ในระบบ EPON นั้นโอแอลทีเชื่อมต่อกับหลาย ๆONU(หน่วยเครือข่ายออปติก) ผ่าน POS (ตัวแยกแสงแบบพาสซีฟ) เป็นแกนหลักของ EPONโอแอลทีโมดูลออปติคัลจะส่งผลโดยตรงต่อการทำงานของระบบ 10G EPON ทั้งหมด
1. ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับสมมาตร 10G EPONโอแอลทีโมดูลออปติคอล
10G EPON แบบสมมาตรโอแอลทีโมดูลออปติคัลใช้การรับอัปลิงค์ต่อเนื่องและโหมดการส่งข้อมูลต่อเนื่องดาวน์ลิงค์ ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการแปลงแสง / ไฟฟ้าในระบบ 10G EPON
ส่วนรับประกอบด้วย TIA (เครื่องขยายสัญญาณทรานส์อิมพีแดนซ์), APD (Avalanche Photodiode) ที่ 1270 / 1310nm และ LA สองตัว (จำกัดแอมพลิฟายเออร์) ที่อัตรา 1.25 และ 10.3125 Gbit / s
ส่วนปลายของการส่งสัญญาณประกอบด้วย 10G EML (เลเซอร์มอดูเลตการดูดซึมด้วยไฟฟ้า) และ 1.25 Gbit / s DFB (เลเซอร์ป้อนกลับแบบกระจาย) และความยาวคลื่นการปล่อยของมันคือ 1577 และ 1490 นาโนเมตร ตามลำดับ
วงจรขับเคลื่อนประกอบด้วยวงจร APC แบบดิจิทัล (การควบคุมพลังงานแสงอัตโนมัติ) และวงจร TEC (การชดเชยอุณหภูมิ) เพื่อรักษาความยาวคลื่นการปล่อยเลเซอร์ 10G ที่เสถียร การตรวจสอบพารามิเตอร์การส่งและรับจะดำเนินการโดยไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวตามโปรโตคอล SFF-8077iv4.5
เพราะการสิ้นสุดการรับของโอแอลทีโมดูลออปติคอลใช้การรับสัญญาณต่อเนื่อง เวลาตั้งค่าการรับสัญญาณมีความสำคัญอย่างยิ่ง หากระยะเวลาในการรับสัญญาณนาน จะส่งผลต่อความไวอย่างมาก และอาจทำให้การรับสัญญาณต่อเนื่องทำงานไม่ถูกต้องด้วยซ้ำ ตามข้อกำหนดของโปรโตคอล IEEE 802.3av เวลาในการสร้างของการรับสัญญาณต่อเนื่อง 1.25Gbit / s จะต้อง <400 ns และความไวในการรับสัญญาณต่อเนื่องจะต้องเป็น <-29.78 dBm โดยมีอัตราข้อผิดพลาดบิต 10-12 และ 10.3125 Gbit / s เวลาตั้งค่าการรับภาพต่อเนื่องต้องเป็น <800ns และความไวในการรับสัญญาณภาพต่อเนื่องต้องเป็น <-28.0 dBm โดยมีอัตราข้อผิดพลาดบิต 10-3
2.10G EPON สมมาตรโอแอลทีการออกแบบโมดูลแสง
2.1 รูปแบบการออกแบบ
10G EPON แบบสมมาตรโอแอลทีโมดูลออปติคอลประกอบด้วย triplexer (โมดูลสามทางไฟเบอร์เดี่ยว) การส่ง รับ และการตรวจสอบ Triplexer ประกอบด้วยเลเซอร์สองตัวและเครื่องตรวจจับ แสงที่ส่งและแสงที่ได้รับจะถูกรวมเข้ากับอุปกรณ์ออพติคัลผ่าน WDM (Wavelength Division Multiplexer) เพื่อให้เกิดการส่งผ่านไฟเบอร์เดี่ยวแบบสองทิศทาง โครงสร้างของมันถูกแสดงไว้ในรูปที่ 1
