No sistema EPON, o OLT é conectado a múltiplas ONUs (unidades de rede óptica) através de um POS (divisor óptico passivo).Como núcleo do EPON, os módulos ópticos OLT afetarão diretamente a operação de todo o sistema 10G EPON.
1.Introdução ao módulo óptico OLT simétrico 10G EPON
O módulo óptico OLT simétrico 10G EPON usa os modos de recepção burst de uplink e transmissão contínua de downlink, que são usados principalmente para conversão óptica/elétrica em sistemas 10G EPON.
A parte receptora é composta por um TIA (amplificador de transimpedância), um APD (Fotodiodo Avalanche) em 1270/1310 nm, e dois LA (amplificadores limitantes) em taxas de 1,25 e 10,3125 Gbit/s.
A extremidade de transmissão é composta por um EML (laser de modulação por eletroabsorção) de 10G e um DFB (laser de feedback distribuído) de 1,25 Gbit/s, e seus comprimentos de onda de emissão são 1577 e 1490nm, respectivamente.
O circuito de acionamento inclui um circuito digital APC (Controle Automático de Potência Óptica) e um circuito TEC (Compensação de Temperatura) para manter um comprimento de onda de emissão de laser 10G estável.O monitoramento dos parâmetros de transmissão e recepção é implementado pelo microcomputador de chip único de acordo com o protocolo SFF-8077iv4.5.
Como a extremidade receptora do módulo óptico OLT usa recepção em rajada, o tempo de configuração da recepção é particularmente importante.Se o tempo de estabilização da recepção for longo, isso afetará muito a sensibilidade e poderá até mesmo fazer com que a recepção burst não funcione corretamente.De acordo com os requisitos do protocolo IEEE 802.3av, o tempo de estabelecimento de uma recepção em rajada de 1,25 Gbit/s deve ser <400 ns, e a sensibilidade de recepção em rajada deve ser <-29,78 dBm com uma taxa de erro de bit de 10-12;e 10,3125 Gbit/s O tempo de configuração da recepção em rajada deve ser <800ns e a sensibilidade de recepção em rajada deve ser <-28,0 dBm com uma taxa de erro de bit de 10-3.
Design de módulo óptico OLT simétrico 2.10G EPON
2.1 Esquema de projeto
O módulo óptico OLT simétrico 10G EPON é composto por um triplexador (módulo de três vias de fibra única), transmissão, recepção e monitoramento.O triplexador inclui dois lasers e um detector.A luz transmitida e a luz recebida são integradas ao dispositivo óptico por meio de WDM (multiplexador de divisão de comprimento de onda) para obter transmissão bidirecional de fibra única.Sua estrutura é mostrada na Figura 1.
A parte de transmissão consiste em dois lasers, cuja principal função é converter sinais elétricos 1G e 10G em sinais ópticos, respectivamente, e manter a estabilidade da potência óptica em estado de circuito fechado através de um circuito APC digital.Ao mesmo tempo, o microcomputador de chip único controla a magnitude da corrente de modulação para obter a taxa de extinção exigida pelo sistema.O circuito TEC é adicionado ao circuito de transmissão 10G, o que estabiliza bastante o comprimento de onda de saída do laser 10G.A parte receptora usa APD para converter o sinal óptico de explosão detectado em um sinal elétrico e o emite após amplificação e modelagem.Para garantir que a sensibilidade atinja a faixa ideal, é necessário fornecer uma alta pressão estável ao APD em diferentes temperaturas.O computador de chip único atinge esse objetivo controlando o circuito de alta tensão APD.
2.2 Implementação de recepção em rajada de taxa dupla
A parte receptora do módulo óptico OLT simétrico 10G EPON usa um método de recepção intermitente.Ele precisa receber sinais de burst de duas taxas diferentes de 1,25 e 10,3125 Gbit/s, o que exige que a parte receptora seja capaz de distinguir bem os sinais ópticos dessas duas taxas diferentes para obter sinais elétricos de saída estáveis.Dois esquemas para implementar recepção em rajada de taxa dupla de módulos ópticos OLT são propostos aqui.
Como o sinal óptico de entrada usa a tecnologia TDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo), apenas uma taxa de explosão de luz pode existir ao mesmo tempo.O sinal de entrada pode ser separado no domínio óptico por meio de um divisor óptico 1: 2, como mostrado na Figura 2. Ou use apenas um detector de alta velocidade para converter sinais ópticos 1G e 10G em sinais elétricos fracos e, em seguida, separar dois sinais elétricos sinais com taxas diferentes através de um TIA de maior largura de banda, conforme mostrado na Figura 3.
O primeiro esquema mostrado na Figura 2 trará uma certa perda de inserção quando a luz passar pelo divisor óptico 1:2, que deve amplificar o sinal óptico de entrada, portanto um amplificador óptico é instalado na frente do divisor óptico.Os sinais ópticos separados são então submetidos à conversão óptica/elétrica por detectores de diferentes taxas e, finalmente, dois tipos de saídas de sinais elétricos estáveis são obtidos.A maior desvantagem desta solução é que são utilizados um amplificador óptico e um divisor óptico 1: 2, sendo necessários dois detectores para converter o sinal óptico, o que aumenta a complexidade da implementação e aumenta o custo.
