Yüksek Hızlı Ağlarda Optik Alıcıların Rolünü Anlayın

Optik alıcılar, fiber optik iletişim bağlantılarında son kritik aşamayı oluşturur, sıkıştırılabilir ve çarpık optik sinyalleri geçiş ve kesinti ekipmanları kullanarak işleme için elektrik alanına geri dönüştürür. 100G, 400G ve ortaya çıkan 800G hattı oranları, alıcı performansı doğrudan ulaşılabilir, veri bütünlüğü ve genelleme sistemi marjına sahiptir.Bu, dağıtım, bakım ve sorun giderme ekipmanının sorumlu olması gerekir.

Temel Metrikler: Temel Sağlık Göstergeleri

Birçok parametre alıcı işlemine etki ederken, dört temel ölçüm performans değerlendirmesinin yatak ayağını oluşturur: hassasiyet, bant genişliği, gürültü rakam ve biraz hata oranı. Her biri diğerleriyle etkileşime girer ve dikkatli bir mühendislik yargısını gerektiren bir tek metrik genellikle ticaret kesintilerini azaltır.

Hassasiyet: Alıcının Asgari Tespit Edilebilir Signal

Hassasiyet, belirli bir miktar hata oranına ulaşmak için gerekli olan fotodetektördeki minimum ortalama optik güç olayı olarak tanımlanır, genellikle 10 - 12 en telecom sistemleri için. dBm (decibels 1 mW) Daha hassas alıcı, daha düşük optik güçle çalışabilir, avucun kullanımı ile daha düşük maliyetli hale gelir - 10 Gbps için tipik hassasiyet değerlerin 10 Gbps direkt olarak kullanılması için dBm (d)

Hassasiyet temel olarak, yükseltici devrelerden termal gürültü dahil olmak üzere alıcı gürültü ile sınırlıdır, fotoşu and göreceli yoğunluk gürültü (RIN) optik kaynaktan gelen hassas gürültü (yalnızca vuran bir alıcı için hassasiyet denklemi verilir:

[0]P min (dBm) = 10 log10 (h ⁇ / ⁇ ) * (B * Q2) ) + 30[D 1 )

h ⁇ foton enerjisi nerede, ⁇ kuantum verimliliğidir, B biraz hızdır ve Q hedef BER ile ilgili kaliteli faktördür (HBER=10-12, Q ⁇ 7). Gerçek dünya alıcıları 5-10 dB'nin termal gürültü cezalarını ölçmek için, bir değişken optik attanatör (VOA) bir kalibre ve alıcı arasında yerleştirilirken, VOA kaybı BER değeri arttırılırken, BER değeri azalır.

Band genişlik: Alıcının Cevapı Nasıl Hızlı Olabilir?

Band genişliği, alıcının yeterli amplifikasyon ve faz yanıtını güvenilir bir şekilde dönüştürebileceğinin frekansın aralıkını tanımlar.Bir dijital alıcı için, 3 dB elektrik bant genişliği (prodüktör gücü yarı yarıya indirdiği frekans) tipik olarak 0.7 ve 1.0 kez, jitter ve artış hızıyla, yüksek çözünürlükte gürültüyü devreye ve gürültüyü devreye götürür.

Band genişliği fotodiode'nin RC zamanı sabit, taşıyıcı geçiş zamanı ve bir kalibreli optik sinyal (örneğin, optik bir filtre) ve elektrik çıktı spektrumunu bir vektör veya yüksek hızlı sinyal ile ölçmek için 60 GHz'yi içerir.

Gürültü Şekil: Sayısal Degradasyon

Gürültü rakam (NF) sinyal-to-noise oranının bozulmasını ölçen kritik bir parametredir (SNR) çünkü sinyal alıcı aracılığıyla geçer.SNF, 15-25 dB'den önceki sürümler için, basit bir+TIA kombinasyonlarını APD tabanlı alıcılar için 10-15 dB'ye kadar gösterir.

