ในระบบ EPON นั้น OLT เชื่อมต่อกับ ONU หลายตัว (หน่วยเครือข่ายออปติคัล) ผ่าน POS (ตัวแยกแสงแบบพาสซีฟ)ในฐานะแกนหลักของ EPON โมดูลออปติคัล OLT จะส่งผลโดยตรงต่อการทำงานของระบบ 10G EPON ทั้งหมด
1. บทนำเกี่ยวกับโมดูลออปติคัล OLT แบบสมมาตร 10G EPON
โมดูลออปติคัล OLT แบบสมมาตร 10G EPON ใช้การรับอัปลิงก์ต่อเนื่องและโหมดการส่งข้อมูลต่อเนื่องดาวน์ลิงก์ 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 ที่เสถียรการตรวจสอบพารามิเตอร์การส่งและรับจะดำเนินการโดยไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวตามโปรโตคอล SFF-8077iv4.5
เนื่องจากส่วนปลายรับของโมดูลออปติคัล OLT ใช้การรับแบบต่อเนื่อง เวลาตั้งค่าการรับสัญญาณจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งหากระยะเวลาในการรับสัญญาณนาน จะส่งผลต่อความไวอย่างมาก และอาจทำให้การรับสัญญาณต่อเนื่องทำงานไม่ถูกต้องด้วยซ้ำตามข้อกำหนดของโปรโตคอล IEEE 802.3av เวลาในการสร้างของการรับสัญญาณต่อเนื่อง 1.25Gbit / s จะต้อง <400 ns และความไวในการรับสัญญาณต่อเนื่องจะต้องเป็น <-29.78 dBm โดยมีอัตราข้อผิดพลาดบิต 10-12และ 10.3125 Gbit / s เวลาตั้งค่าการรับภาพต่อเนื่องต้องเป็น <800ns และความไวในการรับสัญญาณภาพต่อเนื่องต้องเป็น <-28.0 dBm โดยมีอัตราข้อผิดพลาดบิต 10-3
การออกแบบโมดูลออปติคัล OLT แบบสมมาตร 2.10G EPON
2.1 รูปแบบการออกแบบ
โมดูลออปติคัล OLT แบบสมมาตร 10G EPON ประกอบด้วย triplexer (โมดูลสามทางไฟเบอร์เดี่ยว) การส่ง รับ และการตรวจสอบTriplexer ประกอบด้วยเลเซอร์สองตัวและเครื่องตรวจจับแสงที่ส่งและแสงที่ได้รับจะถูกรวมเข้ากับอุปกรณ์ออพติคัลผ่าน WDM (Wavelength Division Multiplexer) เพื่อให้เกิดการส่งผ่านไฟเบอร์เดี่ยวแบบสองทิศทางโครงสร้างของมันถูกแสดงไว้ในรูปที่ 1
ส่วนส่งสัญญาณประกอบด้วยเลเซอร์สองตัว ซึ่งมีหน้าที่หลักในการแปลงสัญญาณไฟฟ้า 1G และ 10G ให้เป็นสัญญาณแสง ตามลำดับ และเพื่อรักษาเสถียรภาพของพลังงานแสงในสถานะวงปิดผ่านวงจร APC ดิจิทัลในเวลาเดียวกัน ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวจะควบคุมขนาดของกระแสมอดูเลชั่นเพื่อให้ได้อัตราส่วนการสูญเสียที่ระบบต้องการวงจร TEC ถูกเพิ่มเข้าไปในวงจรส่งสัญญาณ 10G ซึ่งทำให้ความยาวคลื่นเอาต์พุตของเลเซอร์ 10G มีความเสถียรอย่างมากส่วนรับสัญญาณใช้ APD ในการแปลงสัญญาณแสงที่ตรวจพบเป็นสัญญาณไฟฟ้า และส่งออกสัญญาณดังกล่าวหลังจากการขยายและการปรับรูปร่างเพื่อให้แน่ใจว่าความไวสามารถเข้าถึงช่วงที่เหมาะสมที่สุด จำเป็นต้องสร้างแรงดันสูงที่มั่นคงให้กับ APD ที่อุณหภูมิต่างๆคอมพิวเตอร์ชิปเดียวบรรลุเป้าหมายนี้โดยการควบคุมวงจรไฟฟ้าแรงสูง APD
2.2 การใช้งานการรับระเบิดแบบอัตราคู่
ส่วนรับของโมดูลออปติคัล OLT แบบสมมาตร 10G EPON ใช้วิธีการรับแบบต่อเนื่องจำเป็นต้องรับสัญญาณระเบิดที่มีอัตราต่างกันสองอัตราคือ 1.25 และ 10.3125 Gbit/s ซึ่งต้องใช้ส่วนที่รับเพื่อให้สามารถแยกแยะสัญญาณแสงของอัตราที่แตกต่างกันทั้งสองนี้ได้ดีเพื่อให้ได้สัญญาณไฟฟ้าเอาท์พุตที่เสถียรมีการเสนอแผนสองแผนสำหรับการใช้การรับระเบิดอัตราคู่ของโมดูลออปติคัล OLT ที่นี่
