في نظام EPON، يتم توصيل OLT بعدة وحدات ONU (وحدات الشبكة الضوئية) من خلال POS (المقسم البصري السلبي).باعتبارها جوهر EPON، ستؤثر الوحدات الضوئية OLT بشكل مباشر على تشغيل نظام 10G EPON بأكمله.
1. مقدمة إلى الوحدة الضوئية OLT المتناظرة 10G EPON
تستخدم الوحدة الضوئية OLT المتناظرة 10G EPON استقبال رشقات الوصلة الصاعدة وأوضاع النقل المستمر للوصلة الهابطة، والتي تستخدم بشكل أساسي للتحويل البصري/الكهربائي في أنظمة 10G EPON.
يتكون الجزء المستقبل من TIA (مضخم المعاوقة)، وAPD (Avalanche Photodiode) بسرعة 1270/1310 نانومتر، واثنين من LA (مكبرات الصوت المحدودة) بمعدلات 1.25 و10.3125 جيجابت/ثانية.
يتكون طرف الإرسال من 10G EML (ليزر تعديل الامتصاص الكهربائي) و1.25 جيجابت/ثانية DFB (ليزر ردود الفعل الموزعة)، ويبلغ طول موجات الانبعاث 1577 و1490 نانومتر، على التوالي.
تشتمل دائرة القيادة على دائرة APC رقمية (تحكم بصري تلقائي في الطاقة) ودائرة TEC (تعويض درجة الحرارة) للحفاظ على طول موجة ثابت لانبعاث الليزر 10G.يتم تنفيذ مراقبة معلمات الإرسال والاستقبال بواسطة كمبيوتر صغير ذو شريحة واحدة وفقًا لبروتوكول SFF-8077iv4.5.
نظرًا لأن الطرف المتلقي للوحدة البصرية OLT يستخدم الاستقبال المتتابع، فإن وقت إعداد الاستقبال مهم بشكل خاص.إذا كان وقت استقرار الاستقبال طويلاً، فسيؤثر ذلك بشكل كبير على الحساسية، بل وقد يتسبب في عدم عمل استقبال الدفقات بشكل صحيح.وفقًا لمتطلبات بروتوكول IEEE 802.3av، يجب أن يكون وقت إنشاء استقبال رشقات 1.25 جيجابت / ثانية أقل من 400 ns، ويجب أن تكون حساسية استقبال الرشقات <-29.78 ديسيبل ميلي واط مع معدل خطأ بت 10-12؛و10.3125 جيجابت/ثانية. يجب أن يكون وقت إعداد استقبال الرشقات <800ns، ويجب أن تكون حساسية استقبال الرشقات <-28.0 ديسيبل ميلي واط مع معدل خطأ بت قدره 3-10.
2.10G EPON تصميم وحدة بصرية OLT متناظرة
2.1 مخطط التصميم
تتكون الوحدة الضوئية OLT المتناظرة 10G EPON من وحدة ثلاثية (وحدة ثلاثية الألياف أحادية الاتجاه)، للإرسال والاستقبال والمراقبة.يشتمل جهاز Triplexer على جهازي ليزر وكاشف.يتم دمج الضوء المرسل والضوء المستقبل في الجهاز البصري من خلال WDM (مضاعف تقسيم الطول الموجي) لتحقيق إرسال ثنائي الاتجاه أحادي الألياف.يظهر هيكلها في الشكل 1.
يتكون جزء الإرسال من ليزرين، وظيفتهما الرئيسية هي تحويل الإشارات الكهربائية 1G و10G إلى إشارات ضوئية، على التوالي، والحفاظ على استقرار الطاقة الضوئية في حالة حلقة مغلقة من خلال دائرة APC رقمية.وفي الوقت نفسه، يتحكم الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة في حجم تيار التعديل للحصول على نسبة الانقراض التي يتطلبها النظام.تتم إضافة دائرة TEC إلى دائرة الإرسال 10G، مما يعمل على استقرار الطول الموجي الناتج لليزر 10G بشكل كبير.يستخدم الجزء المستقبل APD لتحويل الإشارة الضوئية المكتشفة إلى إشارة كهربائية، ويخرجها بعد التضخيم والتشكيل.ومن أجل ضمان وصول الحساسية إلى النطاق المثالي، من الضروري توفير ضغط عالٍ ثابت لـ APD عند درجات حرارة مختلفة.يحقق الكمبيوتر ذو الشريحة الواحدة هذا الهدف من خلال التحكم في دائرة الجهد العالي APD.
