Yüksek frekanslı ağlar için düşük gecikme arayışı içinde - 5G, 6G ve ötesinde - her mikrosaniye sayılarını eklemek veya bitirmek için çok dikkat, optik taşıma katmanı genellikle gizli gecikmeler veya bant genişliği olmadan mühendisler için önemlidir.

Latency-Sensitive Networks'teki Optik Alıcıların Eleştirel Rolü

Yüksek frekanslı ağlar arkahaul, önhaul ve veri merkezi interconnects için optik fiber kablolara bağlıdır. Optik alıcı her fiber bağlantının uç noktasında oturur, fotodeteksiyon ve sinyal kurtarma ile görevlendirilmiştir. hız ve doğruluk doğrudan optik alandan nasıl hızlı bir şekilde çıkarılabileceğini belirler.

Çiğ dönüşüm hızının ötesinde, alıcının tasarımı, yüksek veri oranları altında düşük riskli oranları koruma yeteneğini etkiler. hatalardan kaynaklanan herhangi bir yeniden yükleme felaket gecikmesini sağlar.Bu nedenle, alıcı optimizasyonu dönüşüm hızını, gürültü performansını ve güç tüketimini dengelemelidir. Aşağıdaki bölümler, etki sistemi seviyesindeki gecikme oranlarını azaltmaktadır.

Tasarım Faktörleri Sistem Latency

Fotodetector Response Time

Fotodetector – ya da bir PIN diyotu veya avalanche fotodiode (APD) – malzemenin ilk latency katkıda bulunur. yanıt süresi iki fenomen tarafından yönetilir: transit zaman ve RC zaman[D) sürekli olarak, fotoğraf makinesinin tükenme bölgesinde sürüklenmesi için gerekli olan aralığı azaltır; malzemenin iç içe geçer.

Capacitance (C) ve direnç yükleyicisi (R) bir RC zamanı sabit bir şekilde, dedektörün 3dB bant genişliğini sınırlar. 30 GHz bant genişliği ile teorik olarak 50 Gbaud sinyalini destekler, ancak herhangi bir dürtü yanlış eşleştirme veya parasitik bir kesintiye uğrama, düşük fotoğraf makinesinin üzerindeki yüksek bant genişliğini artırmak için aşağıdaki yapılara eklenebilir.

[FONT=0]Avalanche fotodiodes[[Döneticiler[Döneticiler) daha yüksek hassasiyet sunar, ancak çoklu uygulama gürültü ve ekstra taşıyıcı, avalanche sürecinde sık tercih edilir, çünkü doğrudan fotokontlar neredeyse hiçbir stoklama gecikmeyi ekleyemez, birçok aşamaya kadar, aşırı sağlanamaz hale gelir.

Elektronik Cephe ve Saat Kurtarma

Fotodetection'dan sonra, zayıf fotoğraflı, daha hızlı yerleşmeli ve sayısallaştırılmalıdır. Transimpedans yükseltici (TIA) daha sonra sınırlı yükselticileri veya analog-enerji dönüştürücüyü etkiler: yüksek oranda bant genişliğine sahip bir TIA daha hızlı yerleşmek zorunda, ancak herhangi bir üst düzey veya aşırı yükleme grubu gecikmeli.

Saat ve veri kurtarma (CDR) devreleri genellikle alıcının geç saatlere kadar en büyük tek kaynağıdır. CDR genellikle gelen veri kenarlarına kilitleyen bir fazı alır. Yüksek performanslı alıcılar PLL'nin geç kritik bağlantıları nasıl kullanabileceğini belirler.

Eş zamanlı alıcılar için, dijital sinyal işlemcisi (DSP) en geçkirleri ekliyor - birkaç mikrosaniyeye kadar. Yoğun bir dalga boyun eğlendiricisi (DWDM) ve eşanlı bağlantı çift-polarizasyon 64-QAM, DSP gecikmesi için yüzlerce musluk gerektirir, ancak bu şekilde mücadele etmek için her bir dokunuşu arttırır.

Eşitleştirme ve İleri Hata Düzeltme

Yüksek frekanslı ağlarda, K tapınma (CD), kutuplaşma modu dağılımı (PMD), ve bant sınırlamaları eşitlenmiş olmalıdır.Sağlı (FFE) ile K musluklar ile gecikmeli gecikmeler sağlar (K- 1)/2 sembolü dönemleri için. 50 GBaud sistemi ve 31 musluklar için, bu eşitleyici başına 300 ps eşitleme. Karar beslemeli eşitlemeler (DFEs) karar verme hatlarıyla büyür, ancak geç kalan geri bildirimleri sunar.

