In het EPON-systeem is de OLT via een POS (passieve optische splitter) verbonden met meerdere ONU's (optische netwerkeenheden).Als kern van EPON zullen de optische OLT-modules rechtstreeks van invloed zijn op de werking van het gehele 10G EPON-systeem.
1. Inleiding tot de 10G EPON symmetrische OLT optische module
De 10G EPON symmetrische OLT optische module maakt gebruik van de uplink burst-ontvangst en downlink continue transmissiemodi, die voornamelijk worden gebruikt voor optische / elektrische conversie in 10G EPON-systemen.
Het ontvangende deel bestaat uit een TIA (transimpedantieversterker), een APD (Avalanche Photodiode) op 1270 / 1310 nm en twee LA (begrenzingsversterkers) met snelheden van 1,25 en 10,3125 Gbit / s.
Het zendende uiteinde bestaat uit een 10G EML (elektro-absorptiemodulatielaser) en een 1,25 Gbit / s DFB (gedistribueerde feedbacklaser), en de emissiegolflengten zijn respectievelijk 1577 en 1490 nm.
Het aandrijfcircuit omvat een digitaal APC-circuit (Automatic Optical Power Control) en een TEC-circuit (Temperature Compensation) voor het handhaven van een stabiele 10G laseremissiegolflengte.De zend- en ontvangstparameterbewaking wordt geïmplementeerd door de microcomputer met één chip volgens het SFF-8077iv4.5-protocol.
Omdat het ontvangende uiteinde van de optische OLT-module burst-ontvangst gebruikt, is de ontvangstinsteltijd bijzonder belangrijk.Als de ontvangsttijd lang is, heeft dit een grote invloed op de gevoeligheid en kan het er zelfs voor zorgen dat de burst-ontvangst niet goed werkt.Volgens de vereisten van het IEEE 802.3av-protocol moet de totstandkomingstijd van een burst-ontvangst van 1,25 Gbit / s <400 ns zijn, en de gevoeligheid van de burst-ontvangst <-29,78 dBm met een bitfoutpercentage van 10-12;en 10,3125 Gbit/s. De insteltijd voor burst-ontvangst moet <800 ns zijn en de gevoeligheid voor burst-ontvangst moet <-28,0 dBm zijn met een bitfoutpercentage van 10-3.
2.10G EPON symmetrisch OLT optisch moduleontwerp
2.1 Ontwerpschema
De 10G EPON symmetrische OLT optische module bestaat uit een triplexer (single-fiber driewegmodule), die verzendt, ontvangt en bewaakt.De triplexer bevat twee lasers en een detector.Het doorgelaten licht en het ontvangen licht worden via WDM (Wavelength Division Multiplexer) in het optische apparaat geïntegreerd om bidirectionele transmissie met één vezel te bereiken.De structuur ervan wordt getoond in Figuur 1.
Het zendgedeelte bestaat uit twee lasers, waarvan de belangrijkste functie is het omzetten van respectievelijk 1G- en 10G-elektrische signalen in optische signalen, en het handhaven van de optische vermogensstabiliteit in een gesloten lusstatus via een digitaal APC-circuit.Tegelijkertijd regelt de microcomputer met één chip de grootte van de modulatiestroom om de door het systeem vereiste uitdovingsverhouding te verkrijgen.Het TEC-circuit wordt toegevoegd aan het 10G-zendcircuit, dat de uitgangsgolflengte van de 10G-laser aanzienlijk stabiliseert.Het ontvangende deel gebruikt APD om het gedetecteerde optische burst-signaal om te zetten in een elektrisch signaal, en voert dit uit na versterking en vormgeving.Om ervoor te zorgen dat de gevoeligheid het ideale bereik kan bereiken, is het noodzakelijk om bij verschillende temperaturen een stabiele hoge druk aan de APD te leveren.De computer met één chip bereikt dit doel door het APD-hoogspanningscircuit te besturen.
