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极端温度10G光模块的设计|yabo网页版

2021-01-24 07:08

本文摘要:作者: MatthewDru,VitesseSemiconductor; ErikPennings现在可以将2.5Gbit/s和1/2/4Gbit/s的光通信模块应用于温度范围长的环境(一般为-20到85),但10Gbit/s模块落在后面。在这样的高速率光模块中在这样长的温度范围内使用的市场需求很明显。 线路卡的密度已经减少到80千兆位/秒,10千兆位/秒的线路速率逐渐成为在类似的环境中难以控制的本地接入点。

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作者: MatthewDru,VitesseSemiconductor; ErikPennings现在可以将2.5Gbit/s和1/2/4Gbit/s的光通信模块应用于温度范围长的环境(一般为-20到85),但10Gbit/s模块落在后面。在这样的高速率光模块中在这样长的温度范围内使用的市场需求很明显。

线路卡的密度已经减少到80千兆位/秒,10千兆位/秒的线路速率逐渐成为在类似的环境中难以控制的本地接入点。另外,像XFP这样的新的可插拔的收发机多源协议(MSA )对温度适应能力明确了更高的拒绝。由于这三个因素,设备制造商将开发具有更长温度(-20到85)性能的10Gbit/s模块。

但是,最近经常出现同时满足环境温度和传输率的拒绝技术。对于在更长的温度下EML和DML的比较单模光纤1310nm短距离(10km )传输系统,无加热器必要调制激光器(DML )是较好的自由选择。

deliveryforsystem (DFB ) DML特别受欢迎,在短距离传输中,特别是在10Gbit/s以太网中,长期以来使用非常顺利。但是,如果将DML应用于更长的温度或超过sonert的性能,则没有相当大的挑战。所有DML的光电转换曲线(L-I曲线)都随温度和时间而变化。

这种效果起因于激光的不对称。典型的10Gbit/sDML眼图显示了激光上升时间和下降时间的内在不对称。这种不对称随温度而变化。

图1显示的是激光的上升时间和下降时间的差异。这种不对称也随温度而变化。补偿这些效果最常见的方法是查找记录激光制造过程中展开的多次温度测试数据的表。

解决这些激光效应和不对称的另一种方法是让激光器总是输入光,根据一个外部调制器调制输入光,即所谓的外部调制激光器(EML )。在这种情况下,基于ea(electroaccess )调制器的EML从尺寸和调制驱动上的优点来看是适当的。EML的RF性能受EA部件比较慢的吸收能力的要求,关系到激光的动态特性,因此无论运转温度如何都可以得到顺畅的RF性能。从10GBase-LR眼图可知,无加热器EML在-20(左)到95(右)的范围内运行时具有优异的性能。

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一般来说,如果将EML用作1550nm40公里以上的传输,则优化EA调制器的动作可以减小啁啾或获胜啁啾,由此,低调制电压也可以得到线性消光曲线。当调制电流变化时,DML的消光曲线也呈直线。但是,DML的调制范围仍然是个问题,因为在0电平类似于闪烁阈值的情况下,DML不会产生有利的唤起效果。

关于两种激光器,为了构建线性电光开关功能,需要在从驱动器到模块的整个RF地下通道中展开严格的RF设计。也就是说,为了获得适当的输入性能,需要维持调制振幅的严格控制。引进无加热器1310nmEML改变了这种状况。

这种发射机的结构特征是,激光的生成和调制这两个功能构建在分离的横向耦合的波导元件上。通过横向结合这些要素,独立国家可以优化各功能,超过无加热器运营的拒绝,在EML制作中必须经过罕见的廉价重建步骤。

DFB激光元件为铝基,无加热器运行时可获得良好的输入光功率性能。EA被设计为具备鼓励s字形状的开关曲线,该曲线与上述线性曲线不同。

由于EA在光1和光0的限定版状态下动作,所以EA被驱动为饱和状态。允许EA调制曲线的优点是在开环控制下,使无加热器1310nmEML在整个温度范围内顺利工作(温图2 )。这样,调制驱动器的RF输入的漂移就可以得到期望的消光比(ER ),而不必根据温度和寿命的变化进行调整。

