Trong hệ thống EPON, OLT được kết nối với nhiều ONU (đơn vị mạng quang) thông qua POS (bộ chia quang thụ động).Là cốt lõi của EPON, các mô-đun quang OLT sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của toàn bộ hệ thống EPON 10G.
1.Giới thiệu về mô-đun quang OLT đối xứng 10G EPON
Mô-đun quang OLT đối xứng 10G EPON sử dụng các chế độ truyền liên tục đường lên và truyền liên tục đường xuống, chủ yếu được sử dụng để chuyển đổi quang / điện trong hệ thống 10G EPON.
Bộ phận nhận bao gồm một TIA (bộ khuếch đại transimpedance), một APD (Avalanche Photodiode) ở 1270/1310nm và hai LA (bộ khuếch đại giới hạn) ở tốc độ 1,25 và 10,3125 Gbit/s.
Đầu phát bao gồm EML 10G (laser điều chế hấp thụ điện) và DFB 1,25 Gbit / s (laser phản hồi phân tán) và bước sóng phát xạ của nó lần lượt là 1577 và 1490nm.
Mạch điều khiển bao gồm mạch APC (Điều khiển công suất quang tự động) kỹ thuật số và mạch TEC (Bù nhiệt độ) để duy trì bước sóng phát xạ laser 10G ổn định.Việc giám sát tham số truyền và nhận được thực hiện bởi máy vi tính chip đơn theo giao thức SFF-8077iv4.5.
Do đầu nhận của mô-đun quang OLT sử dụng khả năng thu liên tục nên thời gian thiết lập thu là đặc biệt quan trọng.Nếu thời gian xử lý quá trình thu sóng kéo dài sẽ ảnh hưởng lớn đến độ nhạy, thậm chí có thể khiến quá trình thu sóng liên tục không hoạt động bình thường.Theo yêu cầu của giao thức IEEE 802.3av, thời gian thiết lập khả năng thu cụm 1,25Gbit / s phải <400 ns và độ nhạy thu cụm phải <-29,78 dBm với tỷ lệ lỗi bit là 10-12;và 10,3125 Gbit / s Thời gian thiết lập thu cụm phải <800ns và độ nhạy thu cụm phải <-28,0 dBm với tỷ lệ lỗi bit là 10-3.
Thiết kế mô-đun quang OLT đối xứng 2.10G EPON
2.1 Sơ đồ thiết kế
Mô-đun quang OLT đối xứng 10G EPON bao gồm một bộ ba (mô-đun ba chiều sợi đơn), truyền, nhận và giám sát.Bộ ba bao gồm hai tia laser và một máy dò.Ánh sáng truyền đi và ánh sáng nhận được tích hợp vào thiết bị quang thông qua WDM (Bộ ghép kênh phân chia bước sóng) để đạt được khả năng truyền hai chiều sợi đơn.Cấu trúc của nó được thể hiện trong Hình 1.
Bộ phận truyền bao gồm hai tia laser, có chức năng chính là chuyển đổi tín hiệu điện 1G và 10G thành tín hiệu quang tương ứng và duy trì độ ổn định công suất quang ở trạng thái vòng kín thông qua mạch APC kỹ thuật số.Đồng thời, máy vi tính đơn chip điều khiển cường độ dòng điều chế để đạt được tỷ lệ tắt mà hệ thống yêu cầu.Mạch TEC được thêm vào mạch truyền 10G, giúp ổn định đáng kể bước sóng đầu ra của laser 10G.Bộ phận nhận sử dụng APD để chuyển đổi tín hiệu quang cụm được phát hiện thành tín hiệu điện và xuất ra sau khi khuếch đại và định hình.Để đảm bảo độ nhạy có thể đạt đến phạm vi lý tưởng, cần cung cấp áp suất cao ổn định cho APD ở các nhiệt độ khác nhau.Máy tính một chip đạt được mục tiêu này bằng cách điều khiển mạch điện áp cao APD.
