در سیستم EPON،OLTبه چندگانه متصل استONUs(واحدهای شبکه نوری) از طریق یک POS (شکاف نوری غیرفعال). به عنوان هسته EPON،OLTماژول های نوری مستقیماً بر عملکرد کل سیستم EPON 10G تأثیر می گذارند.
1. مقدمه ای بر 10G EPON متقارنOLTماژول نوری
10G EPON متقارنOLTماژول نوری از حالت‌های دریافت پیوسته بالا و پایین لینک استفاده می‌کند که عمدتاً برای تبدیل نوری / الکتریکی در سیستم‌های EPON 10G استفاده می‌شود.
بخش دریافت کننده شامل یک TIA (تقویت کننده ترانس امپدانس)، یک APD (فتودیود بهمنی) در 1270 / 1310 نانومتر و دو LA (تقویت کننده محدود کننده) با نرخ های 1.25 و 10.3125 گیگابیت بر ثانیه است.
انتهای فرستنده از یک EML 10G (لیزر مدولاسیون الکترو جذبی) و یک DFB 1.25 گیگابیت بر ثانیه (لیزر بازخورد توزیع شده) تشکیل شده است و طول موج های گسیلی آن به ترتیب 1577 و 1490 نانومتر است.
مدار محرک شامل یک مدار دیجیتال APC (کنترل خودکار قدرت نوری) و یک مدار TEC (جبران دما) برای حفظ طول موج انتشار لیزر 10G پایدار است. نظارت بر پارامترهای ارسال و دریافت توسط میکرو کامپیوتر تک تراشه طبق پروتکل SFF-8077iv4.5 اجرا می شود.
از آنجا که پایان دریافت ازOLTماژول نوری از دریافت پشت سر هم استفاده می کند، زمان تنظیم دریافت از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اگر زمان ته نشینی دریافت طولانی باشد، حساسیت را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد و حتی ممکن است باعث شود که دریافت پشت سر هم به درستی کار نکند. طبق الزامات پروتکل IEEE 802.3av، زمان ایجاد یک دریافت پشت سر هم 1.25 گیگابیت در ثانیه باید کمتر از 400 ns و حساسیت دریافت پشت سر هم کمتر از 29.78 دسی بل با نرخ خطای بیت 10-12 باشد. و 10.3125 گیگابیت بر ثانیه زمان تنظیم دریافت پشت سر هم باید کمتر از 800 ثانیه باشد و حساسیت دریافت پشت سر هم باید کمتر از 28.0 دسی بل با نرخ خطای بیت 10-3 باشد.
2.10G EPON متقارنOLTطراحی ماژول نوری
2.1 طرح طراحی
10G EPON متقارنOLTماژول نوری از یک تری پلکسر (ماژول سه طرفه تک فیبر)، انتقال، دریافت و نظارت تشکیل شده است. تری پلکسر شامل دو لیزر و یک آشکارساز است. نور ارسالی و نور دریافتی از طریق WDM (Multiplexer تقسیم طول موج) در دستگاه نوری ادغام می شوند تا به انتقال دو طرفه تک فیبر دست یابند. ساختار آن در شکل 1 نشان داده شده است.
قسمت فرستنده از دو لیزر تشکیل شده است که وظیفه اصلی آنها تبدیل سیگنال های الکتریکی 1G و 10G به سیگنال های نوری و حفظ پایداری توان نوری در حالت حلقه بسته از طریق مدار APC دیجیتال است. در همان زمان، ریز کامپیوتر تک تراشه، مقدار جریان مدولاسیون را کنترل می کند تا نسبت خاموشی مورد نیاز سیستم را به دست آورد. مدار TEC به مدار فرستنده 10G اضافه می شود که طول موج خروجی لیزر 10G را تا حد زیادی تثبیت می کند. قطعه دریافت کننده از APD برای تبدیل سیگنال نوری انفجاری شناسایی شده به سیگنال الکتریکی استفاده می کند و پس از تقویت و شکل دهی آن را به بیرون ارسال می کند. به منظور حصول اطمینان از اینکه حساسیت می تواند به محدوده ایده آل برسد، لازم است یک فشار بالا پایدار به APD در دماهای مختلف ارائه شود. کامپیوتر تک تراشه ای با کنترل مدار ولتاژ بالا APD به این هدف دست می یابد.
