במערכת EPON, ה-OLT מחובר למספר ONUs (יחידות רשת אופטיות) דרך POS (מפצל אופטי פסיבי).בתור הליבה של EPON, מודולים אופטיים של OLT ישפיעו ישירות על הפעולה של כל מערכת EPON 10G.
1.מבוא למודול אופטי OLT סימטרי 10G EPON
המודול האופטי EPON סימטרי 10G OLT משתמש במצבי קליטת רצף למעלה ו-downlink, המשמשים בעיקר להמרה אופטית/חשמלית במערכות EPON 10G.
החלק המקבל מורכב מ-TIA (מגבר טרנסמפדנס), APD (Avalanche Photodiode) ב-1270 / 1310nm, ושני LA (מגברים מגבילים) בקצבי 1.25 ו-10.3125 Gbit/s.
קצה השידור מורכב מ-10G EML (לייזר אפנון ספיגה אלקטרו) ו-1.25 Gbit/s DFB (לייזר משוב מבוזר), ואורכי הגל שלו הם 1577 ו-1490nm, בהתאמה.
מעגל ההנעה כולל מעגל APC דיגיטלי (בקרת כוח אופטי אוטומטי) ומעגל TEC (פיצוי טמפרטורה) לשמירה על אורך גל יציב של פליטת לייזר של 10G.ניטור פרמטרי השידור והקבלה מיושם על ידי המיקרו-מחשב שבב יחיד לפי פרוטוקול SFF-8077iv4.5.
מכיוון שהקצה המקבל של המודול האופטי OLT משתמש בקליטת פרץ, זמן הגדרת הקליטה חשוב במיוחד.אם זמן התייצבות הקליטה ארוך, זה ישפיע מאוד על הרגישות, ואף עלול לגרום לקליטת התפרצות לא לפעול כראוי.בהתאם לדרישות של פרוטוקול IEEE 802.3av, זמן ההקמה של קליטת רצף של 1.25Gbit/s חייב להיות <400 ns, ורגישות קליטת ה-Burst חייבת להיות <-29.78 dBm עם שיעור שגיאות סיביות של 10-12;ו-10.3125 Gbit/s זמן ההגדרה של קליטת התפרצות חייב להיות <800ns, ורגישות קליטת התפרצות חייבת להיות <-28.0 dBm עם שיעור שגיאות סיביות של 10-3.
עיצוב מודול אופטי OLT סימטרי EPON 2.10G
2.1 ערכת עיצוב
מודול OLT סימטרי EPON 10G מורכב מטריפלקסר (מודול תלת-כיווני חד-סיבי), שידור, קבלה וניטור.הטריפלקסר כולל שני לייזרים וגלאי.האור המשודר והאור המתקבל משולבים במכשיר האופטי באמצעות WDM (Wavelength Division Multiplexer) כדי להשיג שידור דו-כיווני חד סיב.המבנה שלו מוצג באיור 1.
החלק המשדר מורכב משני לייזרים, שתפקידם העיקרי הוא להמיר אותות חשמליים של 1G ו-10G לאותות אופטיים, בהתאמה, ולשמור על יציבות הכוח האופטי במצב לולאה סגורה באמצעות מעגל APC דיגיטלי.במקביל, המיקרו-מחשב בעל שבב יחיד שולט בגודל זרם המודולציה כדי להשיג את יחס ההכחדה הנדרש על ידי המערכת.מעגל ה-TEC מתווסף למעגל השידור של 10G, מה שמייצב מאוד את אורך הגל הפלט של לייזר 10G.החלק המקבל משתמש ב-APD כדי להמיר את האות האופטי המתפרץ שזוהה לאות חשמלי, ומוציא אותו לאחר הגברה ועיצוב.על מנת להבטיח שהרגישות תוכל להגיע לטווח האידיאלי, יש צורך לספק לחץ גבוה יציב ל-APD בטמפרטורות שונות.המחשב בעל השבב האחד משיג מטרה זו על ידי שליטה במעגל המתח הגבוה של APD.