2.2 Triển khai thu cụm tốc độ kép
Phần nhận của mô-đun quang OLT đối xứng 10G EPON sử dụng phương thức nhận cụm.Nó cần nhận tín hiệu cụm của hai tốc độ khác nhau là 1,25 và 10,3125 Gbit/s, điều này đòi hỏi bộ phận nhận phải có khả năng phân biệt tốt tín hiệu quang của hai tốc độ khác nhau này để thu được tín hiệu điện đầu ra ổn định.Hai sơ đồ để thực hiện thu cụm tốc độ kép của mô-đun quang OLT được đề xuất ở đây.
Do tín hiệu quang đầu vào sử dụng công nghệ TDMA (Đa truy cập phân chia theo thời gian), nên chỉ có thể tồn tại một tốc độ chùm sáng tại cùng một thời điểm.Tín hiệu đầu vào có thể được tách trong miền quang thông qua bộ chia quang 1: 2, như trong Hình 2. Hoặc chỉ sử dụng bộ dò tốc độ cao để chuyển đổi tín hiệu quang 1G và 10G thành tín hiệu điện yếu, sau đó tách hai tín hiệu điện tín hiệu có tốc độ khác nhau thông qua TIA băng thông lớn hơn, như trong Hình 3.
Sơ đồ đầu tiên trong Hình 2 sẽ mang đến hiện tượng suy hao chèn nhất định khi ánh sáng đi qua bộ chia quang 1:2, bộ chia quang này phải khuếch đại tín hiệu quang đầu vào nên bộ khuếch đại quang được lắp đặt phía trước bộ chia quang.Các tín hiệu quang riêng biệt sau đó được chuyển đổi quang/điện bằng các máy dò có tốc độ khác nhau và cuối cùng thu được hai loại đầu ra tín hiệu điện ổn định.Nhược điểm lớn nhất của giải pháp này là sử dụng bộ khuếch đại quang và bộ chia quang 1: 2, cần có hai đầu dò để chuyển đổi tín hiệu quang, điều này làm tăng độ phức tạp khi thực hiện và tăng chi phí.
Trong sơ đồ thứ hai được thể hiện trên Fig.3, tín hiệu quang đầu vào chỉ cần đi qua máy dò và TIA để đạt được sự phân tách trong miền điện.Cốt lõi của giải pháp này nằm ở việc lựa chọn TIA, trong đó yêu cầu TIA phải có băng thông từ 1~10Gbit/s, đồng thời TIA có khả năng phản hồi nhanh trong phạm vi băng thông này.Chỉ thông qua tham số hiện tại của TIA mới có thể nhận được giá trị phản hồi nhanh chóng, độ nhạy thu mới có thể được đảm bảo tốt.Giải pháp này làm giảm đáng kể độ phức tạp của việc thực hiện và kiểm soát chi phí.Trong thiết kế thực tế, chúng tôi thường chọn sơ đồ thứ hai để đạt được khả năng thu cụm tốc độ kép.
2.3 Thiết kế mạch phần cứng ở đầu thu
Hình 4 là mạch phần cứng của bộ phận nhận cụm.Khi có đầu vào quang bùng nổ, APD sẽ chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện yếu và gửi đến TIA.Tín hiệu được TIA khuếch đại thành tín hiệu điện 10G hoặc 1G.Tín hiệu điện 10G được đưa vào 10G LA thông qua khớp nối dương của TIA và tín hiệu điện 1G được đưa vào LA 1G thông qua khớp nối âm của TIA.Tụ điện C2 và C3 là các tụ điện ghép nối được sử dụng để đạt được đầu ra ghép nối AC 10G và 1G.Phương pháp ghép AC được chọn vì nó đơn giản hơn phương pháp ghép DC.
Tuy nhiên, khớp nối AC có sự tích điện và phóng điện của tụ điện, tốc độ phản hồi tín hiệu bị ảnh hưởng bởi hằng số thời gian sạc và phóng điện, nghĩa là tín hiệu không thể phản hồi kịp thời.Tính năng này chắc chắn sẽ làm mất một khoảng thời gian xử lý tiếp nhận nhất định, vì vậy điều quan trọng là phải chọn tụ điện ghép AC lớn đến mức nào.Nếu chọn tụ ghép nhỏ hơn, thời gian xử lý có thể được rút ngắn và tín hiệu do ONU truyền trong mỗi khe thời gian có thể được nhận hoàn toàn mà không ảnh hưởng đến hiệu ứng thu vì thời gian xử lý tiếp nhận quá dài và sự xuất hiện của lần tiếp theo chỗ.
