摘要：如今，越来越多的业务和个人信息都存储在云计算中，因此，确保快速可靠地访问这些信息变得比以往任何时候都更加重要。电信服务提供商有强大的财政激励，提供一系列服务，可以与那些只能通过有线提供服务的厂商进行竞争。换句话说，他们希望同时和无缝地向客户提供语音，数据，视频和互联网连接。

     如今，越来越多的业务和个人信息都存储在云计算中，因此，确保快速可靠地访问这些信息变得比以往任何时候都更加重要。电信服务提供商有强大的财政激励，提供一系列服务，可以与那些只能通过有线提供服务的厂商进行竞争。换句话说，他们希望同时和无缝地向客户提供语音，数据，视频和互联网连接。
　　
　　光纤网络已经开始为世界各地的社区带来高速连接，但对于电信供应商来说，他们需要使用已经拥有的铜线。这样做将需要Gfast宽带技术，它允许客户获得类似于光纤的接入速度，因为电信提供商目前还处于其光纤部署阶段。由于扩大宽带覆盖的潜力巨大，一些行业专家预测，G.fast芯片宽带的全球市场规模将增长到29亿美元。
　　
　　图1.FTTDP接入网络
　　
　　以下是G.fast宽带技术如何使经济的高速连接成为可能：电信公司将光纤安装到远程终端（也称为光纤到节点，或FTTN），然后客户分支通过“最后一英里”使用已经到位的铜线基础设施。G.fast技术使用的频率带宽高（高达106MHz，具有高达212MHz的潜力），可以向用户提供语音/数据/视频/互联网服务。多点FTTN是电信公司向客户提供高速数据r的一种更经济的方式。用户在几分钟内自行安装新的G.fast调制解调器，并将其插入自己的电源系统。
　　
　　图2 FTTDPG.fast架构
　　
　　G.fast技术是对FTTDP（光纤到分配点），多端口FTTDP，FTTC（光纤到路缘或机柜）和FTTH（光纤到户）的补充，其优点是不限制可用的光纤带宽，这几乎像以前的xDSL技术一样。例如，尽管VDSL2在100Mbps时达到极限，但达到该速度需要结合（使用两个双绞线对）和矢量化以抵消串扰。类似地，ADSL2+具有10Mbps的最高速度，ADSL2的最大速率为5Mbps，并且ADSL的上限为1Mbps。相比之下，G.fast在100米的单双绞线（24AWG/0.5mm）电缆上的目标数据速率为1Gbps;持续改进的技术提供了更快的数据速度的机会，使其更有应用前途。在G.fast芯片组技术领域的先驱Sckipio的研究也表明，其传输距离可达500米，同时提供高达几百兆比特/秒的传播速度。
　　
　　G.fast电路保护面临的挑战
　　
　　对于高带宽的线路（例如G.fast），部署在线路上的电路保护组件的电容可能降低信号，降低其速率和范围。但是G.fast调制解调器和节点中的电路不能不受闪电感应浪涌的保护。虽然客户端设备（CPE）设计人员有三种基本的电路保护选项-气体放电管（GDT），瞬态电压抑制器（TVS）二极管阵列，保护晶体管，无论设计人员选择什么，它们的设计必须能够最低限度地满足浪涌要求TIA-968B（以前称为FCC第68部分）。对于连接到公共交换电话网（PSTN）的美国的任何通信设备，都需要这种能力。其他国家也有类似的要求，如表1所示。一些G.fast供应商可能支持在美国市场上符合GR-1089-Core的更坚固的设计。
　　
　　GDT，TVS二极管阵列和保护晶闸管各有G.fast电路保护的优点和缺点：
　　
　　•GDT的优点包括浪涌电流额定值高达20kA，电容额定值低至1pF，具有0V偏压。它们通常用于主要保护，因为它们的高浪涌额定值，但它们对高频组件的低干扰有时使它们成为高速数据链路的可能性。但是它们对于G.fast应用也具有一些缺点，包括过高的初始电压阈值（这意味着当发生超过系统的正常工作电压的浪涌时，它们可能不能在足够低的阈值下激活以保护电路），GDT安装在黑暗地方时可以改变其性能特性，在电源故障期间将有相对较大的占地面积和热累积。
　　
　　•TVS二极管阵列是钳位型元件，提供低电压阈值导通值。然而，由于它们的钳位特性，它将会耗散更高的功率电平，因此必须在物理上实现与晶闸管部件的浪涌额定值类似的浪涌额定值。这种物理上较大的芯片封装将会导致更高的关态电容值，其可能与高带宽信令不兼容。
　　
