I EPON-systemet erOLTer forbundet til flereONU'er(optiske netværksenheder) gennem en POS (passiv optisk splitter). Som kernen i EPON,OLToptiske moduler vil direkte påvirke driften af hele 10G EPON-systemet.
1.Introduktion til 10G EPON symmetriskOLToptisk modul
10G EPON symmetriskOLToptisk modul bruger uplink burst modtagelse og downlink kontinuerlig transmission modes, som hovedsageligt bruges til optisk / elektrisk konvertering i 10G EPON systemer.
Modtagerdelen består af en TIA (transimpedansforstærker), en APD (Avalanche Photodiode) ved 1270 / 1310nm og to LA (begrænsende forstærkere) ved 1,25 og 10,3125 Gbit/s hastigheder.
Sendeenden er sammensat af en 10G EML (elektroabsorptionsmodulationslaser) og en 1,25 Gbit/s DFB (distribueret feedbacklaser), og dens emissionsbølgelængder er henholdsvis 1577 og 1490nm.
Drivkredsløbet inkluderer et digitalt APC (Automatic Optical Power Control) kredsløb og et TEC (Temperature Compensation) kredsløb til at opretholde en stabil 10G laseremissionsbølgelængde. Overvågningen af sende- og modtageparametre implementeres af mikrocomputeren med en enkelt chip i henhold til SFF-8077iv4.5-protokollen.
Fordi den modtagende ende afOLToptisk modul bruger burst-modtagelse, er opsætningstiden for modtagelsen særlig vigtig. Hvis indstillingstiden for modtagelsen er lang, vil det i høj grad påvirke følsomheden og kan endda medføre, at burstmodtagelsen ikke fungerer korrekt. I henhold til kravene i IEEE 802.3av-protokollen skal etableringstiden for en 1,25Gbit/s burstmodtagelse være <400 ns, og burstmodtagelsesfølsomheden skal være <-29,78 dBm med en bitfejlrate på 10-12; og 10,3125 Gbit/s Burst-modtagelsesopsætningstiden skal være <800ns, og burst-modtagelsesfølsomheden skal være <-28,0 dBm med en bitfejlrate på 10-3.
2.10G EPON symmetriskOLToptisk modul design
2.1 Designskema
10G EPON symmetriskOLToptisk modul er sammensat af en triplexer (enkeltfiber tre-vejs modul), der sender, modtager og overvåger. Triplexeren inkluderer to lasere og en detektor. Det transmitterede lys og det modtagne lys er integreret i den optiske enhed gennem WDM (Wavelength Division Multiplexer) for at opnå enkeltfiber tovejstransmission. Dens struktur er vist i figur 1.
Sendedelen består af to lasere, hvis hovedfunktion er at omdanne 1G og 10G elektriske signaler til henholdsvis optiske signaler og at opretholde den optiske effektstabilitet i en lukket sløjfetilstand gennem et digitalt APC-kredsløb. Samtidig styrer single-chip mikrocomputeren størrelsen af modulationsstrømmen for at opnå det ekstinktionsforhold, der kræves af systemet. TEC-kredsløbet føjes til 10G-sendekredsløbet, som i høj grad stabiliserer output-bølgelængden af 10G-laseren. Den modtagende del bruger APD til at konvertere det detekterede optiske burst-signal til et elektrisk signal og udsender det efter forstærkning og formning. For at sikre, at følsomheden kan nå det ideelle område, er det nødvendigt at levere et stabilt højtryk til APD'en ved forskellige temperaturer. One-chip computeren opnår dette mål ved at styre APD højspændingskredsløbet.
2.2 Implementering af dual-rate burst-modtagelse
Den modtagende del af 10G EPON symmetriskOLToptisk modul bruger en burst-modtagelsesmetode. Den skal modtage burst-signaler med to forskellige hastigheder på 1,25 og 10,3125 Gbit/s, hvilket kræver, at den modtagende del er i stand til at skelne de optiske signaler af disse to forskellige hastigheder godt for at opnå stabile elektriske udgangssignaler. To ordninger til implementering af dual-rate burst-modtagelse afOLToptiske moduler foreslås her.
Fordi det optiske inputsignal anvender TDMA (Time Division Multiple Access) teknologi, kan der kun eksistere én hastighed af burstlys på samme tid. Indgangssignalet kan adskilles i det optiske domæne gennem en 1:2 optisk splitter, som vist i figur 2. Eller brug kun en højhastighedsdetektor til at konvertere 1G og 10G optiske signaler til svage elektriske signaler og derefter adskille to elektriske signaler signaler med forskellige hastigheder gennem en større båndbredde TIA, som vist i figur 3.
Det første skema vist i figur 2 vil medføre et vist indsættelsestab, når lyset passerer gennem den 1:2 optiske splitter, som skal forstærke det optiske inputsignal, så en optisk forstærker er installeret foran den optiske splitter. De adskilte optiske signaler udsættes derefter for optisk/elektrisk konvertering af detektorer med forskellige hastigheder, og til sidst opnås to slags stabile elektriske signaludgange. Den største ulempe ved denne løsning er, at der bruges en optisk forstærker og en 1:2 optisk splitter, og to detektorer er nødvendige for at konvertere det optiske signal, hvilket øger kompleksiteten af implementeringen og øger omkostningerne.