2.2 יישום קליטת פרצים בקצב כפול
החלק המקבל של המודול האופטי EPON סימטרי 10G OLT משתמש בשיטת קליטת פרצים.הוא צריך לקבל אותות פרץ של שני קצבים שונים של 1.25 ו- 10.3125 Gbit/s, מה שדורש מהחלק המקבל להיות מסוגל להבחין היטב בין האותות האופטיים של שני הקצבים השונים הללו כדי לקבל אותות חשמליים יציבים.מוצעות כאן שתי תוכניות ליישום קליטת פרץ דו-קצב של מודולים אופטיים OLT.
מכיוון שהאות האופטי המבוא משתמש בטכנולוגיית TDMA (Time Division Multiple Access), רק קצב אחד של אור פרץ עשוי להתקיים בו-זמנית.ניתן להפריד את אות הקלט בתחום האופטי באמצעות מפצל אופטי של 1:2, כמו שמוצג באיור 2. או להשתמש רק בגלאי במהירות גבוהה כדי להמיר אותות אופטיים של 1G ו-10G לאותות חשמליים חלשים, ולאחר מכן להפריד שניים חשמליים אותות עם קצבים שונים דרך TIA ברוחב פס גדול יותר, כפי שמוצג באיור 3.
הסכימה הראשונה המוצגת באיור 2 תביא לאובדן הכנסה מסוים כאשר האור עובר דרך המפצל האופטי 1:2, אשר חייב להגביר את האות האופטי המבוא, ולכן מגבר אופטי מותקן מול המפצל האופטי.האותות האופטיים המופרדים נתונים לאחר מכן להמרה אופטית/חשמלית על ידי גלאים בקצבים שונים, ולבסוף מתקבלים שני סוגים של פלטי אותות חשמליים יציבים.החיסרון הגדול ביותר של פתרון זה הוא שמשתמשים במגבר אופטי ובמפצל אופטי 1:2, ויש צורך בשני גלאים להמרת האות האופטי, מה שמגדיל את מורכבות היישום ומגדיל את העלות.
בסכימה השנייה המוצגת באיור.3, האות האופטי המבוא רק צריך לעבור דרך גלאי ו-TIA כדי להשיג הפרדה בתחום החשמלי.הליבה של פתרון זה טמונה בבחירת TIA, המחייבת ל-TIA להיות רוחב פס של 1 ~ 10Gbit/s, ובמקביל ל-TIA יש תגובה מהירה ברוחב פס זה.רק באמצעות הפרמטר הנוכחי של TIA ניתן לקבל את ערך התגובה במהירות, ניתן להבטיח היטב את רגישות הקבלה.פתרון זה מפחית מאוד את מורכבות ההטמעה ושומר על עלויות בשליטה.בעיצוב בפועל, אנו בוחרים בדרך כלל את הסכימה השנייה כדי להשיג קליטת פרצים בקצב כפול.
2.3 עיצוב מעגל החומרה בקצה המקבל
איור 4 הוא מעגל החומרה של החלק קולט התפרצות.כאשר יש כניסה אופטית מתפרצת, ה-APD ממיר את האות האופטי לאות חשמלי חלש ושולח אותו ל-TIA.האות מוגבר על ידי ה-TIA לאות חשמלי של 10G או 1G.האות החשמלי של 10G מוכנס ל-10G LA דרך הצימוד החיובי של ה-TIA, והאות החשמלי של 1G נכנס ל-1G LA דרך הצימוד השלילי של ה-TIA.קבלים C2 ו-C3 הם קבלי צימוד המשמשים להשגת תפוקה מצומדת AC 10G ו-1G.השיטה הצמודה ל-AC נבחרה מכיוון שהיא פשוטה יותר מהשיטת הצמודה ל-DC.
עם זאת, לצימוד AC יש את הטעינה והפריקה של הקבל, ומהירות התגובה לאות מושפעת מקבוע זמן הטעינה והפריקה, כלומר לא ניתן להגיב לאות בזמן.תכונה זו צפויה לאבד כמות מסוימת של זמן התייצבות קליטה, לכן חשוב לבחור כמה גדול קבל הצימוד AC.אם נבחר קבל צימוד קטן יותר, ניתן לקצר את זמן ההתמקמות, והאות המשודר על ידי ה-ONU בכל משבצת זמן יכול להתקבל לחלוטין מבלי להשפיע על אפקט הקליטה מכיוון שזמן ההתמקמות של הקליטה ארוך מדי והגעת הפעם הבאה חָרִיץ.