ส่วนส่งสัญญาณประกอบด้วยเลเซอร์สองตัว ซึ่งมีหน้าที่หลักในการแปลงสัญญาณไฟฟ้า 1G และ 10G ให้เป็นสัญญาณแสง ตามลำดับ และเพื่อรักษาเสถียรภาพของพลังงานแสงในสถานะวงปิดผ่านวงจร APC ดิจิทัล ในเวลาเดียวกัน ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวจะควบคุมขนาดของกระแสมอดูเลชั่นเพื่อให้ได้อัตราส่วนการสูญเสียที่ระบบต้องการ วงจร TEC ถูกเพิ่มเข้าไปในวงจรส่งสัญญาณ 10G ซึ่งทำให้ความยาวคลื่นเอาต์พุตของเลเซอร์ 10G มีความเสถียรอย่างมาก ส่วนรับสัญญาณใช้ APD ในการแปลงสัญญาณแสงที่ตรวจพบเป็นสัญญาณไฟฟ้า และส่งออกสัญญาณดังกล่าวหลังจากการขยายและการปรับรูปร่าง เพื่อให้แน่ใจว่าความไวสามารถเข้าถึงช่วงที่เหมาะสมที่สุด จำเป็นต้องสร้างแรงดันสูงที่มั่นคงให้กับ APD ที่อุณหภูมิต่างๆ คอมพิวเตอร์ชิปเดียวบรรลุเป้าหมายนี้โดยการควบคุมวงจรไฟฟ้าแรงสูง APD
2.2 การใช้งานการรับระเบิดแบบอัตราคู่
ส่วนรับของสมมาตร 10G EPONโอแอลทีโมดูลออปติคอลใช้วิธีการรับแบบต่อเนื่อง จำเป็นต้องรับสัญญาณระเบิดที่มีอัตราต่างกันสองอัตราคือ 1.25 และ 10.3125 Gbit/s ซึ่งต้องใช้ส่วนที่รับเพื่อให้สามารถแยกแยะสัญญาณแสงของอัตราที่แตกต่างกันทั้งสองนี้ได้ดีเพื่อให้ได้สัญญาณไฟฟ้าเอาท์พุตที่เสถียร สองแผนงานสำหรับการดำเนินการรับการระเบิดแบบอัตราคู่ของโอแอลทีมีการเสนอโมดูลออปติคอลที่นี่
เนื่องจากสัญญาณออปติคอลอินพุตใช้เทคโนโลยี TDMA (Time Division Multiple Access) จึงอาจมีแสงระเบิดเพียงอัตราเดียวในเวลาเดียวกัน สัญญาณอินพุตสามารถแยกออกจากโดเมนออปติคอลผ่านตัวแยกแสง 1: 2 เช่นดังแสดงในรูปที่ 2 หรือใช้เฉพาะเครื่องตรวจจับความเร็วสูงในการแปลงสัญญาณออปติคอล 1G และ 10G เป็นสัญญาณไฟฟ้าอ่อนแล้วแยกสัญญาณไฟฟ้าสองตัว สัญญาณที่มีอัตราต่างกันผ่านแบนด์วิธ TIA ที่ใหญ่กว่า ดังแสดงในรูปที่ 3
รูปแบบแรกที่แสดงในรูปที่ 2 จะทำให้สูญเสียการแทรกเมื่อแสงผ่านตัวแยกแสง 1: 2 ซึ่งจะต้องขยายสัญญาณแสงอินพุต ดังนั้นจึงติดตั้งเครื่องขยายสัญญาณแสงที่ด้านหน้าของตัวแยกแสง จากนั้นสัญญาณแสงที่แยกออกมาจะถูกแปลงด้วยแสง/ไฟฟ้าโดยตัวตรวจจับที่มีอัตราต่างกัน และสุดท้ายจะได้สัญญาณไฟฟ้าที่เสถียรสองชนิด ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดของโซลูชันนี้คือ มีการใช้เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลและตัวแยกแสง 1: 2 และจำเป็นต้องใช้เครื่องตรวจจับสองตัวในการแปลงสัญญาณแสง ซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อนในการใช้งานและเพิ่มต้นทุน
