У системі EPON OLT підключається до кількох ONU (блоків оптичної мережі) через POS (пасивний оптичний розгалужувач).Будучи ядром EPON, оптичні модулі OLT безпосередньо впливатимуть на роботу всієї системи 10G EPON.
1. Введення в симетричний оптичний модуль 10G EPON OLT
Симетричний оптичний модуль 10G EPON OLT використовує пакетний прийом висхідної лінії зв’язку та режими безперервної передачі низхідної лінії зв’язку, які в основному використовуються для оптичного/електричного перетворення в системах 10G EPON.
Приймальна частина складається з TIA (трансімпедансного підсилювача), APD (лавинного фотодіода) на 1270 / 1310 нм і двох LA (обмежувальних підсилювачів) на швидкостях 1,25 і 10,3125 Гбіт / с.
Передавальний кінець складається з 10G EML (лазер електропоглинання модуляції) і 1,25 Гбіт/с DFB (лазер з розподіленим зворотним зв’язком), а його довжини хвилі випромінювання становлять 1577 і 1490 нм відповідно.
Схема керування включає цифрову схему APC (автоматичне керування оптичною потужністю) і схему TEC (температурна компенсація) для підтримки стабільної довжини хвилі випромінювання лазера 10G.Контроль параметрів передачі та прийому реалізований однокристальним мікрокомп'ютером за протоколом SFF-8077iv4.5.
Оскільки приймальна сторона оптичного модуля OLT використовує пакетний прийом, час налаштування прийому є особливо важливим.Якщо час встановлення прийому тривалий, це значно вплине на чутливість і навіть може призвести до неправильної роботи пакетного прийому.Згідно з вимогами протоколу IEEE 802.3av, час встановлення пакетного прийому 1,25 Гбіт/с має становити <400 нс, а чутливість пакетного прийому має бути <-29,78 дБм з частотою помилок бітів 10-12;та 10,3125 Гбіт/с. Час встановлення пакетного прийому має бути <800 нс, а чутливість пакетного прийому має бути <-28,0 дБм з частотою помилок у бітах 10-3.
Конструкція симетричного оптичного модуля OLT 2.10G EPON
2.1 Схема проектування
Симетричний оптичний модуль 10G EPON OLT складається з триплексера (одноволоконний тристоронній модуль), передачі, прийому та моніторингу.Триплексер містить два лазери і детектор.Пропущене та прийняте світло інтегруються в оптичний пристрій через WDM (мультиплексор з розподілом по довжині хвилі) для досягнення двонаправленої передачі по одному волокну.Його структура показана на малюнку 1.
Передавальна частина складається з двох лазерів, основною функцією яких є перетворення електричних сигналів 1G і 10G в оптичні сигнали відповідно, а також підтримка стабільності оптичної потужності в стані замкнутого циклу через цифрову схему APC.У той же час однокристальний мікрокомп'ютер контролює величину струму модуляції для отримання коефіцієнта екстинкції, необхідного системі.Схема TEC додається до схеми передачі 10G, що значно стабілізує вихідну довжину хвилі лазера 10G.Приймальна частина використовує APD для перетворення виявленого оптичного сигналу спалаху в електричний сигнал і виводить його після посилення та формування.Щоб гарантувати, що чутливість може досягти ідеального діапазону, необхідно забезпечити стабільний високий тиск для APD при різних температурах.Однокристальний комп'ютер досягає цієї мети, керуючи ланцюгом високої напруги APD.
2.2 Реалізація двошвидкісного пакетного прийому
Приймальна частина симетричного оптичного модуля 10G EPON OLT використовує пакетний метод прийому.Він повинен отримувати пакетні сигнали з двома різними швидкостями 1,25 і 10,3125 Гбіт/с, що вимагає, щоб приймальна частина могла добре розрізняти оптичні сигнали цих двох різних швидкостей, щоб отримати стабільні вихідні електричні сигнали.Тут запропоновано дві схеми реалізації двошвидкісного пакетного прийому оптичних модулів OLT.
Оскільки вхідний оптичний сигнал використовує технологію TDMA (множинний доступ з поділом часу), одночасно може існувати лише одна швидкість спалаху світла.Вхідний сигнал можна розділити в оптичній області через оптичний розгалужувач 1:2, як показано на малюнку 2. Або використовуйте лише високошвидкісний детектор для перетворення оптичних сигналів 1G і 10G у слабкі електричні сигнали, а потім розділіть два електричні сигнали. сигнали з різною швидкістю через більшу смугу TIA, як показано на малюнку 3.
Перша схема, показана на малюнку 2, призведе до певних внесених втрат, коли світло проходить через оптичний розгалужувач 1:2, який повинен посилювати вхідний оптичний сигнал, тому оптичний підсилювач встановлюється перед оптичним розгалужувачем.Потім розділені оптичні сигнали піддаються оптичному/електричному перетворенню детекторами з різною швидкістю, і, нарешті, виходять два види стабільних електричних сигналів.Найбільшим недоліком цього рішення є те, що використовується оптичний підсилювач і оптичний розгалужувач 1:2, а для перетворення оптичного сигналу потрібні два детектори, що ускладнює реалізацію і здорожує.
