信號，降低其速率和范圍。但是G.fast調制解調器和節(jié)點中的電路不能不受閃電感應浪涌的保護。雖然客戶端設備（CPE）設計人員有三種基本的電路保護選項-氣體放電管（GDT），瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管陣列，保護晶體管，無論設計人員選擇什么，它們的設計必須能夠最低限度地滿足浪涌要求TIA-968B（以前稱為FCC第68部分）。對于連接到公共交換電話網（PSTN）的美國的任何通信設備，都需要這種能力。其他國家也有類似的要求，如表1所示。一些G.fast供應商可能支持在美國市場上符合GR-1089-Core的更堅固的設計。

GDT，TVS二極管陣列和保護晶閘管各有G.fast電路保護的優(yōu)點和缺點：

·GDT的優(yōu)點包括浪涌電流額定值高達20kA，電容額定值低至1pF，具有0V偏壓。它們通常用于主要保護，因為它們的高浪涌額定值，但它們對高頻組件的低干擾有時使它們成為高速數(shù)據鏈路的可能性。但是它們對于G.fast應用也具有一些缺點，包括過高的初始電壓閾值（這意味著當發(fā)生超過系統(tǒng)的正常工作電壓的浪涌時，它們可能不能在足夠低的閾值下激活以保護電路），GDT安裝在黑暗地方時可以改變其性能特性，在電源故障期間將有相對較大的占地面積和熱累積。

·TVS二極管陣列是鉗位型元件，提供低電壓閾值導通值。然而，由于它們的鉗位特性，它將會耗散更高的功率電平，因此必須在物理上實現(xiàn)與晶閘管部件的浪涌額定值類似的浪涌額定值。這種物理上較大的芯片封裝將會導致更高的關態(tài)電容值，其可能與高帶寬信令不兼容。

·保護晶閘管可以被認為是沒有柵極的晶閘管的PNPN元件。當它超過其峰值關態(tài)電壓（VDRM）時，它將鉗位瞬態(tài)電壓到器件的開關電壓（VS）額定值內。然后，一旦流過它的電流超過其開關電流，它將模擬短路條件。當流過它的電流小于其保持電流（IH）時，它將復位并返回到其高截止狀態(tài)阻抗。下一代保護晶閘管的優(yōu)點包括快速響應時間，穩(wěn)定的電氣特性，長期可靠性和低電容。并且因為它們是快速短路器件，電壓的上下起浮不能造成它們損壞。

在美國，電信公司在網絡側安裝的設備的電路保護（例如，在容納光網絡終端單元的機柜中或在鄰近的ONT）必須符合NEBS（網絡設備構建系統(tǒng)）的設計指南，這反過來可能需要符合GR-1089第6端口類型3浪涌。[2]因為這些環(huán)路很短，所以端口類型可以被指定為類型3a/5a。每個提供商將定義自己的防雷要求。端口類型3是應對最嚴重的情況的這種類型的設備。有關端口類型的詳細信息，請參閱表2。

最新的保護晶閘管旨在保護電信設備在功能上滿足GR-1089的高浪涌電平要求，只要它正確地位于變壓器和DSL驅動器之間的電路中即可。變壓器衰減浪涌。如果組件與入口點（通常為RJ11連接器）之間有足夠的阻抗，例如在這些類型的應用中實現(xiàn)的高通濾波器，則組件也可以放置在變壓器的線路側。

圖3.G.fast信號的幅度遠低于現(xiàn)有xDSL服務的幅度，因此保護晶閘管兩端的變化電壓也非常低。結果是電容的細微變化。在部件處于第三位置（如上所示）時，速率達到測試顯示小于0.2dB的可接受損耗。

G.fast的設計和全球標準

當設計G.fast設備時，大多數(shù)企業(yè)想要設計將與全球標準兼容的電路。對于歐洲，亞洲，中東和一些南美國家等國際地區(qū)，設備必須符合表1所示建議中所述的基本或增強浪涌耐受水平。

表1與G.fast設備設計相關的全球浪涌保護標準

表2GR-1089包含用于防雷免疫的一級和二級建筑物間和建筑物內測試條件。具體的浪涌狀況取決于端口類型。有關這些標準要求的更多信息，請參見Littelfuse免費提供的“以太網保護設計指南”。

表2.GR-1089包含用于防雷免疫的一級和二級建筑物間和建筑物內測試條件

　　G.fast設計人員最新保護晶閘管的優(yōu)點

最新一代的保護晶閘管為電路設計人員開發(fā)G.fast硬件提供了多種優(yōu)勢：

·當正確集成到印刷電路板（PCB）布局中時，它為安裝在客戶端的G.fast調制解調器和位于光網絡終端（ONT）單元中的G.fast驅動器提供雷電浪涌保護，光纖端接并且將信號轉換為模擬信號。（參見圖3中的線路驅動器參考設計。有關此參考設計的更多信息，請參見“G.fast線路驅動器三級過壓保護應用簡介”。

·有助于保護各種電信設備滿足GR-1089的高浪涌電平要求，最新的保護晶閘管可以防止信號衰減。這種能力歸功于初始低斷態(tài)電容（僅為2.0pF最大值）以及電容在電壓擺幅上的極低變化，因此它避免了干擾穩(wěn)態(tài)信號（電容中的變化解調DSL信號）。總之，極低的電容和超低的電容變化提供了G.fast服務的最大速率和覆蓋能力。

·通過提供各種過電壓，它與G.fast功率譜密度（PSD）限制相兼容，但也可以用于與VDSL2向后兼容的G.fast芯片組。在這些情況下，許多線路驅動器將增加其輸出電壓范圍以滿足VDSL2PSD限制，如果它們“回退”到VDSL2模式。該新設計提供的較高的關態(tài)電壓與VDSL2的典型高穩(wěn)態(tài)電壓兼容。

·PCB信號衰減較低，因為SOT-23-6封裝提供了簡化板布局過程的流通設計。當PCB設計師布置電路板時，該組件允許設計人員保持PCB走線平行，并且消除了對短線連接的需要，-這兩個條件都可能在線路上產生阻抗失配。

·當雷電浪涌下降或跨越尖端和環(huán)對時，高浪涌額定值（最小30A）為G.fast調制解調器提供出色的保護。撬棍型元件將看起來像一個短路，將浪涌電流轉向遠離G.fast線路驅動器，防止它被損壞。一旦浪涌事件過去，晶閘管自動復位，調制解調器繼續(xù)運行。15至16安培的浪涌額定值通常不能提供足夠的保護，并且對于經歷更嚴重暴露的G.fast應用（包括GR-1089第6版互連要求和ITUK20/21/45增強型外線建議。

結論

與目前GDT和TVS二極管陣列的優(yōu)點和缺點相比，最新的保護晶閘管提供最先進的crow-barring干擾電路保護，結合G.fast技術，電信公司和他們的商業(yè)和住宅客戶可以更快，更容易地訪問云端。