10G光模塊主要功能和工作原理

10G光模塊主要功能和工作原理北研設計開發(fā)部新員工培訓教材主講：王向前日期：2006年6月8日版次：V1.0內(nèi)容提要綜述主要功能關鍵器件基本原理及關鍵電路北研自主開發(fā)的10G光模塊介紹目前國際主流10G模塊協(xié)議MSA300PINXENPAKXPAK/X2XFPMSA300PIN它是由包括：Agere、Fujitsu、Jdsu、Opnext、NEC等11個廠家共同定義的一種模塊標準。2004年MSA組又推出了適合于MSA300標準模塊的I2C協(xié)議MSA_10G_40G_TRX_I2C_Public_Document_04_Final.docMSA_10G_TRX_PublicDocumentEdition4.doc300PIN插座XENPAK協(xié)議XPAK/X2協(xié)議XFP協(xié)議幾類模塊尺寸比較10G模塊的應用領域SDH/DWDM系統(tǒng)

——MSA300PIN占統(tǒng)治地位Ethernet ——XPAK/X2占主導地位

——長距應用中采用XENPAKXFP目前已經(jīng)有上量的趨勢，開始在SDH和DWDM系統(tǒng)中使用各類模塊市場份額模塊的基本結構模塊在系統(tǒng)中的位置10G模塊在SDH/DWDM系統(tǒng)中10G模塊在Ethernet中的應用10G模塊在G.709中的應用10G模塊在FiberChannel中的應用10GTransponder的基本結構內(nèi)容提要綜述主要功能關鍵器件基本原理及關鍵電路北研自主開發(fā)的10G光模塊介紹10GTransponder的主要功能接收部分■發(fā)送部分

-光電轉換-數(shù)據(jù)復接

-限幅放大-激光器驅動

-數(shù)據(jù)時鐘恢復-APC電路

-數(shù)據(jù)分接-ATC電路

-電光轉換內(nèi)容提要綜述主要功能關鍵器件基本原理及關鍵電路北研自主開發(fā)的10G光模塊介紹關鍵器件接收部分

PIN管

APD管發(fā)射部分 激光器

EA調制器

M-Z調制器PIN管的基本結構PIN管的等效電路

雪崩二極管APD雪崩效應當反相偏壓增加到一定值時，光生載流子獲得足夠的動能，在與晶格碰撞時產(chǎn)生新的電子－空穴對。此電子－空穴對在強電場的作用下又獲得足夠大的動能從而產(chǎn)生新的電子－空穴對，使得耗盡層載流子急劇增加。■倍增因子M

和反向偏壓在一定范圍內(nèi)成正比例變化?！龇聪驌舸╇妷篤b

理論上定義為倍增因子達到無窮大時的反向偏壓實際使用中定義為當沒有輸入光時反向電流增大到預定值時的反向偏壓■暗電流

PIN管加正常反向偏壓、APD加95％×Vb反向偏壓、沒有入光時的反向電流接收機組件由PIN/APD和TIA前置放大器組成接收機參數(shù)響應度R單位為mA/mWR=Ip/PinIp為輸入光產(chǎn)生的光電流單位為mA，Pin為輸入光功率，單位為mW量子效率η

量子效率定義為轉換為光電流的光子數(shù)和入射總光子數(shù)之比。

R=ηλ/1.24波長越長，響應度越高！

接收機參數(shù)3dB截至頻率fc增益帶寬乘積GB

接收機參數(shù)靈敏度定義為當接收機誤碼率為1×10-12時所需要的最小接收光功率。它考慮了通常情況下由于接收機最差消光比，脈沖上升和下降時間，回損，連接器劣化，測試容差等帶來所有的功率代價。

過載定義為接收機誤碼率為1×10-12時的最大接收光功率回波損耗輸入光功率和輸出光功率之比

Rl=10LOG(Pin/Pout)激光器的分類激光器分類方法很多，按照結構可以分為：

F-P激光器、DFB激光器、DBR激光器、量子井（QW）激光器■按照調制方式可以分為：直接調制激光器外調制激光器：EA、M-Z等激光器的基本原理F-P半導體激光器的基本結構