No segundo esquema mostrado na FIG.3, o sinal óptico de entrada só precisa passar por um detector e um TIA para conseguir a separação no domínio elétrico.O núcleo desta solução está na seleção do TIA, que exige que o TIA tenha uma largura de banda de 1 ~ 10 Gbit/s e, ao mesmo tempo, o TIA tenha uma resposta rápida dentro dessa largura de banda.Somente através do parâmetro atual do TIA é possível obter o valor de resposta rapidamente, a sensibilidade de recepção pode ser bem garantida.Esta solução reduz enormemente a complexidade da implementação e mantém os custos sob controle.No projeto real, geralmente escolhemos o segundo esquema para obter recepção em rajada de taxa dupla.
2.3 Projeto do circuito de hardware na extremidade receptora
A Fig. 4 é o circuito de hardware da parte receptora de rajada.Quando há uma entrada óptica em rajada, o APD converte o sinal óptico em um sinal elétrico fraco e o envia para o TIA.O sinal é amplificado pelo TIA em um sinal elétrico 10G ou 1G.O sinal elétrico 10G entra no 10G LA através do acoplamento positivo do TIA, e o sinal elétrico 1G entra no 1G LA através do acoplamento negativo do TIA.Os capacitores C2 e C3 são capacitores de acoplamento usados para obter saída acoplada CA de 10G e 1G.O método acoplado AC foi escolhido porque é mais simples que o método acoplado DC.
Porém, o acoplamento CA possui a carga e descarga do capacitor, e a velocidade de resposta ao sinal é afetada pela constante de tempo de carga e descarga, ou seja, o sinal não pode ser respondido a tempo.Esse recurso certamente perderá uma certa quantidade de tempo de estabilização de recepção, por isso é importante escolher o tamanho do capacitor de acoplamento CA.Se um capacitor de acoplamento menor for selecionado, o tempo de estabilização pode ser reduzido, e o sinal transmitido pela ONU em cada intervalo de tempo pode ser completamente recebido sem afetar o efeito de recepção porque o tempo de estabilização de recepção é muito longo e a chegada do próximo tempo slot.
No entanto, uma capacitância muito pequena afetará o efeito de acoplamento e reduzirá bastante a estabilidade da recepção.Uma capacitância maior pode reduzir o jitter do sistema e melhorar a sensibilidade da extremidade receptora.Portanto, para levar em conta o tempo de estabilização de recepção e a sensibilidade de recepção, os capacitores de acoplamento C2 e C3 apropriados precisam ser selecionados.Além disso, para garantir a estabilidade do sinal elétrico de entrada, um capacitor de acoplamento e um resistor correspondente com resistência de 50Ω são conectados ao terminal negativo do LA.
Circuito LVPECL (Low Voltage Positive Emitter Coupling Logic) composto pelos resistores R4 e R5 (R6 e R7) e uma fonte de tensão de 2,0 V DC através da saída de sinal diferencial por 10G (1G) LA.sinal elétrico.
2.4 Seção de lançamento
A parte de transmissão do módulo óptico OLT simétrico 10G EPON é dividida principalmente em duas partes de transmissão de 1,25 e 10G, que enviam respectivamente sinais com comprimento de onda de 1490 e 1577 nm para o downlink.Tomando a parte de transmissão 10G como exemplo, um par de sinais diferenciais 10G entra em um chip CDR (Clock Shaping), é acoplado AC a um chip driver 10G e, finalmente, é inserido diferencialmente em um laser 10G.Como a mudança de temperatura terá grande influência no comprimento de onda da emissão do laser, para estabilizar o comprimento de onda ao nível exigido pelo protocolo (o protocolo requer 1575 ~ 1580 nm), a corrente de trabalho do circuito TEC precisa ser ajustada, então que o comprimento de onda de saída pode ser bem controlado.
3. Resultados e análises de testes
Os principais indicadores de teste do módulo óptico OLT simétrico 10G EPON incluem o tempo de configuração do receptor, a sensibilidade do receptor e o diagrama ocular de transmissão.Os testes específicos são os seguintes:
(1) Receber tempo de configuração
Sob o ambiente de trabalho normal de potência óptica de rajada de uplink de -24,0 dBm, o sinal óptico emitido pela fonte de luz de rajada é usado como ponto de partida da medição, e o módulo recebe e estabelece um sinal elétrico completo como ponto final de medição, ignorando o atraso de tempo da luz na fibra de teste. O tempo de configuração de recepção de burst 1G medido é de 76,7 ns, o que atende ao padrão internacional de <400 ns;o tempo de configuração da recepção burst 10G é de 241,8 ns, o que também atende ao padrão internacional de <800 ns.
3. Resultados e análises de testes
Os principais indicadores de teste do módulo óptico OLT simétrico 10G EPON incluem o tempo de configuração do receptor, a sensibilidade do receptor e o diagrama ocular de transmissão.Os testes específicos são os seguintes:
(1) Receber tempo de configuração
Sob o ambiente de trabalho normal de potência óptica de rajada de uplink de -24,0 dBm, o sinal óptico emitido pela fonte de luz de rajada é usado como ponto de partida da medição, e o módulo recebe e estabelece um sinal elétrico completo como ponto final de medição, ignorando o atraso de tempo da luz na fibra de teste.O tempo de configuração de recepção de rajada 1G medido é de 76,7 ns, o que atende ao padrão internacional de <400 ns;o tempo de configuração da recepção burst 10G é de 241,8 ns, o que também atende ao padrão internacional de <800 ns.