İleri hata düzeltmesi (FEC) başka önemli bir gecikmeli katkıdır. Tipik bir sert-decision FEC (e.g., RS (5)44,514), akarsulamalar nedeniyle birkaç on iki mikrosaniyenin gecikmesini sağlar.

Latency üzerinde Alıcı Mimarisinin Etkisi

Doğrudan algılama ve koherent algılama arasındaki seçim, sadece bir TIA ve bir saat kurtarma devresi üzerinde büyük ölçüde etkili bir etkiye sahiptir. Doğrudan algılama (ayrıca IM/DD-intensity modulation/yön algılama) doğal olarak basittir: fotodiode doğrudan optik sinyalin yoğunluğu, sadece bir TIA ve bir saat kurtarma devresi gerektirir.

Coherent algılama, diğer yandan, gelen sinyali karıştırarak hem amplitüd hem de faz bilgilerini geri almak için bir LO kullanır.Bu, alıcının büyük DSP'yi gerçekleştirmesine izin verir - frekans dengelemesi, taşıyıcı faz kurtarması, CD eşitleştirme ve PMD tazminatı. Devlet-of-the-art koherent alıcıları 7-nm ASIC'leri kullanarak DSP'ye karşı hassastır.

[FONT=0]Coherent-lite alıcıları [DFLT:1], ortaya çıkan bir uzlaşmadır.DSP'nin alt kümesini (örneğin, daha fazla tazminat ve temel taşıyıcı kurtarma) ve uygulamanın geç bütçesine uygun olarak eşleşmesi gerekir.

Tümleşik Fotonikler ve Co-Packating

Saçma ve fiber domuzlar tarafından bağlantılı ayrı optik bileşenler parasitik kapasitans ve bu parasitik kanal genişliğini ortadan kaldırarak gecikmeyi sağlar. Tüm fotonik alıcılar, silikon fotonikler (SiPh) veya indium fobide (PIC) fotonik entegre devreler (PIC) ve sinyal bütünlüğünü ortadan kaldırır.

Co-packaged optikler, optik motorun doğrudan ASIC'ye yerleştirildiği yerde, daha fazla gecikmiş devreyi ortadan kaldırarak alıcıyı SerDes. Companies like ETFFLT:0IEEE 802.3 Beyond 10 km ve [[Optical Internetworking Forum), alıcıya ihtiyaç duyan yüzlerce fotoğraf makinesinin son derece yüksek frekanslı ağlarından dolayı, tüm ekranlara ihtiyaç duyduğu optik diskleri azaltan ağlardan dolayı kontrol edilir.

Optik Alıcı Tasarımında Latency'ı Minik Etme Stratejileri

Mühendisler, diğer performans ölçümlerini ödün vermeden alıcı geçkiğini azaltmak için birkaç somut teknik uygulayabilirler. Aşağıda tasarım alanı tarafından gruplandırılan kanıtlanmış stratejilerin özetidir.

Bitirme-Level Optimizasyonları

  • [FONT:0) Fotoğrafçıları en hızlı geçiş süresi ile seçin hedef veri oranı için. Uniphotonic dedektörleri (e.g., UTC-PD) çok düşük transit zaman (sub-picosan) ve 100 Gbaud sistemleri için idealdir.
  • [FONT=0) TIA giriş kapasitesi[Dönetici:0) yüksek fT ve fmax ile heterok Eşleme çiftleri kullanarak, yüksek çözünürlükte 3-dB bant genişliğine sahip bir TIA.C. A TIA.C. A TIA with a 3-dB access overshoot without overshoot.
  • [FONT:0) Düşük grup gecikme varyasyonu ile sınırlı yükselteçleri kullanın[DÜT:1). Kesinlikle gerekli olmadıkça çok aşamalı tasarımlardan kaçının; her aşama, yaklaşık 10-20 ps gecikme ekler.
  • [FONT:0) CDR'yi ilk birkaç parçaya indiren bir ürün haline getirmek için CDR'yi (CDR) satın almak için, PLL satın alma süresini ortadan kaldırmak için. Burst-mode alıcılar son derece geç erişilebilir uygulamalar, ilk birkaç bit kartpostallara sahip bir “never-kahraman” mimarisi kullanabilir.