　　•保护晶闸管可以被认为是没有栅极的晶闸管的PNPN元件。当它超过其峰值关态电压（VDRM）时，它将钳位瞬态电压到器件的开关电压（VS）额定值内。然后，一旦流过它的电流超过其开关电流，它将模拟短路条件。当流过它的电流小于其保持电流（IH）时，它将复位并返回到其高截止状态阻抗。下一代保护晶闸管的优点包括快速响应时间，稳定的电气特性，长期可靠性和低电容。并且因为它们是快速短路器件，电压的上下起浮不能造成它们损坏。
　　
　　在美国，电信公司在网络侧安装的设备的电路保护（例如，在容纳光网络终端单元的机柜中或在邻近的ONT）必须符合NEBS（网络设备构建系统）的设计指南，这反过来可能需要符合GR-1089第6端口类型3浪涌。[2]因为这些环路很短，所以端口类型可以被指定为类型3a/5a。每个提供商将定义自己的防雷要求。端口类型3是应对最严重的情况的这种类型的设备。有关端口类型的详细信息，请参阅表2。
　　
　　最新的保护晶闸管旨在保护电信设备在功能上满足GR-1089的高浪涌电平要求，只要它正确地位于变压器和DSL驱动器之间的电路中即可。变压器衰减浪涌。如果组件与入口点（通常为RJ11连接器）之间有足够的阻抗，例如在这些类型的应用中实现的高通滤波器，则组件也可以放置在变压器的线路侧。
　　
　　图3.G.fast信号的幅度远低于现有xDSL服务的幅度，因此保护晶闸管两端的变化电压也非常低。结果是电容的细微变化。在部件处于第三位置（如上所示）时，速率达到测试显示小于0.2dB的可接受损耗。
　　
　　G.fast的设计和全球标准
　　
　　当设计G.fast设备时，大多数企业想要设计将与全球标准兼容的电路。对于欧洲，亚洲，中东和一些南美国家等国际地区，设备必须符合表1所示建议中所述的基本或增强浪涌耐受水平。
　　
　　表1与G.fast设备设计相关的全球浪涌保护标准
　　
　　表2GR-1089包含用于防雷免疫的一级和二级建筑物间和建筑物内测试条件。具体的浪涌状况取决于端口类型。有关这些标准要求的更多信息，请参见Littelfuse免费提供的“以太网保护设计指南”。
　　
　　表2.GR-1089包含用于防雷免疫的一级和二级建筑物间和建筑物内测试条件
　　
　　G.fast设计人员最新保护晶闸管的优点
　　
　　最新一代的保护晶闸管为电路设计人员开发G.fast硬件提供了多种优势：
　　
　　•当正确集成到印刷电路板（PCB）布局中时，它为安装在客户端的G.fast调制解调器和位于光网络终端（ONT）单元中的G.fast驱动器提供雷电浪涌保护，光纤端接并且将信号转换为模拟信号。（参见图3中的线路驱动器参考设计。有关此参考设计的更多信息，请参见“G.fast线路驱动器三级过压保护应用简介”。
　　
　　•有助于保护各种电信设备满足GR-1089的高浪涌电平要求，最新的保护晶闸管可以防止信号衰减。这种能力归功于初始低断态电容（仅为2.0pF最大值）以及电容在电压摆幅上的极低变化，因此它避免了干扰稳态信号（电容中的变化解调DSL信号）。总之，极低的电容和超低的电容变化提供了G.fast服务的最大速率和覆盖能力。
　　
　　•通过提供各种过电压，它与G.fast功率谱密度（PSD）限制相兼容，但也可以用于与VDSL2向后兼容的G.fast芯片组。在这些情况下，许多线路驱动器将增加其输出电压范围以满足VDSL2PSD限制，如果它们“回退”到VDSL2模式。该新设计提供的较高的关态电压与VDSL2的典型高稳态电压兼容。
　　
　　•PCB信号衰减较低，因为SOT-23-6封装提供了简化板布局过程的流通设计。当PCB设计师布置电路板时，该组件允许设计人员保持PCB走线平行，并且消除了对短线连接的需要，-这两个条件都可能在线路上产生阻抗失配。
　　
　　•当雷电浪涌下降或跨越尖端和环对时，高浪涌额定值（最小30A）为G.fast调制解调器提供出色的保护。撬棍型元件将看起来像一个短路，将浪涌电流转向远离G.fast线路驱动器，防止它被损坏。一旦浪涌事件过去，晶闸管自动复位，调制解调器继续运行。15至16安培的浪涌额定值通常不能提供足够的保护，并且对于经历更严重暴露的G.fast应用（包括GR-1089第6版互连要求和ITUK20/21/45增强型外线建议。
　　
　　结论
　　
　　与目前GDT和TVS二极管阵列的优点和缺点相比，最新的保护晶闸管提供最先进的crow-barring干扰电路保护，结合G.fast技术，电信公司和他们的商业和住宅客户可以更快，更容易地访问云端。
　　
　　编辑：Harris