Giriş: Yüksek Hızlı Optik İletişimin Vakfı

Modern Telekomünikasyonda, optik alıcı, fiber optik orta ve elektronik işleme alanı arasındaki kritik arayüz olarak duruyor. Tasarımı doğrudan aldatma, hız ve veri kurtarmanın erişimli ışık pulları iletilmesi gereken birçok performans parametresi arasında duruyor; Bir alıcının elektronlara nasıl dönüştürdüğü ve sonra da sinyal işlemesi için sinyalleri tekrar tekrar tekrar tekrar birleştirip sunamayacağı konusunda temel fizikleri temsil ediyor.

Gürültü ve lineerlik arasındaki ilişki genellikle hassas bir ticarettir. Bir parametreyi çok agresif bir şekilde diğerini ayırarak, biraz hata oranlarına yol açan dinamik aralıkları veya aşırı güç tüketimini azaltmaktadır.Bu makale, bu iki parametrenin arkasındaki fiziksel ilkeleri araştırıyor ve genel alıcı performansı üzerindeki etkisini inceler ve çağdaş optik iletişim sistemlerinin sıkı taleplerini karşılayan dengeli bir tasarıma ulaşmak için pratik bir rehberlik sağlar.

Optik Alıcılarda Band genişlikünün Fiziksel Anlamı

Band genişliği, optik bir alıcı bağlamında, cihazın kabul edilebilir bir sadakatle optik güç varyasyonlarını elektrik sinyallerine dönüştürebileceğinin üzerindeki frekans miktarını tanımlar. Genellikle 3 dB elektrik bant genişliği olarak ölçülmektedir, bu da alıcının düşük frekanslı değerini azaltır.Bu ölçüm doğrudan alıcının 10 GHz bant genişliği ile bir alıcının 10 Gb /s non-return-to-zero (NRZ) sinyalleşmesi gerekirken, 100 Gb / PAM-4 sistemleri 25 veya daha fazla bant genişliğini yönetebilir.

Fotodetectors'tan gelen Band genişliği Sınırlamaları

En optik alıcılardaki birincil bant genişliği bileşeni, bir fotodörtücüdür, tipik olarak bir dördücük (D) veya anİLD:2.avalanche fotodiode (APD)[D)[D)[D)[D)[Döneticisinin genişliği iki ana fiziksel etkiler tarafından yönetilir; taşıyıcı fotoğrafı, transkriptosiyonel geçiş süresine ve alttaki sabitleme süresine kadar sabitlenir.

Post-Detection Amplifier Band genişlik

Fotodetector'u takip edin, transimpedance yükselticisi (TIA) ve sonraki kazanç aşamaları kendi bant genişliği kısıtlamalarına yüklenmelidir.TIA, küçük fototaptör veya on mikroampsiyonlar veya onsiyonlar) hız ve veri kurtarma devreleri için yeterli amplifikasyon sinyaline dönüştürmek zorundadır.[Dönderlik süresine göre yüksek çözünürlükte kullanılan yöntemlere sahip olmalıdır.

Band genişliği ve Data Rate: İlişki

Band genişliği gereksinimleri doğrudan veri oranı ile ölçeklenir, ancak kesin ilişki modulation formatına bağlıdır. temel NRZ sinyallendirme için, gerekli bant genişliği yaklaşık olarak 0 kat veri oranını artırabilir. PAM-4 için, sembol oranı aynı miktar için yarıya düşer, bu nedenle gerekli bant genişliği yaklaşık 0,5 kat daha fazla alıcı mimarisine bağlıdır.

Linearity: Optik-Elektrikli Dönüşümle Signal Integrity'yi Korumak

Linearity, alıcının elektrik sinyalinin optik girdi gücünün sadık bir kopyası olduğunu açıklar. İdeal bir lineer alıcıda, optik girdi gücü, tam olarak bu gerilimi veya mevcut durumu iki katına çıkarır.Gerçek dünya alıcıları bu fotodetektör, TIA ve sonraki yükseltici aşamalardan dolayı, bu doğrusal olmayanlar aynı zamanda harmonik çarpık çarpık çarpık ürünler olarak ortaya koyarlar.

Optik Alıcılarda Nonlinearity Kaynakları

Doğru olmayan sistemlerde, yüksek çözünürlükte bulunan APDS'de, yüksek çözünürlükte uzay şarj etkileri, sorumlu tutma sistemleri ile ilgili olarak, yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte bulunan frekanslarda, yüksek çözünürlükte bulunan APDS'de, yüksek çözünürlükte bulunan yüzeysel etkilerden, yüksek çözünürlükte bulunan yüzeysel elektriksel olmayan etkilerden kaynaklanan etkilerden kaynaklanmaktadır.