2.2 اجرای دریافت انفجاری با نرخ دوگانه
بخش دریافت کننده 10G EPON متقارن استOLTماژول نوری از روش دریافت پشت سر هم استفاده می کند. نیاز به دریافت سیگنال های انفجاری با دو نرخ مختلف 1.25 و 10.3125 گیگابیت بر ثانیه دارد که لازم است قسمت گیرنده بتواند سیگنال های نوری این دو نرخ مختلف را به خوبی تشخیص دهد تا سیگنال های الکتریکی خروجی پایدار را به دست آورد. دو طرح برای اجرای دریافت پشت سر هم نرخ دوگانه ازOLTماژول های نوری در اینجا پیشنهاد می شوند.
از آنجایی که سیگنال نوری ورودی از فناوری TDMA (دسترسی چندگانه تقسیم زمانی) استفاده می کند، ممکن است تنها یک نرخ انفجار نور به طور همزمان وجود داشته باشد. سیگنال ورودی را می توان در حوزه نوری از طریق یک تقسیم کننده نوری 1: 2 جدا کرد، مانند شکل 2 نشان داده شده است. یا فقط از یک آشکارساز پرسرعت برای تبدیل سیگنال های نوری 1G و 10G به سیگنال های الکتریکی ضعیف استفاده کنید و سپس دو سیگنال الکتریکی را جدا کنید. سیگنال هایی با نرخ های مختلف از طریق یک TIA پهنای باند بزرگتر، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است.
اولین طرحی که در شکل 2 نشان داده شده است، هنگام عبور نور از شکاف نوری 1: 2، تلفات درج معینی را به همراه خواهد داشت، که باید سیگنال نوری ورودی را تقویت کند، بنابراین یک تقویت کننده نوری در جلوی شکاف نوری نصب می شود. سپس سیگنال های نوری جدا شده توسط آشکارسازهایی با نرخ های مختلف در معرض تبدیل نوری / الکتریکی قرار می گیرند و در نهایت دو نوع خروجی سیگنال الکتریکی پایدار به دست می آیند. بزرگترین عیب این راه حل این است که از یک تقویت کننده نوری و یک تقسیم کننده نوری 1: 2 استفاده می شود و برای تبدیل سیگنال نوری به دو آشکارساز نیاز است که پیچیدگی اجرا را افزایش می دهد و هزینه را افزایش می دهد.
در طرح دوم نشان داده شده در شکل. 3، سیگنال نوری ورودی فقط باید از یک آشکارساز و یک TIA عبور کند تا در حوزه الکتریکی جدا شود. هسته اصلی این راه حل در انتخاب TIA نهفته است، که مستلزم آن است که TIA دارای پهنای باند 1 تا 10 گیگابیت بر ثانیه باشد و در عین حال TIA پاسخ سریعی در این پهنای باند داشته باشد. فقط از طریق پارامتر فعلی TIA می توان مقدار پاسخ را به سرعت دریافت کرد، حساسیت دریافت را می توان به خوبی تضمین کرد. این راه حل پیچیدگی اجرا را تا حد زیادی کاهش می دهد و هزینه ها را تحت کنترل نگه می دارد. در طراحی واقعی، ما به طور کلی طرح دوم را برای دستیابی به دریافت انفجار دوگانه انتخاب می کنیم.
2.3 طراحی مدار سخت افزاری در انتهای گیرنده
شکل 4 مدار سخت افزاری قسمت دریافت انفجار است. هنگامی که یک ورودی نوری انفجاری وجود دارد، APD سیگنال نوری را به یک سیگنال الکتریکی ضعیف تبدیل می کند و آن را به TIA ارسال می کند. سیگنال توسط TIA به یک سیگنال الکتریکی 10G یا 1G تقویت می شود. سیگنال الکتریکی 10G از طریق جفت مثبت TIA به LA 10G وارد می شود و سیگنال الکتریکی 1G از طریق جفت منفی TIA به LA 1G وارد می شود. خازن های C2 و C3 خازن های جفت کننده ای هستند که برای دستیابی به خروجی 10G و 1G AC-coupled استفاده می شوند. روش AC-coupled به این دلیل انتخاب شد که ساده تر از روش DC-coupled است.
با این حال، کوپلینگ AC دارای شارژ و دشارژ خازن است و سرعت پاسخ به سیگنال تحت تأثیر ثابت زمان شارژ و دشارژ است، یعنی سیگنال را نمی توان به موقع به آن پاسخ داد. این ویژگی مسلماً مقدار معینی از زمان ته نشینی دریافت را از دست می دهد، بنابراین مهم است که مقدار خازن کوپلینگ AC را انتخاب کنید. اگر یک خازن کوپلینگ کوچکتر انتخاب شود، زمان ته نشینی را می توان کوتاه کرد و سیگنال را توسطONUدر هر شکاف زمانی می توان به طور کامل بدون تاثیر بر اثر دریافت دریافت کرد زیرا زمان تسویه دریافت بسیار طولانی است و رسیدن شکاف زمانی بعدی.