因为RF装备与温度和寿命有关,所以通过在这些无加热器EMLTOSA中使用,可以将模块特性试验和生产试验修正为直流试验。这里取得的ER比SONET链接的6dB拒绝小得多,所以模块制造商如果在模块上追加飞天组件,就可以作为10g bit/s以太网和SONET/SDH使用。如果制造商关心电源的功耗,利用无加热器EML的ER实质上随着温度的减少而减少的特性,可以在高温下用小RF漂移来增加电源的功耗。本框图基于Vitesse公司的VSC7982EML驱动器和比ApogeePhotonics公司的10T3081长的温度范围的1310nm无加热器EMLTOSA的牵引参照设计,取得了与XFP类似的小PCB(SFP )的设计例。

在1310nm10km传输系统,特别是10GBase-LR和OC-192SR1系统中,无加热器1310nmEMLTOSA由于是开环控制,所以结构非常简单。开环控制还可以提高性能。无加热器1310nmEML还可以用于更长距离的1550nm传输,与发射机技术类似,允许设计者在各种结构中充分利用一个调制驱动器。在更长的温度下正确自由地选择无加热器EML的驱动设计无加热器EML的调制驱动器,可以进一步增加设计工作量,延长上市时间。

如果激光的平均输出依然随温度变化,无加热器1310nmEML需要DML中使用的DC控制环路。但是,现在很多驱动器只具备RF调制功能,反对激光所需的DC控制环路,需要保持眼睛。这些周边相反电路非常简单,但由于数量很多,很多模块制造商很难将以往的模块PCB制成XFP等小型模块。为了解决这个问题,需要构建自动功率控制(APC )环路的调制驱动器。

这可以增加设备数量,使空闲空间适合商业化的所有10Gbit/s模块PCB。通过结合故障防止和激光控制指向功能,可以进一步增加芯片数量和占用空间。如上所述,为了运营开放且具有一定调制幅度的无加热器EML,需要在温度、电源电压、数据速率变化的情况下维持RF的浮动稳定性的调制驱动器。

使用于非常简单的电阻分压器,通过仔细设定控制电压,可以得到该性能。这样,设计师在任何情况下都可以确保充分的输入西移,增加产品的测试次数。图3表示1310nm无加热器EML及其相关的调制驱动电路的布局。

这个布局基于商业参考设计。在过去的五年里,许多设计团队在将设备集制成自己的产品之前,依赖于参考设计论证设备的可用性,延长了上市时间,增加了成本压力和工作量。这些参考设计一般是原始的电路板结构图和布局,还包括连接到激光驱动器和微控制器的TOSA控制电路、从驱动器到TOSA电路的RF模块的重要设计。

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RF模块的三维模型是设计正确的RF模块电路的关键。融合测试数据的合理参考设计可以给设计者带来好的起点,使设计者从实验室的评价需要转移到10Gbit/s模块的最后产品的PCB变慢。还包括XFP、X2、XENPAK、300针等PCB。

无加热器EML被用作OC-192传输,在-20(左)到90(右)的范围内也具有优异的性能。根据SONET/SDHOC-192速率的光数据眼模式(图4 )和10GBase-LR的光数据眼模式(图2 ),可以看出设备的适当的RF给予和模块的比特率与电气部件和光学设备相关的优点,即模块单模光纤光模块需要构建高容量10km距离的传输。

实际上,系统设计师提高了线路卡密度,增加了成本,运营商在中心局外逐渐开通了10Gbit/s链路,这些在温度适应环境范围内展开了对最大0到70设备的市场需求。这是行业发展的自然过程,与1990年代2.5Gbit/s模块的市场需求一样,未来几年10G模块的市场需求并不那么明显。现在,开发这些模块的技术经常出现,模块设计师为满足这个新的市场需求开辟了道路。


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