2.2 تنفيذ استقبال الرشقات المزدوج المعدل
يستخدم الجزء المتلقي من الوحدة الضوئية المتماثلة 10G EPON OLT طريقة استقبال الاندفاع.يحتاج إلى استقبال إشارات انفجارية بمعدلين مختلفين 1.25 و 10.3125 جيجابت / ثانية، الأمر الذي يتطلب أن يكون الجزء المستقبل قادراً على التمييز بين الإشارات الضوئية لهذين المعدلين المختلفين بشكل جيد من أجل الحصول على إشارات كهربائية ثابتة للخرج.يُقترح هنا خطتان لتنفيذ استقبال رشقات مزدوج المعدل للوحدات الضوئية OLT.
نظرًا لأن الإشارة الضوئية المدخلة تستخدم تقنية TDMA (الوصول المتعدد بتقسيم الوقت)، فقد يوجد معدل واحد فقط من الضوء المتتابع في نفس الوقت.يمكن فصل إشارة الدخل في المجال البصري من خلال مقسم بصري 1: 2، كما هو موضح في الشكل 2. أو استخدم كاشفًا عالي السرعة فقط لتحويل الإشارات الضوئية 1G و10G إلى إشارات كهربائية ضعيفة، ثم قم بفصل شريحتين كهربائيتين إشارات بمعدلات مختلفة من خلال TIA ذات عرض نطاق ترددي أكبر، كما هو موضح في الشكل 3.
المخطط الأول الموضح في الشكل 2 سيؤدي إلى خسارة معينة في الإدخال عندما يمر الضوء عبر المقسم البصري 1: 2، والذي يجب أن يضخم الإشارة الضوئية المدخلة، لذلك يتم تثبيت مضخم بصري أمام المقسم البصري.يتم بعد ذلك إخضاع الإشارات الضوئية المنفصلة إلى تحويل بصري/كهربائي بواسطة كاشفات بمعدلات مختلفة، وأخيرًا يتم الحصول على نوعين من مخرجات الإشارة الكهربائية المستقرة.أكبر عيب لهذا الحل هو استخدام مضخم بصري ومقسم بصري 1: 2، ويلزم وجود كاشفين لتحويل الإشارة الضوئية، مما يزيد من تعقيد التنفيذ ويزيد من التكلفة.
في المخطط الثاني الموضح في الشكل.3، تحتاج الإشارة الضوئية المدخلة فقط إلى المرور عبر كاشف و TIA لتحقيق الانفصال في المجال الكهربائي.يكمن جوهر هذا الحل في اختيار TIA، والذي يتطلب أن يكون لدى TIA نطاق ترددي يبلغ 1 ~ 10Gbit/s، وفي نفس الوقت تتمتع TIA باستجابة سريعة ضمن هذا النطاق الترددي.فقط من خلال المعلمة الحالية لـ TIA يمكن الحصول على قيمة الاستجابة بسرعة، ويمكن ضمان حساسية الاستقبال بشكل جيد.يقلل هذا الحل بشكل كبير من تعقيد التنفيذ ويبقي التكاليف تحت السيطرة.في التصميم الفعلي، نختار عمومًا المخطط الثاني لتحقيق استقبال متتابع ثنائي المعدل.
2.3 تصميم دائرة الأجهزة في الطرف المتلقي
الشكل 4 هو دائرة الأجهزة الخاصة بجزء استقبال الرشقة.عندما يكون هناك دخل بصري متتابع، يقوم APD بتحويل الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية ضعيفة ويرسلها إلى TIA.يتم تضخيم الإشارة بواسطة TIA إلى إشارة كهربائية 10G أو 1G.يتم إدخال الإشارة الكهربائية 10G إلى 10G LA من خلال الاقتران الإيجابي لـ TIA، ويتم إدخال الإشارة الكهربائية 1G إلى 1G LA من خلال الاقتران السلبي لـ TIA.المكثفات C2 وC3 عبارة عن مكثفات اقتران تستخدم لتحقيق خرج مقترن بالتيار المتردد 10G و1G.تم اختيار الطريقة المقترنة بالتيار المتردد لأنها أبسط من الطريقة المقترنة بالتيار المستمر.
ومع ذلك، فإن اقتران التيار المتردد لديه شحن وتفريغ للمكثف، وتتأثر سرعة الاستجابة للإشارة بثابت وقت الشحن والتفريغ، أي أنه لا يمكن الاستجابة للإشارة في الوقت المناسب.لا بد أن تفقد هذه الميزة قدرًا معينًا من وقت استقرار الاستقبال، لذلك من المهم اختيار حجم مكثف اقتران التيار المتردد.إذا تم تحديد مكثف اقتران أصغر، فيمكن تقصير وقت الاستقرار، ويمكن استقبال الإشارة المرسلة بواسطة ONU في كل فتحة زمنية بالكامل دون التأثير على تأثير الاستقبال لأن وقت تسوية الاستقبال طويل جدًا ووصول المرة التالية فتحة.