NF, ilk aşama transimpedans yükseltici (TIA) tasarımı ile çok ağır etkileniyor, bu da denge kazanmak, bant genişliği ve termal gürültüyü dengelemek zorunda. Düşük ölçekli TIA, yüksek çözünürlükte en yüksek çözünürlükte limitli mühendisler için, yüksek hızlı dağıtım için, alıcı NF'nin optik güçle ve elektronik devrelere karşı dikkatli olması gerekir.

Bit Hata Oranı: Ultimate Quality Metrik

BER, alıcının marjını önceden düzeltmesi için gerekli olan bir dizi bittir. Modern sistemlerde FEC, yüksek kodlama (örneğin, Reed-Solomon veya LDPC) testlerini kullanarak, önceden yapılan testlerin (FEC) 10-2 veya hatta 10-1 olarak değerlendirilmesine izin verir.

BER doğrudan alıcının optik modulation amplitude (OMA) ile karar devredeki gürültü dağılımı ile ilgilidir. Q-faklı dağıtım, göz diyagramının amplitüdünü ve zamanlaması histogramları, verilen bir hassaslık için, BER zeminin gürültüyü azaltması, kromatlama modu gibi sinyal bozulmaması, kutuplaşma modu dağılımı (PMD), ve nonlineer faz gürültüyü kötüleştirir. sürekli izleme sırasında bağlantı tespiti, hizmetten önce erken tespiti sağlar.

Gerçek Dünya Performansı

Ana dört temelin ötesinde, birkaç ek ölçüm yüksek hızlı bağlantı tasarlarken dikkate alınmalıdır. Bu parametreler genellikle esnekliği ve çevresel sağlamlığı sınırlara yükler.

Dinamik Aralığı: Büyük İşaret Varileri Kullanın

Dinamik aralık, alıcının belirtilen BER ile çalışabileceği giriş optik gücünün kapsamıdır, en düşük maliyetli güce (gerekli olmayan) devreler meydana gelir veya TIA'nın kazanılması yoluyla dinamik bir dizisini genişletebilir.

Polarizasyon Bağımlısı Kayıplara (PDL) ve Polarizasyon Bağımlı Hassasiyete bağlı

Doğrudan cevap alıcıları için, fotodiode responsivity genellikle kutupizasyon bağımlıdır. ancak, sinyali yerel bir osilatör ile karıştıran alıcılara güvenerek, gelen sinyalin kutuplaşma durumunu takip etmelidir. özellikle de alıcının optik yolunda (fibertails, bölünmüşler, hibrit karıştırıcılar) bu iki kutuplu bağlantı noktasının hassaslığını azaltabilir.

Linearity and Distortion Metrics

Analog optik bağlantılar veya dijital bağlantılar gelişmiş modulation formatlarını (örneğin, QAM), lineer olmayan dinamik aralığı (SFDR) ve toplam harmonik bozulma (THD), alıcının, iki parmak izi ölçerek doğal olarak doğrulayıcı testi yapan ve sayısal bir sinyale uygun olarak sabitlenen fotologlar tarafından yeterince analiz edilmesi gerekir.

Ölçüm Teknikleri ve En İyi Uygulamaları

Alıcı metriklerinin doğru karakterizasyonu dikkatli bir araçlama ve kalibrasyon gerektirir. Aşağıdaki test konfigürasyonları üretim ve alan ortamlarında tipiktir:

  • [FONT=0]Sensitivite ve BER Test:) Bir tunable lazer kaynağı (TLS) bilinen yokluk oranıyla bir verici tarafından ayarlanan bir VOA'ya alıcı ve alıcı arasında test edilen bir test cihazı kullanın.
  • Band genişlik: Bir örnekleyici osiloskopu ile tahrik edilen yüksek hızlı bir optik modülatörü kullanın; dürtü yanıtının Fourier dönüşümünden elde edilir.Exprasyonel 3 dB noktasının üzerinde olması önerilir.
  • [FONT:0) Şekil Ölçümü: [Dönetici: [Dönetici:0] Y-fak yöntemi tercih edilir. Bir kalibreli gürültü kaynağı (örneğin, gürültü oranı ile EDFA) iki devlet ile: yüksek optik gürültü (öfke) ve düşük gürültünün (off) katkısı ile bir ölçü.
  • [FOL ve Polarizasyon Bağımlılığı: Bir kutuplaşma kontrolörü ve bir kutuplaşma cihazı, kaynağın ve alıcı arasında bir araya gelir.Sweep all kutupizasyon devletler, hassas seviyeye yakın sabit bir giriş gücünde BER takip ederken.