ในแผนผังที่สองที่แสดงไว้ในรูปที่ 3 สัญญาณแสงอินพุตจะต้องผ่านเครื่องตรวจจับและ TIA เท่านั้นเพื่อให้เกิดการแยกในโดเมนไฟฟ้า แกนหลักของโซลูชันนี้อยู่ที่การเลือก TIA ซึ่งต้องการให้ TIA มีแบนด์วิดท์ 1 ~ 10Gbit / s และในขณะเดียวกัน TIA ก็มีการตอบสนองที่รวดเร็วภายในแบนด์วิดท์นี้ ผ่านพารามิเตอร์ปัจจุบันของ TIA เท่านั้นที่สามารถรับค่าตอบสนองได้อย่างรวดเร็ว สามารถรับประกันความไวในการรับได้ดี โซลูชันนี้ช่วยลดความซับซ้อนในการใช้งานได้อย่างมากและควบคุมต้นทุนได้ ในการออกแบบจริง โดยทั่วไปเราเลือกรูปแบบที่สองเพื่อให้ได้รับการรับสัญญาณต่อเนื่องแบบอัตราคู่
2.3 การออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์ที่ส่วนรับ
รูปที่ 4 คือวงจรฮาร์ดแวร์ของชิ้นส่วนรับการระเบิด เมื่อมีอินพุตออปติคอลระเบิด APD จะแปลงสัญญาณออปติคัลเป็นสัญญาณไฟฟ้าอ่อนและส่งไปยัง TIA สัญญาณถูกขยายโดย TIA ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า 10G หรือ 1G สัญญาณไฟฟ้า 10G ถูกป้อนเข้าสู่ 10G LA ผ่านทางคัปปลิ้งเชิงบวกของ TIA และสัญญาณไฟฟ้า 1G ถูกป้อนเข้าสู่ 1G LA ผ่านการคัปปลิ้งเชิงลบของ TIA ตัวเก็บประจุ C2 และ C3 เป็นตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งที่ใช้เพื่อให้ได้เอาท์พุต AC คัปปลิ้งขนาด 10G และ 1G เลือกวิธี AC-ควบคู่เนื่องจากง่ายกว่าวิธี DC-ควบคู่
อย่างไรก็ตาม ข้อต่อ AC มีประจุและคายประจุของตัวเก็บประจุ และความเร็วในการตอบสนองต่อสัญญาณจะได้รับผลกระทบจากค่าคงที่เวลาประจุและคายประจุ นั่นคือ สัญญาณไม่สามารถตอบสนองได้ทันเวลา คุณลักษณะนี้จะทำให้เวลาในการรับสัญญาณลดลง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องเลือกว่าตัวเก็บประจุคัปปลิ้ง AC มีขนาดใหญ่เพียงใด หากเลือกตัวเก็บประจุคัปปลิ้งที่มีขนาดเล็กลง เวลาในการปักหลักจะลดลง และสัญญาณที่ส่งโดยสอทในแต่ละช่วงเวลาสามารถรับได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่กระทบต่อผลการรับสัญญาณ เนื่องจากเวลาการรับสัญญาณนานเกินไปและการมาถึงของช่วงเวลาถัดไป
อย่างไรก็ตาม ความจุที่น้อยเกินไปจะส่งผลต่อเอฟเฟกต์การเชื่อมต่อ และลดความเสถียรของการรับสัญญาณอย่างมาก ความจุที่มากขึ้นสามารถลดการกระวนกระวายใจของระบบและปรับปรุงความไวของจุดรับได้ ดังนั้น เพื่อที่จะคำนึงถึงเวลาการรับสัญญาณและความไวในการรับสัญญาณ จำเป็นต้องเลือกตัวเก็บประจุคัปปลิ้ง C2 และ C3 ที่เหมาะสม นอกจากนี้ เพื่อให้มั่นใจในเสถียรภาพของสัญญาณไฟฟ้าอินพุต ตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งและตัวต้านทานที่ตรงกันซึ่งมีความต้านทาน 50Ω จึงเชื่อมต่อกับขั้วลบของ LA