ومع ذلك، فإن السعة الصغيرة جدًا ستؤثر على تأثير الاقتران وتقلل بشكل كبير من استقرار الاستقبال.يمكن للسعة الأكبر أن تقلل من ارتعاش النظام وتحسن حساسية الطرف المتلقي.لذلك، من أجل أخذ وقت استقرار الاستقبال وحساسية الاستقبال في الاعتبار، يجب تحديد مكثفات الاقتران المناسبة C2 وC3.بالإضافة إلى ذلك، من أجل ضمان استقرار الإشارة الكهربائية المدخلة، يتم توصيل مكثف اقتران ومقاوم مطابق بمقاومة 50Ω بالطرف السالب لـ LA.
تتكون دائرة LVPECL (منطق اقتران الباعث الإيجابي للجهد المنخفض) من مقاومات R4 وR5 (R6 وR7) ومصدر جهد تيار مباشر بجهد 2.0 فولت من خلال خرج الإشارة التفاضلية بواسطة 10G (1G) LA.إشارة كهربائية.
2.4 قسم الإطلاق
ينقسم جزء الإرسال من الوحدة الضوئية المتماثلة 10G EPON OLT بشكل أساسي إلى جزأين للإرسال 1.25 و10G، حيث يرسلان على التوالي إشارات بطول موجة 1490 و1577 نانومتر إلى الوصلة الهابطة.بأخذ جزء الإرسال 10G كمثال، يدخل زوج من الإشارات التفاضلية 10G إلى شريحة CDR (تشكيل الساعة)، ويقترن بالتيار المتردد إلى شريحة محرك 10G، وأخيرًا يتم إدخاله بشكل تفاضلي في ليزر 10G.نظرًا لأن تغير درجة الحرارة سيكون له تأثير كبير على الطول الموجي لانبعاث الليزر، من أجل تثبيت الطول الموجي إلى المستوى المطلوب بموجب البروتوكول (يتطلب البروتوكول 1575 ~ 1580 نانومتر)، يجب تعديل تيار العمل لدائرة TEC، لذلك أنه يمكن التحكم بشكل جيد في الطول الموجي الناتج.
3. نتائج الاختبار والتحليل
تتضمن مؤشرات الاختبار الرئيسية للوحدة الضوئية المتماثلة 10G EPON OLT وقت إعداد جهاز الاستقبال وحساسية جهاز الاستقبال ومخطط عين الإرسال.الاختبارات المحددة هي كما يلي:
(1) تلقي وقت الإعداد
في ظل بيئة العمل العادية للطاقة الضوئية لانفجار الوصلة الصاعدة التي تبلغ -24.0 ديسيبل ميلي واط، تُستخدم الإشارة الضوئية المنبعثة من مصدر ضوء الاندفاع كنقطة بداية للقياس، وتستقبل الوحدة وتؤسس إشارة كهربائية كاملة كنقطة نهاية للقياس، متجاهلة التأخير الزمني للضوء في ألياف الاختبار. يبلغ وقت إعداد استقبال الاندفاع 1G المُقاس 76.7 ns، وهو ما يلبي المعيار الدولي الذي يبلغ <400 ns؛يبلغ وقت إعداد استقبال الاندفاع 10G 241.8 ns، وهو ما يلبي أيضًا المعيار الدولي الذي يبلغ <800 ns.
3. نتائج الاختبار والتحليل
تتضمن مؤشرات الاختبار الرئيسية للوحدة الضوئية المتماثلة 10G EPON OLT وقت إعداد جهاز الاستقبال وحساسية جهاز الاستقبال ومخطط عين الإرسال.الاختبارات المحددة هي كما يلي:
(1) تلقي وقت الإعداد
في ظل بيئة العمل العادية للطاقة الضوئية لانفجار الوصلة الصاعدة التي تبلغ -24.0 ديسيبل ميلي واط، تُستخدم الإشارة الضوئية المنبعثة من مصدر ضوء الاندفاع كنقطة بداية للقياس، وتستقبل الوحدة وتؤسس إشارة كهربائية كاملة كنقطة نهاية للقياس، متجاهلة التأخير الزمني للضوء في ألياف الاختبار.يبلغ وقت إعداد استقبال الرشقة 1G المُقاس 76.7 ns، وهو ما يلبي المعيار الدولي الذي يقل عن 400 ns؛يبلغ وقت إعداد استقبال الاندفاع 10G 241.8 ns، وهو ما يلبي أيضًا المعيار الدولي الذي يبلغ <800 ns.