עם זאת, קיבול קטן מדי ישפיע על אפקט הצימוד ויפחית מאוד את יציבות הקליטה.קיבול גדול יותר יכול להפחית את ריצוד המערכת ולשפר את הרגישות של הקצה המקבל.לכן, על מנת לקחת בחשבון את זמן קביעת הקליטה ורגישות הקליטה, יש לבחור את קבלי הצימוד המתאימים C2 ו-C3.בנוסף, על מנת להבטיח את יציבות האות החשמלי המבוא, מחוברים למסוף השלילי של LA קבל צימוד ונגד תואם עם התנגדות של 50Ω.
מעגל LVPECL (לוגיקה של צימוד פולט במתח נמוך) המורכב מנגדים R4 ו-R5 (R6 ו-R7) ומקור מתח של 2.0 וולט DC דרך פלט האות ההפרש על ידי 10G (1G) LA.אות חשמלי.
2.4 סעיף השקה
החלק המשדר של המודול האופטי הסימטרי EPON 10G EPON מחולק בעיקר לשני חלקים של שידור 1.25 ו-10G, אשר בהתאמה שולחים אותות עם אורך גל של 1490 ו-1577 ננומטר אל ה-downlink.אם לוקחים את החלק המשדר של 10G כדוגמה, זוג אותות דיפרנציאליים של 10G נכנסים לשבב CDR (Clock Shaping), מחובר AC לשבב דרייבר של 10G, ולבסוף מוקלט באופן דיפרנציאלי ללייזר 10G.מכיוון שלשינוי הטמפרטורה תהיה השפעה רבה על אורך הגל של פליטת הלייזר, על מנת לייצב את אורך הגל לרמה הנדרשת בפרוטוקול (הפרוטוקול דורש 1575 ~ 1580nm), יש להתאים את זרם העבודה של מעגל ה-TEC, ולכן שניתן לשלוט היטב על אורך הגל של הפלט.
3. תוצאות בדיקה וניתוח
מחווני הבדיקה העיקריים של המודול האופטי האופטי EPON 10G סימטרי כוללים את זמן הגדרת המקלט, רגישות המקלט ודיאגרמת עין השידור.הבדיקות הספציפיות הן כדלקמן:
(1) קבל זמן התקנה
בסביבת העבודה הרגילה של הספק אופטי מתפרץ מעלה של -24.0 dBm, האות האופטי הנפלט ממקור האור המתפרץ משמש כנקודת ההתחלה של המדידה, והמודול מקבל וקובע אות חשמלי שלם כנקודת הסיום של המדידה, תוך התעלמות עיכוב זמן של אור בסיב הבדיקה. זמן הגדרת קליטת פרץ 1G שנמדד הוא 76.7 ns, העומד בתקן הבינלאומי של <400 ns;זמן ההגדרה של קליטת פרץ 10G הוא 241.8 ns, מה שעומד גם בתקן הבינלאומי של <800 ns.
3. תוצאות בדיקה וניתוח
מחווני הבדיקה העיקריים של המודול האופטי האופטי EPON 10G סימטרי כוללים את זמן הגדרת המקלט, רגישות המקלט ודיאגרמת עין השידור.הבדיקות הספציפיות הן כדלקמן:
(1) קבל זמן התקנה
בסביבת העבודה הרגילה של הספק אופטי מתפרץ מעלה של -24.0 dBm, האות האופטי הנפלט ממקור האור המתפרץ משמש כנקודת ההתחלה של המדידה, והמודול מקבל וקובע אות חשמלי שלם כנקודת הסיום של המדידה, תוך התעלמות עיכוב זמן של אור בסיב הבדיקה.זמן ההגדרה של קליטת פרץ 1G הנמדד הוא 76.7 ns, העומד בתקן הבינלאומי של <400 ns;זמן ההגדרה של קליטת פרץ 10G הוא 241.8 ns, מה שעומד גם בתקן הבינלאומי של <800 ns.