Tuy nhiên, điện dung quá nhỏ sẽ ảnh hưởng đến hiệu ứng ghép và làm giảm đáng kể độ ổn định của việc thu sóng.Điện dung lớn hơn có thể làm giảm độ giật của hệ thống và cải thiện độ nhạy của đầu thu.Vì vậy, để tính đến thời gian xử lý thu và độ nhạy thu, cần phải chọn tụ ghép C2 và C3 thích hợp.Ngoài ra, để đảm bảo sự ổn định của tín hiệu điện đầu vào, một tụ điện ghép và điện trở phù hợp có điện trở 50Ω được nối với cực âm của LA.
Mạch LVPECL (Logic ghép cực phát điện áp thấp) bao gồm các điện trở R4 và R5 (R6 và R7) và nguồn điện áp DC 2,0 V thông qua đầu ra tín hiệu vi sai bằng 10G (1G) LA.tín hiệu điện.
2.4 Phần khởi chạy
Phần truyền của mô-đun quang OLT đối xứng 10G EPON chủ yếu được chia thành hai phần truyền 1,25 và 10G, lần lượt gửi tín hiệu có bước sóng 1490 và 1577 nm đến đường xuống.Lấy phần truyền 10G làm ví dụ, một cặp tín hiệu vi sai 10G đi vào chip CDR (Định hình đồng hồ), được ghép nối AC với chip điều khiển 10G và cuối cùng được đưa vào một tia laser 10G khác nhau.Do sự thay đổi nhiệt độ sẽ ảnh hưởng lớn đến bước sóng phát xạ laser nên để ổn định bước sóng đến mức mà giao thức yêu cầu (giao thức yêu cầu 1575 ~ 1580nm), cần phải điều chỉnh dòng điện làm việc của mạch TEC, do đó rằng bước sóng đầu ra có thể được kiểm soát tốt.
3. Kết quả kiểm tra và phân tích
Các chỉ số kiểm tra chính của mô-đun quang OLT đối xứng 10G EPON bao gồm thời gian thiết lập máy thu, độ nhạy của máy thu và sơ đồ mắt phát.Các thử nghiệm cụ thể như sau:
(1) Nhận thời gian thiết lập
Trong môi trường làm việc bình thường của công suất quang cụm đường lên -24,0 dBm, tín hiệu quang phát ra từ nguồn sáng cụm được sử dụng làm điểm bắt đầu đo và mô-đun nhận và thiết lập tín hiệu điện hoàn chỉnh làm điểm cuối đo, bỏ qua thời gian trễ của ánh sáng trong sợi thử nghiệm. Thời gian thiết lập tiếp nhận cụm 1G đo được là 76,7 ns, đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế <400 ns;thời gian thiết lập tiếp nhận cụm 10G là 241,8 ns, cũng đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế <800 ns.
3. Kết quả kiểm tra và phân tích
Các chỉ số kiểm tra chính của mô-đun quang OLT đối xứng 10G EPON bao gồm thời gian thiết lập máy thu, độ nhạy của máy thu và sơ đồ mắt phát.Các thử nghiệm cụ thể như sau:
(1) Nhận thời gian thiết lập
Trong môi trường làm việc bình thường của công suất quang cụm đường lên -24,0 dBm, tín hiệu quang phát ra từ nguồn sáng cụm được sử dụng làm điểm bắt đầu đo và mô-đun nhận và thiết lập tín hiệu điện hoàn chỉnh làm điểm cuối đo, bỏ qua độ trễ thời gian của ánh sáng trong sợi thử nghiệm.Thời gian thiết lập tiếp nhận cụm 1G đo được là 76,7 ns, đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế <400 ns;thời gian thiết lập tiếp nhận cụm 10G là 241,8 ns, cũng đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế <800 ns.