เนื่องจากสัญญาณออปติคอลอินพุตใช้เทคโนโลยี TDMA (Time Division Multiple Access) จึงอาจมีแสงระเบิดเพียงอัตราเดียวในเวลาเดียวกันสัญญาณอินพุตสามารถแยกออกจากโดเมนออปติคอลผ่านตัวแยกแสง 1: 2 เช่นดังแสดงในรูปที่ 2 หรือใช้เฉพาะเครื่องตรวจจับความเร็วสูงในการแปลงสัญญาณออปติคอล 1G และ 10G เป็นสัญญาณไฟฟ้าอ่อนแล้วแยกสัญญาณไฟฟ้าสองตัว สัญญาณที่มีอัตราต่างกันผ่านแบนด์วิธ TIA ที่ใหญ่กว่า ดังแสดงในรูปที่ 3
รูปแบบแรกที่แสดงในรูปที่ 2 จะทำให้สูญเสียการแทรกเมื่อแสงผ่านตัวแยกแสง 1: 2 ซึ่งจะต้องขยายสัญญาณแสงอินพุต ดังนั้นจึงติดตั้งเครื่องขยายสัญญาณแสงที่ด้านหน้าของตัวแยกแสงจากนั้นสัญญาณแสงที่แยกออกมาจะถูกแปลงด้วยแสง/ไฟฟ้าโดยตัวตรวจจับที่มีอัตราต่างกัน และสุดท้ายจะได้สัญญาณไฟฟ้าที่เสถียรสองชนิดข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดของโซลูชันนี้คือ มีการใช้เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลและตัวแยกแสง 1: 2 และจำเป็นต้องใช้เครื่องตรวจจับสองตัวในการแปลงสัญญาณแสง ซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อนในการใช้งานและเพิ่มต้นทุน
ในแผนผังที่สองที่แสดงไว้ในรูปที่3 สัญญาณแสงอินพุตจะต้องผ่านเครื่องตรวจจับและ TIA เท่านั้นเพื่อให้เกิดการแยกในโดเมนไฟฟ้าแกนหลักของโซลูชันนี้อยู่ที่การเลือก TIA ซึ่งต้องการให้ TIA มีแบนด์วิดท์ 1 ~ 10Gbit / s และในขณะเดียวกัน TIA ก็มีการตอบสนองที่รวดเร็วภายในแบนด์วิดท์นี้ผ่านพารามิเตอร์ปัจจุบันของ TIA เท่านั้นที่สามารถรับค่าตอบสนองได้อย่างรวดเร็ว สามารถรับประกันความไวในการรับได้ดีโซลูชันนี้ช่วยลดความซับซ้อนในการใช้งานได้อย่างมากและควบคุมต้นทุนได้ในการออกแบบจริง โดยทั่วไปเราเลือกรูปแบบที่สองเพื่อให้ได้รับการรับสัญญาณต่อเนื่องแบบอัตราคู่
2.3 การออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์ที่ส่วนรับ
รูปที่ 4 คือวงจรฮาร์ดแวร์ของชิ้นส่วนรับการระเบิดเมื่อมีอินพุตออปติคอลระเบิด APD จะแปลงสัญญาณออปติคัลเป็นสัญญาณไฟฟ้าอ่อนและส่งไปยัง TIAสัญญาณถูกขยายโดย TIA ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า 10G หรือ 1Gสัญญาณไฟฟ้า 10G ถูกป้อนเข้าสู่ 10G LA ผ่านทางคัปปลิ้งเชิงบวกของ TIA และสัญญาณไฟฟ้า 1G ถูกป้อนเข้าสู่ 1G LA ผ่านการคัปปลิ้งเชิงลบของ TIAตัวเก็บประจุ C2 และ C3 เป็นตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งที่ใช้เพื่อให้ได้เอาท์พุต AC คัปปลิ้งขนาด 10G และ 1Gเลือกวิธี AC-ควบคู่เนื่องจากง่ายกว่าวิธี DC-ควบคู่
อย่างไรก็ตาม ข้อต่อ AC มีประจุและคายประจุของตัวเก็บประจุ และความเร็วในการตอบสนองต่อสัญญาณจะได้รับผลกระทบจากค่าคงที่เวลาประจุและคายประจุ นั่นคือ สัญญาณไม่สามารถตอบสนองได้ทันเวลาคุณลักษณะนี้จะทำให้เวลาในการรับสัญญาณลดลง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องเลือกว่าตัวเก็บประจุคัปปลิ้ง AC มีขนาดใหญ่เพียงใดหากเลือกตัวเก็บประจุคัปปลิ้งที่มีขนาดเล็กลง ระยะเวลาในการรับจะสั้นลง และสัญญาณที่ส่งโดย ONU ในแต่ละช่วงเวลาสามารถรับได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่ส่งผลกระทบต่อเอฟเฟกต์การรับสัญญาณ เนื่องจากเวลาการชำระการรับสัญญาณยาวเกินไปและการมาถึงของครั้งต่อไป สล็อต