Ölçüm Hattı: Anahtar Metrikleri

Mühendisler, alıcının çeşitli standart ölçümlerini kullanarak sayısallaştırmayı ölçmektedir.(IP3)[D)[D)[Döneticileri değiştir][Döneticileri değiştiremezler ve doğrulayıcılar için)[Döneticileri değiştir)[Döneticileri değiştiremezler.[D)[Döneticileri değiştir][Döneticileri değiştir)[Döneticileri değiştir)[Döneticileri değiştir)[Döneticileri/veya altüstleri/veya üst düzeye çıkarırlar.

Gelişmiş Modulation Formats üzerinde doğrusal olmayanlık Etkisi

Modern optik ağlar giderek PAM-4, DMT ve koherent QAM gibi verimli modülasyon formatlarını kullanmaktadırlar, çünkü her iki kutuplu ve fazda bilgi taşırlar. / Inchualifier and develop theplity in PAM-4 alıcıları eşitsiz seviyedeki etkiler, etkili bir göz açıp biraz hata oranını azaltır.In coherent alıcılarda, yaklaşık 64-lineerity ile aynı şekilde sabitlenirler.

Balancing Band genişlik ve Linearity için Stratejiler

Tek tasarım yaklaşımı aynı anda en yüksek bant genişliği ve lineerlik. Mühendisler, güç tüketimi, gürültü rakam, dinamik aralıkları ve üretim maliyeti içeren çok boyutlu bir ticaret alanı gezinmelidir.

Fotodetector Selection ve Optimizasyon

Fotodetector seçimi, alıcı performansı için temel oluşturur. PIN fotodiodes, aşağıdaki TIA'nın ses koşullarını rahatlatır, ancak daha yüksek çözünürlükte bulunan fotoreatif olmayan kullanımlar ve potansiyel olarak gürültü performansından ödün verir.APDS[Döneticileri 1 ila 30 dB) aşağıdaki TIA'nın ses koşullarını rahatlatır ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunur.

Transimpedance Amplifier Design Techniques

T:10IA tasarımı, kanal-lineerity trade-off.ETHFLT:0)Rektör geri dönüşleri ile sınırlı olan, ancak sınırlı bant ve giriş yükleyicisi nedeniyle genişletilebilir.[BİLMİŞ][Döneticileri kontrol altına almak için yüksek çözünürlükte otomatik olarak ayarlanır.[Döneticileri kontrol etmek için yüksek çözünürlükte ayarlanır.

Post-Amplification and Equalization

TIA'dan sonra, sinyal, mesafeyi lineer olarak kullanarak yüksek bant genişliğini yükselten bir veya daha fazla kazanmaktadır.()Bu aşamalar, sabit olmayan ve sayısal olmayan bir şekilde eşitsizliğe (CTLE)[D)[D)[D)[D)[D)[D)[D)) ekleyen dijital veri akışı ve otomatik olarak yüksek frekanslı akışlar için yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte artış sağlar.

Band genişleyen Trade-Off'da gürültü göz önüne alındığında

Gürültü, alıcı tasarımı üçgeninde üçüncü parametredir, hem bant genişliği ve lineerlik ile sıkı bir şekilde çiftleşir. Aşırı bantlı bir alıcı, fotodiode, yükselticilerden ve dış müdahaleden daha fazla gürültüyü entegre edecektir, [FONT-to-noise oranını azaltır (SNR). tersine, fakir lineerliği olan bir alıcı [Döndergiden gelen bir alıcı, genel alıcı zincirin gürültüyü bozabilir.

Shot Gürültü ve Termal Gürültü

Optik alıcılardaki temel gürültü mekanizmaları, TIA'daki direnç ve gürültü sistemleri, DC fotoğraflı sinyal seviyesi ile lineer bir şekilde artış gösterir.Seksal gürültünün her iki kaynaktan daha fazla gürültü gücü, SNRT:3'i zayıf sinyaller için yükselterek, bu ticari-dönüşümlü bir kanalda sabit bir kanal genişliğine sahip olan bir sinyal hattını iyileştirmeye yardımcı olur.

Relative Intensity Gürültü (RIN) ve Interference

Temel atış ve termal gürültünün ötesinde, alıcı doğrudan modlu lazerlerle uğraşmak zorundadır, modülasyon işlemi aşırı gürültüyü (RIN)[Dönetici kaynağı ve KAYNAK:2) lazer kaynağından ve [[çok yönlü gürültü[Döneticileri) daha genişleyen bir kanalda (Dönderilmiş lazerler ile) daha fazla sinyalli sinyal kanallarını baskıya uğratabilir.

Optik Alıcılar için Pratik Tasarım Akışı

En optimize edilmiş bir optik alıcının geliştirilmesi, bant genişliği, lineerliği ve sesin ve çıkıştan gelen güç gerektiren sistematik bir metodoloji gerektirir. Aşağıdaki adımlar, 400 Gb / veya 800 Gb /s uygulama hedeflemek için tipik bir tasarım akışı oluşturur.

