Gasableiter zum Schutz von VDSL-Geräten und xDSL-Splittern (unvollständig)

Aufgrund ihres guten Schaltverhaltens und ihrer genau definierten Kippspannung eignen sich Gasableiter (Gas Discharge Tubes, GDT) etwa für MDF-Module (Main Distribution Frame), Telekommunikationsanwendungen mit hoher Datenrate (z.B. VDSL und xDSL) oder für den Stoßstrom-Schutz bei Stromschienen. Gemeinsam mit PPTCs und Thyristoren können GDTs dem Gerätehersteller in einem koordinierten Schutzkonzept helfen, auch die strengsten Vorschriften zu erfüllen.

Aufgrund ihres guten Schaltverhaltens und ihrer genau definierten Kippspannung eignen sich Gasableiter (Gas Discharge Tubes, GDT) etwa für MDF-Module (Main Distribution Frame), Telekommunikationsanwendungen mit hoher Datenrate (z.B. VDSL und xDSL) oder für den Stoßstrom-Schutz bei Stromschienen. Gemeinsam mit PPTCs und Thyristoren können GDTs dem Gerätehersteller in einem koordinierten Schutzkonzept helfen, auch die strengsten Vorschriften zu erfüllen.

Von Matthew Williams

Telecomsysteme müssen Stoßspannungen und Stromversorgungs-Fehler entsprechend der betreffenden Standards schadlos überstehen. Eine solche Fehlertoleranz lässt sich durch die Bereitstellung von Schutzfunktionen entweder dezentral, direkt an den Geräte-Anschlüssen oder als Kombination von beiden erzielen. Darüber hinaus lässt sich ein Stromschutz auch durch eine robustere Auslegung der Geräte erzielen.

Bei der Konzeption einer Schutzbeschaltung ist es entscheidend, das gesamte System zu berücksichtigen. Zur Kostensenkung kann man den Umfang des Schutzkonzeptes verringern; zum Ausgleich muss man dann allerdings andere Komponenten robuster gestalten. Dabei können die Kosten für die Verbesserung der Zuverlässigkeit nachfolgend angeschlossener Komponenten größer sein als die Einsparungen, die mit einer weniger robusten Schutzfunktion erreicht werden können. Mit einem guten Design lassen sich solche Kompromisse optimieren.

Überlegungen zum Schutz von VDSL-Schaltungen

Die VDSL-Technologie (Very-highspeed Digital Subscriber Line) ermöglicht eine Bereitstellung von Informationen bis 52 Mbit/s. Im normalen VDSL-Einsatz verwendet man ein Frequenzspektrum bis 12 MHz, während VDSL2 optional bis zu 30 MHz nutzt.

Die VDSL-Leistungsparameter sind abhängig von der Entfernung zwischen dem Dienstanbieter und den Endkunden-Geräten sowie vom Zustand der bestehenden Kupfer-Infrastruktur innerhalb und außerhalb der Vermittlungsstelle. Je nach Leitungszustand kann VDSL unterschiedliche Bitraten und Dienste mit hoher Bandbreite über die Kupfer-Leitungspaare unterstützen – zum Beispiel einen Kanal mit HDTV-Programmen.

Da die VDSL-Geräte an die Kupfer-Infrastruktur des PSTN-Telefonnetzes (Public Switched Telephone Network) angeschlossen sind, sind die Geräte möglichen Gefahren durch Überstrom und Überspannung aus Wechselstromnetzen, Induktion über Stromversorgungsleitungen und Spannungsanstiegen aufgrund von Blitzschlag ausgesetzt. Sie führen also unter Umständen zu Geräteausfällen, die man mit einem rücksetzbaren PPTC-Überstrom-Schutzbaustein (Polymeric Positive Temperature Coefficient) zusammen mit Überspannungs-Schutzbausteinen wie Gasableitern (Gas Discharge Tubes, GDTs) und Thyristoren wirksam eindämmen kann.

Einfüge- und Reflexionsdämpfung verschiedener Schutzbauteile

Die Zunahme des VDSL-Signalspektrums von 10 MHz auf 30 MHz stellt VDSL-Systementwickler vor neue Herausforderungen. Die wichtigsten Probleme sind die Verringerung der Einfüge- und Reflexionsdämpfung sowie Einflüsse auf die Reichweite und die Taktraten bei Hochgeschwindigkeits-Anwendungen.

Im oberen Bereich des VDSL-Frequenzspektrums wird die Kapazität von Überspannungs-Schutzbauelementen zum Problem, weil die eingesetzten Schutzkomponenten zumeist eine höhere Einfügedämpfung besitzen. Bei Tests im Hause Tyco Electronics zeigte sich, dass sich Thyristoren und GDTs mit niedriger Kapazität gut für Schaltungen mit hoher Datenrate eignen – zum Beispiel in VDSL-Anwendungen.

Bild 1 zeigt die kapazitiven Auswirkungen verschiedener Überspannungsschutz-Konfigurationen auf die Einfügedämpfung: GDTs (1 pF) verfügen über die geringste Einfügedämpfung; normale 50-A-Thyristoren (15 pF bei 50 V(DC) Vorspannung) und 100-A-TVB-Bausteine (20 pF bei 50 V(DC) Vorspannung) warten mit einer geringfügig schlechteren Einfügedämpfung auf. Die auf dem Testdiagramm abgebildeten Module bestehen entweder aus einem dreipoligen 230-V-GDT oder zwei in Serie geschalteten 270-V-SiBar-Thyristoren, die jeweils mit zwei 30 cm langen Cat-5e-Twisted-Pair-Kabeln verbunden sind.

Die Einfügedämpfungs-Messungen wurden mit einem Vektor-Netzwerkanalysator 8753ES von Agilent mit zwei 0301BB-50:100-Ω-Breitbandübertragern durchgeführt. Die Übertrager dienen zur Einfügedämpfungsmessung der Module in einem Umfeld mit 100-Ω-Impedanz, was der Leitungsimpedanz im VDSL-Frequenzspektrum entspricht. Die Kapazität bei 1 MHz ohne Vorspannung wurde mit einem HP-4195-Niederfrequenz-Impedanzanalysator gemessen.