อย่างไรก็ตาม ความจุที่น้อยเกินไปจะส่งผลต่อเอฟเฟกต์การเชื่อมต่อ และลดความเสถียรของการรับสัญญาณอย่างมากความจุที่มากขึ้นสามารถลดการกระวนกระวายใจของระบบและปรับปรุงความไวของจุดรับได้ดังนั้น เพื่อที่จะคำนึงถึงเวลาการรับสัญญาณและความไวในการรับสัญญาณ จำเป็นต้องเลือกตัวเก็บประจุคัปปลิ้ง C2 และ C3 ที่เหมาะสมนอกจากนี้ เพื่อให้มั่นใจในเสถียรภาพของสัญญาณไฟฟ้าอินพุต ตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งและตัวต้านทานที่ตรงกันซึ่งมีความต้านทาน 50Ω จึงเชื่อมต่อกับขั้วลบของ LA
วงจร LVPECL (ลอจิกข้อต่อตัวส่งสัญญาณบวกแรงดันต่ำ) ประกอบด้วยตัวต้านทาน R4 และ R5 (R6 และ R7) และแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า 2.0 V DC ผ่านเอาต์พุตสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล 10G (1G) LAสัญญาณไฟฟ้า
2.4 ส่วนการเปิดตัว
ส่วนการส่งสัญญาณของโมดูลออปติคัล OLT แบบสมมาตร 10G EPON ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองส่วนของการส่งสัญญาณ 1.25 และ 10G ซึ่งจะส่งสัญญาณที่มีความยาวคลื่น 1490 และ 1577 นาโนเมตรตามลำดับไปยังดาวน์ลิงก์ยกตัวอย่างส่วนที่ส่งสัญญาณ 10G โดยสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล 10G คู่หนึ่งจะเข้าสู่ชิป CDR (Clock Shaping) จากนั้นเชื่อมต่อ AC คู่กับชิปไดรเวอร์ 10G และสุดท้ายจะถูกอินพุตที่แตกต่างกันลงในเลเซอร์ 10Gเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะมีอิทธิพลอย่างมากต่อความยาวคลื่นที่ปล่อยเลเซอร์ เพื่อรักษาความยาวคลื่นให้อยู่ในระดับที่โปรโตคอลต้องการ (โปรโตคอลต้องใช้ 1575 ~ 1580 นาโนเมตร) จึงต้องปรับกระแสการทำงานของวงจร TEC ดังนั้น สามารถควบคุมความยาวคลื่นเอาต์พุตได้ดี
3. ผลการทดสอบและการวิเคราะห์
ตัวบ่งชี้การทดสอบหลักของโมดูลออปติคัล OLT แบบสมมาตร 10G EPON ประกอบด้วยเวลาการตั้งค่าตัวรับ ความไวของตัวรับ และแผนภาพตาการส่งการทดสอบเฉพาะมีดังนี้:
(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
ตัวบ่งชี้การทดสอบหลักของโมดูลออปติคัล OLT แบบสมมาตร 10G EPON ประกอบด้วยเวลาการตั้งค่าตัวรับ ความไวของตัวรับ และแผนภาพตาการส่งการทดสอบเฉพาะมีดังนี้:
(1) รับเวลาการตั้งค่า
ภายใต้สภาพแวดล้อมการทำงานปกติของกำลังแสงระเบิดอัปลิงค์ที่ -24.0 dBm สัญญาณแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงที่ระเบิดจะถูกใช้เป็นจุดเริ่มต้นการวัด และโมดูลจะรับและสร้างสัญญาณไฟฟ้าที่สมบูรณ์เป็นจุดสิ้นสุดของการวัด โดยไม่สนใจ การหน่วงเวลาของแสงในเส้นใยทดสอบเวลาตั้งค่าการรับสัญญาณต่อเนื่อง 1G ที่วัดได้คือ 76.7 ns ซึ่งตรงตามมาตรฐานสากลที่ <400 nsเวลาตั้งค่าการรับสัญญาณต่อเนื่อง 10G คือ 241.8 ns ซึ่งตรงตามมาตรฐานสากลที่ <800 ns