با این حال، ظرفیت بسیار کم بر اثر کوپلینگ تأثیر می گذارد و پایداری دریافت را بسیار کاهش می دهد. ظرفیت بزرگتر می تواند لرزش سیستم را کاهش دهد و حساسیت انتهای گیرنده را بهبود بخشد. بنابراین، برای در نظر گرفتن زمان ته نشینی دریافت و حساسیت دریافت، باید خازن های کوپلینگ مناسب C2 و C3 انتخاب شوند. علاوه بر این، به منظور اطمینان از پایداری سیگنال الکتریکی ورودی، یک خازن کوپلینگ و یک مقاومت تطبیق با مقاومت 50Ω به ترمینال منفی LA متصل می شود.
مدار LVPECL (منطق کوپلینگ امیتر مثبت ولتاژ پایین) متشکل از مقاومت‌های R4 و R5 (R6 و R7) و منبع ولتاژ 2.0 ولت DC از طریق خروجی سیگنال دیفرانسیل توسط 10G (1G) LA. سیگنال الکتریکی
2.4 بخش راه اندازی
بخش فرستنده 10G EPON متقارن استOLTماژول نوری به طور عمده به دو قسمت انتقال 1.25 و 10G تقسیم می شود که به ترتیب سیگنال هایی با طول موج 1490 و 1577 نانومتر را به پایین لینک ارسال می کنند. با در نظر گرفتن بخش انتقال 10G به عنوان مثال، یک جفت سیگنال دیفرانسیل 10G وارد یک تراشه CDR (شکل دهی ساعت) می شود، به یک تراشه درایور 10G متصل می شود و در نهایت به صورت متفاوت به یک لیزر 10G وارد می شود. از آنجا که تغییر دما تأثیر زیادی بر طول موج انتشار لیزر خواهد داشت، به منظور تثبیت طول موج به سطح مورد نیاز پروتکل (پروتکل به 1575 تا 1580 نانومتر نیاز دارد)، جریان کاری مدار TEC باید تنظیم شود، بنابراین که بتوان طول موج خروجی را به خوبی کنترل کرد.
3. نتایج آزمون و تجزیه و تحلیل
شاخص های اصلی تست متقارن 10G EPONOLTماژول نوری شامل زمان تنظیم گیرنده، حساسیت گیرنده و نمودار چشمی انتقال است. تست های اختصاصی به شرح زیر است:
(1) زمان راه اندازی را دریافت کنید
در محیط کاری معمولی توان نوری انفجاری بالابرنده 0-24.0 dBm، سیگنال نوری ساطع شده از منبع نور انفجاری به عنوان نقطه شروع اندازه گیری استفاده می شود و ماژول یک سیگنال الکتریکی کامل را به عنوان نقطه پایان اندازه گیری دریافت و برقرار می کند، بدون توجه به تأخیر زمانی نور در فیبر آزمایشی. زمان تنظیم دریافت فوران 1G اندازه گیری شده 76.7 ns است که با استاندارد بین المللی <400 ns مطابقت دارد. زمان تنظیم دریافت پشت سر هم 10G 241.8 ns است که همچنین استاندارد بین المللی <800 ns را برآورده می کند.
3. نتایج آزمون و تجزیه و تحلیل
شاخص های اصلی تست متقارن 10G EPONOLTماژول نوری شامل زمان تنظیم گیرنده، حساسیت گیرنده و نمودار چشمی انتقال است. تست های اختصاصی به شرح زیر است:
(1) زمان راه اندازی را دریافت کنید
در محیط کاری معمولی توان نوری انفجاری بالابرنده 0-24.0 dBm، سیگنال نوری ساطع شده از منبع نور انفجاری به عنوان نقطه شروع اندازه گیری استفاده می شود و ماژول یک سیگنال الکتریکی کامل را به عنوان نقطه پایان اندازه گیری دریافت و برقرار می کند، بدون توجه به تأخیر زمانی نور در فیبر آزمایشی زمان تنظیم دریافت فوران 1G اندازه گیری شده 76.7 ns است که با استاندارد بین المللی <400 ns مطابقت دارد. زمان راه اندازی دریافت پشت سر هم 10G 241.8 ns است که همچنین با استاندارد بین المللی <800 ns مطابقت دارد.