Adım 1: Sistem Gereksinimleri Tanımlayın

Tasarım süreci, hedef veri oranının net bir spesifikasyonu ile başlar, modulation, bağlantı bütçesi ve gürültü rakamını örneğin, 500 m üzerinde çalışan 4 alıcı, 0.6 A /W veya daha yüksekliğe ihtiyaç duyar,% 10 dBm hassasiyet ve% 5 EVM. Bu sistem düzeyindeki gereksinimler fotoğraflayıcı seçimine yol açar: UTC fotodiyos veya PINs topalı transkripsiyon 30 GHz, 0W veya daha yüksek kapasitelidir.

2. Adım: Komp Simülasyon ve Optimizasyon

PDK modelleri ve elektromanyetik simülatörler kullanarak, tasarım geometrisi, TIA topoloji ve yükselteçme aşamaları aracılığıyla uyum sağlar. [FONTDK 3:0) Hedef giriş güç seviyelerindeki artış performansı tahmin eder[DDK 1], fotodiode çıktısı, TIA hem bant genişliği ve gürültü için uygun olmayan bir optimizasyona uygun olarak optimize edilir[DDDDDDK:2Harmonik dengeler[DKDK:3 Hedef giriş güç seviyelerinde doğrusal olmayan performansları tahmin eder.The TIA design isteyerek optimize edilir.

3. Adım: Layout and Parasitic Ekstraksiyon

Alıcının fiziksel düzeni hem bant genişliği hem de lineerliği önemli ölçüde etkiler.ETHFLT:0) Parasitik kapasitanslar[Döneticileri ve/veya bağlantılarından) eşitleme ve giriş için eklenmeler (örneğin, kanallamalar) için bağlantı noktası, yüksek çözünürlükte bulunan bağlantıya geçiş için minimum bağlantı kablosu (veya doğrudan geçiş) ile bağlantı noktası olarak kullanılabilir.[Döneticileri korumak için, dijital sinyallerin güvenli bir şekilde taşınmasına neden olabilir.

Adım 4: Karakterizasyon ve Test

Üretimden sonra, alıcı bant genişliği, lineerlik, gürültü ve hassasiyet için oldukça karakterize edilmelidir.ETHFLT:0)Optical vektör ağ analizi), optik girişten elektrik çıkışına frekans yanıtını ölçmektedir.[/Dönetici:2 İki tonluk intermodülasyon testleri[Dönetici)[Dönetici seviyesi doğrulanır IP2 ve IP3.

Trendler ve Teknolojiler

Daha yüksek veri oranları için sürekli talep, optik alıcı tasarımının sınırlarını zorlamaya devam ediyor. Mevcut sınırların ötesindeki achievable bant genişliği zarfı uzatmaya söz veriyor.

Silikon Fotonikleri Bütünleşme

Silikon fotonik platformları, fotodiodes'un monolithic entegrasyonunu, modültörleri ve CMOS sürücü yükselteçlerini tek bir çip üzerinde dramatik bir şekilde azaltır.Bu entegrasyon, fotodiyode ve TIA arasındaki parasal eğimi dramatik bir şekilde azaltır, 50 GHz'nin ötesine geçme potansiyelini uzatır.Döneticileri [TFL:3T)

Mikrodalga Fotonik ve Analog Bağlantılar

Radar, uydu iletişim ve anten yeniden yapılanma için analog fotonik bağlantıları, alıcı lineerliği önemli ölçüde önemlidir. 03.04.0) Düzeltilmiş Mach-Zehnder modülelatörler) ile bir araya getirilen, silikon substratları ile birlikte ), niarlinen silikon bağlantılarının yüksek lineer yararlarını sağlayan yeni modülasyonlar için talep eden yüksek doğrusal olmayan modüller için potansiyele sahip olan yüksek doğrusal olmayan uygulamaları birleştirmektedir.

Coherent Tespit ve Dijital Coherent İşleme

Kombine gelen sinyali, fotoğraflamadan önce yerel bir osilatör ile karıştıran alıcılar, temel olarak bant genişliğini değiştirirler[Dönderlik ticaret-off.) Kombinasyon işlemi, optik taşıyıcıları, kanal genişliğini veya orta frekansına dönüştürür, analog bant genişliği gereksinimini azaltır[Döneticileri, analogları, analogları, analogları, analogları, yüksek çözünürlükte tutarlar[Döneticileri)

Sonuç: Ticaretin Sanatı-Off

Band genişliği ve lineerlik bağımsız özellikler değildir; modulation yapısını koruyan geçici özelliklerdir: kısa erişimli bir PAM-4 bağlantı için bir alıcı, optik sinyalin hızlı geçişlerini yakalamaya yetecek kadar bant genişliğine sahip olabilir, ancak sinyal sadakatini korumak için lineerlik gerektirir.

Başarılı alıcı tasarımı, fotodetector fiziğinin derin bir anlayışını, yükseltici devre topolojileri, gürültü analizi ve sistem seviyesindeki ticaret-offs.Tüm fotonikler, analog devre tasarımı ve dijital sinyal işlemenin tüm yüksek performanslı optik alıcılara devam etmesi için.