2.2 Implementatie van dual-rate burst-ontvangst
Het ontvangende deel van de 10G EPON symmetrische OLT optische module maakt gebruik van een burst-ontvangstmethode.Het moet burst-signalen ontvangen met twee verschillende snelheden van 1,25 en 10,3125 Gbit / s, wat vereist dat het ontvangende deel de optische signalen van deze twee verschillende snelheden goed kan onderscheiden om stabiele elektrische uitgangssignalen te verkrijgen.Hier worden twee schema's voorgesteld voor het implementeren van dual-rate burst-ontvangst van optische OLT-modules.
Omdat het optische ingangssignaal gebruik maakt van TDMA-technologie (Time Division Multiple Access), kan er slechts één burst-lichtsnelheid tegelijkertijd bestaan.Het ingangssignaal kan in het optische domein worden gescheiden via een 1:2 optische splitter, zoals weergegeven in figuur 2. Of gebruik alleen een hogesnelheidsdetector om optische 1G- en 10G-signalen om te zetten in zwakke elektrische signalen, en scheid vervolgens twee elektrische signalen. signalen met verschillende snelheden via een TIA met grotere bandbreedte, zoals weergegeven in figuur 3.
Het eerste schema getoond in figuur 2 zal een bepaald invoegverlies veroorzaken wanneer het licht door de 1: 2 optische splitter gaat, die het optische ingangssignaal moet versterken, dus wordt er een optische versterker vóór de optische splitter geïnstalleerd.De gescheiden optische signalen worden vervolgens onderworpen aan optische/elektrische conversie door detectoren met verschillende snelheden, en uiteindelijk worden twee soorten stabiele elektrische signaaluitgangen verkregen.Het grootste nadeel van deze oplossing is dat er gebruik wordt gemaakt van een optische versterker en een 1:2 optische splitter, en dat er twee detectoren nodig zijn om het optische signaal om te zetten, wat de complexiteit van de implementatie vergroot en de kosten verhoogt.
In het tweede schema getoond in FIG.3 hoeft het optische ingangssignaal alleen door een detector en een TIA te gaan om scheiding in het elektrische domein te bereiken.De kern van deze oplossing ligt in de selectie van TIA, waarbij TIA een bandbreedte van 1 ~ 10Gbit/s moet hebben, en tegelijkertijd TIA een snelle respons heeft binnen deze bandbreedte.Alleen via de huidige parameter van TIA kan de responswaarde snel worden verkregen, de ontvangstgevoeligheid kan goed worden gegarandeerd.Deze oplossing vermindert de complexiteit van de implementatie aanzienlijk en houdt de kosten onder controle.Bij het eigenlijke ontwerp kiezen we doorgaans voor het tweede schema om burst-ontvangst met twee snelheden te bereiken.
2.3 Ontwerp van het hardwarecircuit aan de ontvangende kant
Figuur 4 is het hardwarecircuit van het burst-ontvangstgedeelte.Wanneer er een burst optische ingang is, zet de APD het optische signaal om in een zwak elektrisch signaal en stuurt dit naar de TIA.Het signaal wordt door de TIA versterkt tot een 10G of 1G elektrisch signaal.Het elektrische signaal van 10G wordt ingevoerd in de 10G LA via de positieve koppeling van de TIA, en het elektrische signaal van 1G wordt ingevoerd in de 1G LA via de negatieve koppeling van de TIA.Condensatoren C2 en C3 zijn koppelcondensatoren die worden gebruikt om 10G en 1G AC-gekoppelde uitvoer te bereiken.Er is gekozen voor de AC-gekoppelde methode omdat deze eenvoudiger is dan de DC-gekoppelde methode.
De AC-koppeling heeft echter het laden en ontladen van de condensator, en de reactiesnelheid op het signaal wordt beïnvloed door de laad- en ontlaadtijdconstante, dat wil zeggen dat er niet op tijd op het signaal kan worden gereageerd.Deze functie zal onvermijdelijk een bepaalde hoeveelheid ontvangsttijd verliezen, dus het is belangrijk om te kiezen hoe groot de AC-koppelcondensator is.Als een kleinere koppelcondensator wordt geselecteerd, kan de insteltijd worden verkort en kan het door de ONU in elk tijdslot verzonden signaal volledig worden ontvangen zonder het ontvangsteffect te beïnvloeden, omdat de ontvangstinsteltijd te lang is en de aankomst van de volgende keer sleuf.