У другій схемі, показаній на фіг.3, вхідний оптичний сигнал повинен пройти лише через детектор і TIA, щоб досягти розділення в електричній області.Суть цього рішення полягає у виборі TIA, який вимагає, щоб TIA мав пропускну здатність 1 ~ 10 Гбіт/с, і в той же час TIA мав швидкий відгук у цій смузі пропускання.Тільки за допомогою поточного параметра TIA можна швидко отримати значення відповіді, чутливість прийому може бути добре гарантована.Це рішення значно спрощує впровадження та тримає витрати під контролем.У фактичному дизайні ми зазвичай обираємо другу схему для досягнення двошвидкісного пакетного прийому.
2.3 Конструкція апаратної схеми на приймальному кінці
На рис. 4 показана апаратна схема частини прийому пакетів.Коли є пакетний оптичний вхід, APD перетворює оптичний сигнал у слабкий електричний сигнал і надсилає його до TIA.Сигнал посилюється TIA в електричний сигнал 10G або 1G.Електричний сигнал 10G надходить на 10G LA через позитивний зв’язок TIA, а електричний сигнал 1G надходить на 1G LA через негативний зв’язок TIA.Конденсатори C2 і C3 є конденсаторами зв’язку, які використовуються для досягнення вихідного сигналу змінного струму 10G і 1G.Метод зі зв’язком по змінному струму був обраний тому, що він простіший за метод зі зв’язком по постійному струму.
Однак зв’язок змінного струму має заряд і розряд конденсатора, і на швидкість реакції на сигнал впливає постійна часу заряду і розряду, тобто на сигнал не можна відповісти вчасно.Ця функція призведе до втрати певної кількості часу встановлення прийому, тому важливо вибрати розмір конденсатора зв’язку змінного струму.Якщо вибрано менший роздільний конденсатор, час встановлення може бути скорочений, і сигнал, переданий ONU в кожному часовому інтервалі, може бути повністю прийнятий без впливу на ефект прийому, оскільки час встановлення надто довгий і надходження наступного часу слот.
Однак занадто мала ємність вплине на ефект зв’язку та значно знизить стабільність прийому.Більша ємність може зменшити тремтіння системи та підвищити чутливість приймального кінця.Тому, щоб врахувати час встановлення прийому та чутливість прийому, необхідно вибрати відповідні розділові конденсатори C2 і C3.Крім того, щоб забезпечити стабільність вхідного електричного сигналу, до мінусової клеми LA підключають розділовий конденсатор і узгоджувальний резистор з опором 50 Ом.
Схема LVPECL (Low Voltage Positive Emitter Coupling Logic) складається з резисторів R4 і R5 (R6 і R7) і джерела напруги 2,0 В постійного струму через вихід диференціального сигналу 10G (1G) LA.електричний сигнал.
2.4 Розділ запуску
Передавальна частина симетричного оптичного модуля 10G EPON OLT в основному розділена на дві частини передачі 1,25 і 10G, які відповідно надсилають сигнали з довжиною хвилі 1490 і 1577 нм по низхідній лінії зв'язку.Взявши для прикладу передавальний компонент 10G, пара диференціальних сигналів 10G надходить у мікросхему CDR (Clock Shaping), з’єднується змінним струмом із мікросхемою драйвера 10G і, нарешті, диференціально вводиться в лазер 10G.Оскільки зміна температури матиме великий вплив на довжину хвилі випромінювання лазера, щоб стабілізувати довжину хвилі до рівня, який вимагає протокол (протокол вимагає 1575 ~ 1580 нм), робочий струм схеми TEC потрібно відрегулювати, тому що вихідну довжину хвилі можна добре контролювати.
3. Результати тестування та аналіз
Основні тестові показники симетричного оптичного модуля 10G EPON OLT включають час налаштування приймача, чутливість приймача та окодіаграму передачі.Конкретні тести такі:
(1) Час налаштування прийому
У нормальному робочому середовищі з пакетною оптичною потужністю висхідної лінії зв’язку -24,0 дБм оптичний сигнал, випромінюваний джерелом пакетного світла, використовується як початкова точка вимірювання, а модуль отримує та встановлює повний електричний сигнал як кінцеву точку вимірювання, ігноруючи час затримки світла в тестовому волокні. Виміряний час налаштування пакетного прийому 1G становить 76,7 нс, що відповідає міжнародному стандарту <400 нс;час встановлення пакетного прийому 10G становить 241,8 нс, що також відповідає міжнародному стандарту <800 нс.
3. Результати тестування та аналіз
Основні тестові показники симетричного оптичного модуля 10G EPON OLT включають час налаштування приймача, чутливість приймача та окодіаграму передачі.Конкретні тести такі:
(1) Час налаштування прийому
У нормальному робочому середовищі з пакетною оптичною потужністю висхідної лінії зв’язку -24,0 дБм оптичний сигнал, випромінюваний джерелом пакетного світла, використовується як початкова точка вимірювання, а модуль отримує та встановлює повний електричний сигнал як кінцеву точку вимірювання, ігноруючи час затримки світла в досліджуваному волокні.Виміряний час налаштування пакетного прийому 1G становить 76,7 нс, що відповідає міжнародному стандарту <400 нс;час встановлення пакетного прийому 10G становить 241,8 нс, що також відповідає міжнародному стандарту <800 нс.