วงจร LVPECL (ลอจิกข้อต่อตัวส่งสัญญาณบวกแรงดันต่ำ) ประกอบด้วยตัวต้านทาน R4 และ R5 (R6 และ R7) และแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า 2.0 V DC ผ่านเอาต์พุตสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล 10G (1G) LA สัญญาณไฟฟ้า
2.4 ส่วนการเปิดตัว
ส่วนส่งสัญญาณของสมมาตร 10G EPONโอแอลทีโมดูลออปติคัลส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองส่วนของการส่งสัญญาณ 1.25 และ 10G ซึ่งจะส่งสัญญาณที่มีความยาวคลื่น 1490 และ 1577 นาโนเมตรตามลำดับไปยังดาวน์ลิงค์ ยกตัวอย่างส่วนที่ส่งสัญญาณ 10G โดยสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล 10G คู่หนึ่งจะเข้าสู่ชิป CDR (Clock Shaping) จากนั้นเชื่อมต่อ AC คู่กับชิปไดรเวอร์ 10G และสุดท้ายจะถูกอินพุตที่แตกต่างกันลงในเลเซอร์ 10G เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะมีอิทธิพลอย่างมากต่อความยาวคลื่นที่ปล่อยเลเซอร์ เพื่อรักษาความยาวคลื่นให้อยู่ในระดับที่โปรโตคอลต้องการ (โปรโตคอลต้องใช้ 1575 ~ 1580 นาโนเมตร) จึงต้องปรับกระแสการทำงานของวงจร TEC ดังนั้น สามารถควบคุมความยาวคลื่นเอาต์พุตได้ดี
3. ผลการทดสอบและการวิเคราะห์
ตัวบ่งชี้การทดสอบหลักของสมมาตร 10G EPONโอแอลทีโมดูลออปติคอลประกอบด้วยเวลาการตั้งค่าตัวรับ ความไวของตัวรับ และแผนภาพตาของการส่ง การทดสอบเฉพาะมีดังนี้:
(1) รับเวลาการตั้งค่า
ภายใต้สภาพแวดล้อมการทำงานปกติของกำลังแสงระเบิดอัปลิงค์ที่ -24.0 dBm สัญญาณแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงที่ระเบิดจะถูกใช้เป็นจุดเริ่มต้นการวัด และโมดูลจะรับและสร้างสัญญาณไฟฟ้าที่สมบูรณ์เป็นจุดสิ้นสุดของการวัด โดยไม่สนใจ การหน่วงเวลาของแสงในไฟเบอร์ทดสอบ เวลาในการตั้งค่าการรับสัญญาณระเบิด 1G ที่วัดได้คือ 76.7 ns ซึ่งตรงตามมาตรฐานสากลที่ <400 ns; เวลาตั้งค่าการรับสัญญาณต่อเนื่อง 10G คือ 241.8 ns ซึ่งตรงตามมาตรฐานสากลที่ <800 ns
3. ผลการทดสอบและการวิเคราะห์
ตัวบ่งชี้การทดสอบหลักของสมมาตร 10G EPONโอแอลทีโมดูลออปติคอลประกอบด้วยเวลาการตั้งค่าตัวรับ ความไวของตัวรับ และแผนภาพตาของการส่ง การทดสอบเฉพาะมีดังนี้:
(1) รับเวลาการตั้งค่า
ภายใต้สภาพแวดล้อมการทำงานปกติของกำลังแสงระเบิดอัปลิงค์ที่ -24.0 dBm สัญญาณแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงที่ระเบิดจะถูกใช้เป็นจุดเริ่มต้นการวัด และโมดูลจะรับและสร้างสัญญาณไฟฟ้าที่สมบูรณ์เป็นจุดสิ้นสุดของการวัด โดยไม่สนใจ การหน่วงเวลาของแสงในเส้นใยทดสอบ เวลาตั้งค่าการรับสัญญาณต่อเนื่อง 1G ที่วัดได้คือ 76.7 ns ซึ่งตรงตามมาตรฐานสากลที่ <400 ns เวลาตั้งค่าการรับสัญญาณต่อเนื่อง 10G คือ 241.8 ns ซึ่งตรงตามมาตรฐานสากลที่ <800 ns