Mimari ve Sistem-Level Choices

  • [FONT:0)Favor, tutarlı algılamayı, ile sınırlı faktör olmadığı bağlantılar için doğrudan algılamayı sağlar. 5G cephede 10 km var, IM/DD düşük çözünürlük şampiyonu kalır.
  • [FONT=0]Employ minimum FEC[[DÜT:1) ve kısa blok uzunluğu ile düşük ücretli kodları (örneğin, 64×64). Apple M1 veri merkezi kumaşı yalnızca 50 ns eklerken özel bir düşük ücretlendirme FEC kullanır.
  • [[DÜDÜ:0)Reduce DSP karmaşıklığı[DÜT:1), düşük dağıtım ile kanallar için dinamik olarak kapatılan, makine öğrenimi tabanlı eşitleştirici eşitleştirici eşitleştirici eşitleştiriciler kullanarak, % 50'den fazla hata oranlarına göre prune muslukları ayırt edebilir.
  • [FONT=0) Optik ön kayıt artırımı [DFLT:1] (e.g., erbium-doped fiber amplifikatör) alıcıda SNR'yi geliştirmek için, böylece daha basit modulation formatları ve daha az DSP aşamalarına izin vermek.

Ambalaj ve Interconnection İyileştirmeler

  • [FONT=0)Adopt turn-çip bağı[[Dönder] TIA çipine fotodetektör için, 50 pH'nın altına kadar uzanan bağlantıyı azaltın.Bu, yüksek bant genişliği vegt;% 30 tel bağlantı ile kıyasla% 50.
  • [FONT:0)Implement through- ⁇ vias (TSVs)[Döneticileri)[Düzg:0)[değiştir | kaynağı değiştir]
  • [FONT=0] Düşük büyüklükteki RF substratları [Dönetici: 1). (e.g., Rogers 4003) alıcı modülü için sinyal kenarlarını yavaşlatabilecek ve ISI nedeniyle etkili geçliği artırabilecek olan dielektrik kaybını en aza indirmek için alıcı modülü için.

Bu stratejiler karşılıklı olarak özel değildir; iyi optimize edilmiş bir alıcı genellikle birkaçını birleştirir. Örneğin, düşük çözünürlükte 400 ZR eşanlı modül, TSV ile bir SiPh PIC, bir CDR, besleme sonrası mimarisi ile bir araya gelir ve hafif bir merdiven FEC.

Veri oranları, 1 Tbps'nin ötesine geçiyorken, geç saatler daha da sıkıya zorlanacak. Araştırmacılar birkaç umut verici avenues.ETHFLT:0)Photon-cavity photodetectors[Dfotoslar) tek-fotoğraflar kullanarak, son derece ince tabakalar ile birlikte, aşırı derecede incelenen fotozorlar (SPAD) aşırı derecede düşük maliyetlidir.

Elektronik tarafta, DSPT:0)analog eşitleştirme) DUYUN:2.tüm optik sinyal işleme) DSPT'nin tamamen ortadan kaldırılmasına veya eklenmemesine izin vermek için DSP-indüktöreden önce, 10 gecikmeden önce kesintiye uğramadan önce dengelemeyi gerçekleştirmek için DSP-indüklenen gecikmeden kaçınabilir.[D)

Yüksek frekanslı veri merkezi ağlarında (AGC) ve hızlı CDR satın alma noktalarının 10.Bölümde belirtilen verileri hızlı bir şekilde bir patlamaya kilitlenmeli (Dönetici) ve FlexEthernet (AGC) ve hızlı CDR satın alma noktalarının 10. kat daha az hıza sahip olması gerekir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Optik alıcı tasarımı, yüksek frekanslı ağlarda sistemin birincil belirleyicisidir. fotodetector'un geçiş saatinden DSP'nin boru hattı derinliğine kadar her bileşen, uygun fotodetek materyallerini seçerek, doğru mimariyi optimize ederek (yönetici tespit vs. coherent) ve FEC'nin düşük seviyeli yapısını doğru şekilde kullanarak, mühendisler, nanosaniyelerin onlarda son derece başarılı bir şekilde geçebileceklerdir.