I det andet skema vist i fig. 3, behøver det optiske inputsignal kun at passere gennem en detektor og en TIA for at opnå adskillelse i det elektriske domæne. Kernen i denne løsning ligger i valget af TIA, som kræver, at TIA har en båndbredde på 1 ~ 10Gbit/s, og samtidig har TIA hurtig respons indenfor denne båndbredde. Kun gennem den aktuelle parameter for TIA kan få svarværdien hurtigt, modtagefølsomheden kan godt garanteres. Denne løsning reducerer implementeringens kompleksitet betydeligt og holder omkostningerne under kontrol. I det faktiske design vælger vi generelt den anden ordning for at opnå dual-rate burst-modtagelse.
2.3 Design af hardwarekredsløbet i den modtagende ende
Fig. 4 er hardwarekredsløbet for den burstmodtagende del. Når der er et burst optisk input, konverterer APD'en det optiske signal til et svagt elektrisk signal og sender det til TIA. Signalet forstærkes af TIA til et 10G eller 1G elektrisk signal. Det elektriske 10G-signal indlæses til 10G LA'en gennem den positive kobling af TIA'en, og det elektriske 1G-signal indlæses til 1G LA'en gennem TIA'ens negative kobling. Kondensatorer C2 og C3 er koblingskondensatorer, der bruges til at opnå 10G og 1G AC-koblet output. Den AC-koblede metode blev valgt, fordi den er enklere end den DC-koblede metode.
AC-koblingen har imidlertid kondensatorens ladning og afladning, og reaktionshastigheden på signalet påvirkes af opladnings- og afladningstidskonstanten, det vil sige, at signalet ikke kan reageres i tide. Denne funktion er forpligtet til at miste en vis mængde af modtageindstillingstid, så det er vigtigt at vælge, hvor stor AC-koblingskondensatoren er. Hvis en mindre koblingskondensator vælges, kan indstillingstiden forkortes, og signalet transmitteres afONUi hvert tidsvindue kan modtages fuldstændigt uden at påvirke modtageeffekten, fordi modtageindstillingstiden er for lang og ankomsten af det næste tidsrum.
For lille kapacitans vil dog påvirke koblingseffekten og i høj grad reducere modtagelsesstabiliteten. Større kapacitans kan reducere systemjitter og forbedre følsomheden af den modtagende ende. Derfor skal de passende koblingskondensatorer C2 og C3 vælges for at tage hensyn til modtageindstillingstiden og modtagefølsomheden. For at sikre stabiliteten af det elektriske inputsignal er der desuden forbundet en koblingskondensator og en matchende modstand med en modstand på 50Ω til den negative terminal på LA.
LVPECL (Low Voltage Positive Emitter Coupling Logic) kredsløb sammensat af modstande R4 og R5 (R6 og R7) og en 2,0 V DC spændingskilde gennem differentialsignalet udsendt af 10G (1G) LA. elektrisk signal.
2.4 Startsektion
Den transmitterende del af 10G EPON symmetriskOLToptisk modul er hovedsageligt opdelt i to dele af 1,25 og 10G transmittering, som henholdsvis sender signaler med en bølgelængde på 1490 og 1577 nm til downlinket. Tager man 10G-transmissionsdelen som et eksempel, kommer et par 10G-differentiale signaler ind i en CDR (Clock Shaping)-chip, er AC-koblet til en 10G-driverchip og til sidst input differentielt i en 10G-laser. Fordi temperaturændringen vil have stor indflydelse på laseremissionsbølgelængden, for at stabilisere bølgelængden til det niveau, der kræves af protokollen (protokollen kræver 1575 ~ 1580nm), skal arbejdsstrømmen af TEC-kredsløbet justeres, så at udgangsbølgelængden godt kan kontrolleres.
3. Testresultater og analyse
De vigtigste testindikatorer for 10G EPON symmetriskOLToptisk modul inkluderer modtagerens opsætningstid, modtagerens følsomhed og transmitteringsøjediagram. De specifikke tests er som følger:
(1) Modtag opsætningstid
Under det normale arbejdsmiljø med uplink burst optisk effekt på -24,0 dBm, bruges det optiske signal, der udsendes af burst lyskilden som målestartpunkt, og modulet modtager og etablerer et komplet elektrisk signal som målingens slutpunkt og ignorerer tidsforsinkelse af lys i testfiberen. Den målte 1G burst modtagelse opsætningstid er 76,7 ns, hvilket opfylder den internationale standard på <400 ns; opsætningstiden for 10G burst-modtagelse er 241,8 ns, hvilket også opfylder den internationale standard på <800 ns.
3. Testresultater og analyse
De vigtigste testindikatorer for 10G EPON symmetriskOLToptisk modul inkluderer modtagerens opsætningstid, modtagerens følsomhed og transmitteringsøjediagram. De specifikke tests er som følger:
(1) Modtag opsætningstid
Under det normale arbejdsmiljø med uplink burst optisk effekt på -24,0 dBm, bruges det optiske signal, der udsendes af burst lyskilden som målestartpunkt, og modulet modtager og etablerer et komplet elektrisk signal som målingens slutpunkt og ignorerer tidsforsinkelse af lys i testfiberen. Den målte 1G burst modtagelse opsætningstid er 76,7 ns, hvilket opfylder den internationale standard på <400 ns; opsætningstiden for 10G burst-modtagelse er 241,8 ns, hvilket også opfylder den internationale standard på <800 ns.