激光器發(fā)光的條件工作物質（能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉的晶體）泵浦（電或者光）諧振腔滿足振蕩條件DBR激光器與DFB激光器的基本結構激光器的P-I曲線直接調制方式直接調制的過沖直調激光器的啁啾激光器注入電流發(fā)生變化時除了導致光功率發(fā)生變化，同時頻率也發(fā)生了變化，即產(chǎn)生了頻率調制，這種現(xiàn)象稱為啁啾啁啾使得信號在光纖中傳輸過程中由于色散的原因導致脈沖展寬，另外當系統(tǒng)中使用EDFA時，由于增益不平坦性導致頻率啁啾轉換為幅度調制。集成EA調制器的LD結構EA激光器結構EA激光器調制曲線DFB-EA調制器的Chirp來源EA調制器的固有Chirp EA吸收系數(shù)的變化導致折射率的變化，從而導致相位的變化EA端面反射導致DFB激光器有源區(qū)載流子濃度變化，從而導致DFB諧振腔的等效折射率變化EA驅動電壓的電耦合M-Z調制器的基本結構M-Z調制器P-V曲線M-Z調制原理M-Z調制原理激光器常用參數(shù)-20dB譜寬標準工作情況下，激光器所發(fā)射的峰值波長最大幅度下降20dB時，光譜線兩邊所對應的波長間隔?！鲞吥Ｒ种票萐MSR

全調制情況下，主縱模幅度與最大邊模幅度之比。

■消光比

A表示邏輯“1”為高電平時（傳號）平均輸出光功率，B表示邏輯“0”為低電平時（空號）平均輸出光功率，則消光比定義為EX=10lg（A/B）內(nèi)容提要綜述主要功能關鍵器件基本原理及關鍵電路北研自主開發(fā)的10G光模塊介紹10GTransponder基本原理接收部分基本結構限幅放大器的功能最佳判決點的確定發(fā)射部分原理模塊與單板的接口前向時鐘方式反向時鐘方式JitterFilter的使用反向時鐘方式前向時鐘方式JitterFilter的使用APC電路保證偏置電流恒定保證光功率恒定ATC電路保證激光器溫度恒定保證波長穩(wěn)定，100G間隔長期漂移不超過±10GHZ，50G不超過±5GHZ碼型光譜內(nèi)容提要綜述主要功能關鍵器件基本原理及關鍵電路北研自主開發(fā)的10G光模塊介紹10G模塊開發(fā)演進PE6MP3（PE6MA1）10G收發(fā)合一模塊

■接收機判決電平域值調整■采用EA調制可滿足2km、40km、80km傳輸■內(nèi)置CPU，IIC總線接口，部分支持MSAIIC協(xié)議■完全符合300pinTransponder的MSA協(xié)議■與PE6MP1和PE6MP210G收發(fā)合一模塊兼容■具有低成本優(yōu)勢■支持到11.3Gb/s以下的多業(yè)務速率■具有較好的抖動性能（帶有jitterclean時，抖動傳函滿足120kHz模板）■適用于DWDM和SDH系統(tǒng)PE6MPZ（PE6MAZ）10Gb/sRZ收發(fā)合一光模塊采用ERZ形式部分符合300pinTransponderMSA協(xié)議

APD（PIN）接收兼容設計內(nèi)置CPU，IIC總線接口接收機判決電平域值調整支持10Gb/s多速率業(yè)務PE6MP/A410Gb/s收發(fā)合一光模塊■接收機判決電平域值調整■采用EA調制可滿足2km、40km、80km傳輸■內(nèi)置CPU，IIC總線接口，部分支持MSAIIC協(xié)議■完全符合300pinTransponder的MSA協(xié)議■外形尺寸：SFF■具有低成本優(yōu)勢■支持到11.3Gb/s以下的多業(yè)務速率■適用于DWDM和SDH系統(tǒng)常用標準ITU-TG.691OpticalinterfacesforsinglechannelSTM-64andotherSDHsystemswithopticalamplifiersITU-TG.692OpticalinterfacesformultichannelsystemswithopticalamplifiersITU-TG.783Characteristicsofsynchronousdigitalhierarchy(SDH)equipmentfunctionalblocksITU-TG.825Thecontrolofjitterandwanderwithindigitalnetworkswhicharebasedonthesynchronousdigitalhier