Tüm ölçümler, sıcaklık stabilizasyon (tipik olarak 25°C ± 1°C) ile kontrol edilen bir ortamda yapılmalıdır. Bilinen özelliklerle ilgili referans alıcılar bilinmeyen cihazlara karakterizasyondan önce test kurulumunu doğrulamalıdır.

Algıdadaki çevresel ve Aging Effects on Alıcı Metriks

Alıcı performansı statik değildir. Sıcaklık dalgalanmaları, fotodiode'nin (tipik olarak - 0,5'e -% 0.5'e inGaAs) ve APDs'in kazançları (bu da birkaç% °C'ye kadar değişebilir). APDs için önyargı gerilimi genellikle zaman boyunca, fotodiode karanlık artışlar, atış gürültüsü katkısını artırmak ve yüksek çözünürlükte hassasiyet gösteren otomatik olarak artar.

Trendler: 800G ve Coherent Subsystems'in Ötesinde

Yüksek devir için sürekli talep, alıcı teknolojisini fiziksel sınırlarına itiyor. 1.6T Ethernet ve ötesinde, 200 Gbaud'un üzerindeki sembolü, fotodiodları ve TIAs'yi bant genişliği ile >130 GHz, InP ve SiGe BiCMOS süreçlerinin sınırlarını zorlamak gibi. Dijital koherent alıcılar artık büyük paralel DSP ile 8 veya 16 optik girdiler, doğrusallık ve geç saatlere kadar iletişim kanalları ve iletişim kanalları oluşturmak için. Gelişmiş gürültü kanalları ile iletişim araçları gibi.

Ayrıca, fotonik entegrasyon (Resimsel fotonikler) aynı hassasiyet için daha yüksek giriş gücü gerektiren, gürültü rakam optimizasyonunu gelecekteki ağ tasarımlarına karşı umut verici performansa karşı umut verici bir şekilde sürdürmeli. Ancak, silikon fotodiode dektörler III-V bileşiklerine kıyasla daha yüksek giriş gücünü daha da artırmakta - gürültü rakam optimizasyonunu yapmak için daha da önemli.

Sonuç: Algor Optimizasyonu Kabul Edilecek Bir Yaklaşım

Optik alıcıların temel performans ölçümlerini üst düzeye çıkarmak - bakım, gürültü rakam ve BER - dinamik aralık, PDL ve lineerlik gibi ikincil parametrelerle birlikte, ağ mühendislerinin her alıcıdan en yüksek hızlı bağlantıları tasarlamasını ve izlemesini sağlar. Sistematik ölçüm ve sistem boyunca sistem döngüsüne tırmanmaya devam eden ve sistem boyunca hayat döngüsü beklenmedik hedeflere karşı temel önleyici önlemlerdir.

Daha derin teknik referans materyali arayanlar için aşağıdaki kaynaklar yazara dayalı kapsama sağlar:

  • [FONT:0]IEEE Lightwave Teknolojisi Dergisi) – alıcı tasarımı ve gürültü modellemesi üzerine yapılan bir araştırma.
  • [FONT:0)Uygulama Not: Optik Alıcı Karakterizasyonu[Dön 1: 1) – [[Dönetici:2)Keysight Technologies).
  • [FONT:0]Koherent Alıcı Test: Ölçme Meydanları ve Çözümleri[[Dönem: 1) [FONTD:2).
  • [FONT:0) Optik Alıcı Gürültü ve Hassasiyet[Dönetici: 1) [FONT:2).
  • [[Yüksek Hız Dijital Tasarım: Signal Integrity'nin Ölçülmesi ve Karakterizasyonu[Dönetici: 1) - BER ve jitter ölçüm temelleri kapsayan bir referans metni.

Bu performans içgörünü el-on ölçüm uygulamasıyla bütünleştirerek, optik alıcı optimizasyonu, bir sorun sanat yerine tekrarlanabilir, bilim temelli bir disiplin haline gelir.