Een te kleine capaciteit zal echter het koppeleffect beïnvloeden en de stabiliteit van de ontvangst aanzienlijk verminderen.Een grotere capaciteit kan systeemjitter verminderen en de gevoeligheid van het ontvangende uiteinde verbeteren.Om rekening te houden met de ontvangstinsteltijd en ontvangstgevoeligheid moeten daarom de juiste koppelcondensatoren C2 en C3 worden geselecteerd.Om de stabiliteit van het elektrische ingangssignaal te garanderen, zijn bovendien een koppelcondensator en een aanpassingsweerstand met een weerstand van 50 Ω aangesloten op de negatieve pool van LA.
LVPECL-circuit (Low Voltage Positive Emitter Coupling Logic), bestaande uit weerstanden R4 en R5 (R6 en R7) en een spanningsbron van 2,0 V DC via de differentiële signaaluitvoer door 10G (1G) LA.elektrisch signaal.
2.4 Startsectie
Het zendende deel van de 10G EPON symmetrische OLT optische module is hoofdzakelijk verdeeld in twee delen van 1,25 en 10G zenden, die respectievelijk signalen met een golflengte van 1490 en 1577 nm naar de downlink sturen.Als we het 10G-zendgedeelte als voorbeeld nemen: een paar 10G-differentiële signalen komen een CDR-chip (Clock Shaping) binnen, worden AC-gekoppeld aan een 10G-driverchip en worden uiteindelijk differentieel ingevoerd in een 10G-laser.Omdat de temperatuurverandering een grote invloed zal hebben op de golflengte van de laseremissie, moet de werkstroom van het TEC-circuit worden aangepast om de golflengte te stabiliseren op het niveau dat vereist is door het protocol (het protocol vereist 1575 ~ 1580 nm). dat de uitgangsgolflengte goed kan worden geregeld.
3. Testresultaten en analyse
De belangrijkste testindicatoren van de 10G EPON symmetrische OLT optische module omvatten de insteltijd van de ontvanger, de gevoeligheid van de ontvanger en het zendoogdiagram.De specifieke tests zijn als volgt:
(1) Ontvang insteltijd
Onder de normale werkomgeving met een uplink burst-optisch vermogen van -24,0 dBm, wordt het optische signaal dat wordt uitgezonden door de burst-lichtbron gebruikt als het startpunt van de meting, en de module ontvangt en brengt een volledig elektrisch signaal tot stand als het eindpunt van de meting, waarbij de tijdsvertraging van licht in de testvezel. De gemeten insteltijd voor 1G burst-ontvangst is 76,7 ns, wat voldoet aan de internationale norm van <400 ns;de insteltijd voor 10G burst-ontvangst is 241,8 ns, wat ook voldoet aan de internationale norm van <800 ns.
3. Testresultaten en analyse
De belangrijkste testindicatoren van de 10G EPON symmetrische OLT optische module omvatten de insteltijd van de ontvanger, de gevoeligheid van de ontvanger en het zendoogdiagram.De specifieke tests zijn als volgt:
(1) Ontvang insteltijd
Onder de normale werkomgeving met een uplink burst-optisch vermogen van -24,0 dBm, wordt het optische signaal dat wordt uitgezonden door de burst-lichtbron gebruikt als het startpunt van de meting, en de module ontvangt en brengt een volledig elektrisch signaal tot stand als het eindpunt van de meting, waarbij de tijdsvertraging van licht in de testvezel.De gemeten insteltijd voor 1G burst-ontvangst is 76,7 ns, wat voldoet aan de internationale norm van <400 ns;de insteltijd voor 10G burst-ontvangst is 241,8 ns, wat ook voldoet aan de internationale norm van <800 ns.
