Protezione nella comunicazione

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Le informazioni digitali vengono sempre più archiviate nel Cloud per consentirne l’accesso da qualsiasi luogo. Di conseguenza, mai come oggi è importante garantire un accesso veloce, affidabile e sicuro a queste informazioni. Per rimanere competitivi, i fornitori di servizi telefonici hanno bisogno di strumenti che permettano di offrire ai clienti connettività vocale, dati, video e Internet a costi contenuti. Le reti in fibra ottica hanno iniziato a portare la connettività ad alta velocità nei quartieri del Paese, ma per permettere ai fornitori di telecomunicazioni di raggiungere il domicilio del cliente hanno bisogno di sfruttare il cablaggio in rame già esistente. Sarà necessario l’utilizzo della tecnologia G.fast che consente di ottenere velocità di accesso confrontabili alla fibra, man mano che i fornitori di telecomunicazioni procedono con la messa in esercizio delle loro reti in fibra. La tecnologia G.fast rende possibile la connettività economica ad alta velocità: l’azienda di telecomunicazioni installa la fibra ottica fino a un terminale remoto, poi si dirama attraverso il quartiere fino all’ultimo miglio del domicilio del cliente utilizzando un’infrastruttura di cavi in rame già esistenti. La tecnologia G.fast usa una larghezza di banda a frequenza molto ampia (fino a 106 MHz, con la possibilità di raggiungere i 212 MHz) per fornire voce/dati/video/Internet. Possiede una velocità di trasferimento dati specifica di 1 Gbps su 100 metri per un singolo cavo a doppino intrecciato (24 Awg/0,5 mm); continui miglioramenti alla tecnologia offrono una velocità di dati ancora maggiore, rendendo il potenziale di G.fast ancora più promettente.

Ampia larghezza di banda e protezione dei circuiti

Per le linee ad ampia larghezza di banda come G.fast, la capacità creata da qualsiasi componente di protezione dei circuiti posizionato sulla linea ha il potenziale di degradare il segnale, riducendone così la velocità e la portata. Tuttavia, i modem e i circuiti G.fast del nodo non possono essere lasciati senza protezione dalle sovratensioni causate dai fulmini. Sebbene i progettisti del Customer Premises Equipment abbiano a disposizione tre opzioni di protezione dei circuiti di base (tubi a scarica di gas, array di protezione al silicio, soppressori di tensione transitoria e tiristori di protezione) qualsiasi cosa scelgano, deve consentire al loro design di rispettare i requisiti minimi di sovratensione di Tia-968B. Negli Usa, questo è obbligatorio per qualsiasi apparecchiatura di comunicazione che si collega alla rete telefonica pubblica.

Tre scelte di protezione

I tubi a scarica di gas, gli array di protezione al silicio dei Tvs e i tiristori di protezione hanno tutti vantaggi e svantaggi per le applicazioni della protezione dei circuiti G.fast: I vantaggi dei tubi a scarica di gas includono alti valori nominali della corrente di sovratensione pari a 20 kA e bassi valori nominali di capacità pari a 1 pF con un bias di 0 V. Vengono utilizzati solitamente per la protezione principale a causa del loro alto valore nominale di sovratensione, ma la loro bassa interferenza su componenti ad alta frequenza, a volte, li rende adatti per collegamenti dati ad alta velocità. Tuttavia, presentano svantaggi molto rilevanti per le applicazioni G.fast, tra cui un’accensione iniziale troppo elevata sulla soglia di tensione e problemi di accumulo termico durante la mancanza di alimentazione. Gli array di protezione al silicio dei Tvs sono componenti di bloccaggio che permettono di portare i valori della soglia di tensione a un basso voltaggio. Tuttavia, dissipano livelli di potenza più elevati e quindi devono essere fisicamente più grandi per raggiungere valori nominali di sovratensione simili ai componenti tiristori del circuito crowbar. Questo pacchetto in silicio fisicamente più grande produce maggiori valori di capacità in stato disattivato che potrebbero essere incompatibili con il segnale ad ampia larghezza di banda. Un tiristore di protezione SIDACtor è un componente Pnpn che può essere paragonato a un tiristore senza porta. Quando viene superata la sua tensione di picco in stato disattivato, bloccha una tensione transitoria all’interno del valore nominale della tensione di commutazione del componente. Quindi, quando la corrente che fluisce attraverso esso supera la sua corrente di commutazione, entra in protezione e simula un cortocircuito. Quando la corrente che fluisce attraverso esso è minore della sua corrente di mantenimento, si azzera e ritorna alla sua elevata impedenza in stato disattivato. I vantaggi dei tiristori di protezione SIDACtor sono un tempo di risposta ridotto, caratteristiche elettriche stabili, affidabilità a lungo termine e bassa capacità in stato disattivato. E dato che sono componenti crowbar, non possono essere danneggiati dalla tensione.

Proteggere con i tiristori

L’ultima generazione di tiristori di protezione SIDACtor di Littelfuse offre una serie di vantaggi. Se viene incorporato correttamente nel layout del Pcb, fornisce una protezione da sovratensione da fulmini sia per i modem sia per i driver G.fast. Questo nuovo design è utile anche per proteggere una serie di apparecchiature di telecomunicazione dai requisiti ad alto livello di sovratensione della funzionalità GR-1089. Previene la degradazione del segnale causato dalla sua bassa capacità iniziale in stato disattivato (solo max 2.0 pF rispetto a max 3.0 o 5.0 pF per altri prodotti presenti sul mercato) e la sua bassissima variabilità di capacità sulle oscillazioni di tensione, in modo da non interferire con i segnali di stato stazionario. Insieme, la bassissima capacità e la ridottissima variazione nella capacità consentono livelli massimi di velocità e capacità ai servizi G.fast. Poiché questo nuovo design di tiristori offre diverse tensioni di non intervento, esso è compatibile con i limiti della densità spettrale di potenza G.fast, ma può anche essere utilizzato nelle versioni precedenti dei chipset G.fast compatibili con Vdsl2. In questi casi, molti dei driver di linea aumenteranno il loro intervallo di tensione in uscita per soddisfare i limiti della densità spettrale di potenza della Vdsl2 se “ritornano” a una modalità Vdsl2. Le tensioni di non intervento più elevate offerte da questo nuovo design sono compatibili con le tensioni di stato stazionario più elevate solitamente usate per Vdsl2. Il nuovo design di tiristori fornisce anche un elevato valore nominale di sovratensione (minimo 30 A) per garantire un’eccellente protezione al modem G.fast quando una sovratensione causata dai fulmini scende o attraversa la coppia di fili T/R. Il tipo di componente del circuito crowbar sarà simile a un corto circuito che devia la corrente di sovratensione lontano dal driver di linea G.fast, impedendogli di venire danneggiato. Il tiristore si azzera automaticamente quando finisce la sovratensione e l’applicazione continua a funzionare. La maggior parte delle soluzioni industriali offre solo valori nominali di sovratensione da 15 a 16 A. Il nuovo valore nominale della corrente di sovratensione di picco risulta sufficiente anche per le applicazioni G.fast in condizioni di massima esposizione, compresi i requisiti GR-1089, N. 6 tra edifici e le raccomandazioni ampliate relative ai livelli Itu K20/21/45.

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