Modern Telekomünikasyon ve veri ağları, telekomünikasyon taşıyıcıları ve işletme altyapıları tarafından talep edilen yüksek hızlı veri bağlantılarına ulaşmak için sürekli baskıya maruz kalmaktadır.Bu alanda en önemli donanım gelişmelerden biri optik alıcılara doğrudan geçiş yapan ve elektronik teknolojilerin yakınlaştırılması, bu alandaki tümelleri doğrudan kontrol eden ve sinyal amplifikasyonu ve sinyal amplifikasyonun fiziksel katmanlarını araştırarak, gelecekteki 100 adet teknik açıdan daha fazla uygulamadaki diğer tüm avantajları ortadan kaldırır.

Optik Alıcıların ve Ethernet Transceivers'in temelleri

Entegrasyonun avantajlarını takdir etmek için, her bileşeninin fiber optik bağlantıda performans gösterdiğini anlamak önemlidir. Bir optik alıcı gelen ışık pullarını elektrik akımına dönüştürür, tipik olarak bir PIN veya fotokopi makinesi gibi bir fotodiode (APD) kullanır.

Optik Alıcı Operasyonları

Optik ön uç, fotodetektörden oluşur, transimpedans yükseltici (TIA), ve tek mod için limitli bir yükselteç (AGC) veya lineer amplifikatör ile otomatik olarak fotogratlar (örneğin, fotogratların on iki ucu) bir plazmaya dönüşür (ortalama değerleri, yüksek çözünürlükte ilk aşamaya bağlı olarak, tek modda bulunan ve şekillendiren bir sinyalli devreler için 800 nmdır.

Ethernet Transceiver (PHY) Rol

EthernetplYs, başlatıcısı (gelişme), fiziksel orta ağ (PMA), ve fiziksel orta bağlı (PMD) alt katmanlar için, PMD alt katmanı, optoelektronik dönüşüm parametrelerini, bir saat ve veri toplama işlemi dahil etmek veya doğrudan doğrulayıcısı ile TSE-LR4 veya 400GBASE-DR) ile uyumlu bir şekilde kontrol etmek için bir anahtarlama işlemi içerir.

Bütünleşme Yaklaşımları

Bütünleşme farklı düzeylerde yapılabilir: aynı baskılı devre kurulunda (hiper entegrasyon), aynı pakette (multi-çip modülü veya MCM), veya aynı ölüde (monolithic) Hybrid entegrasyonu tel bağlarını kullanarak veya döndürmek için en olgun yaklaşımdır, ancak eş-kırık optik optik optik disk (CPO) SerDesiyon ve ötesindeki yüksek çözünürlükte, optik motorlar ve yüksek çözünürlükte.

Tümleşik Çözümlerin Anahtar Faydaları

Entegre optik alıcılara ve Ethernet transceivers'e doğru hareket, birkaç boyutta ölçülebilir performans ve maliyet avantajları sunar.

Yüksek Veri Oranları ve Forput

Fotodetector ve dijital devre arasındaki yol kısa sürede, daha geniş bant genişliğine izin veriyor ve IEEE 802.3 (PAM4) ve yakında 224 Gbps (PAM4) tarafından tanımlanan 800 Gbps (PAM4) ve yakında 224 Gbps) ile ilgili verileri güvenilir bir şekilde destekliyor.Bu hızlarda, birkaç milimetre bile yıkıcı jitter ve atımlar tanıtıyor.

Latency ve Jitter'i azalttı

Finansal ticarette gecikme konularından her milisaniye, bulut bilişim ve gerçek zamanlı kontrol sistemleri. Entegre optik alıcılar, elektrik sinyallerinin ayrı CDR çipleri ve SerDess'i geçtiğinde meydana gelen tamponlamadan kaçınır. Doğrudan darbeleme, 30–50%'ye göre, ayrı uygulamalara kıyasla daha düşük oranlarda kesintiye uğramaz.

Uzay ve Güç Verimliliği

Veri merkezleri, kap gücü yoğunluğu ve fiziksel ayak izi ile kısıtlanır. Tümleşik transceivers, ayrı TIA paketleri, SAW filtreler ve dış saat ağları gibi kırmızıdan çıkarma bileşenleri ortadan kaldırır. Entegre modüller alıcı ve PHY'yi entegre eden tek bir QSFP-D veya OSFP modülü, Open Compute Project tarafından belirlenen 1 Tbps'yi güçlendirebilir.

Geliştirilmiş Güvenilirlik ve Signal Integrity

Daha az sayıda bağlantı daha az başarısızlık noktası anlamına gelir. Korsanlar ortaklar ve konektörler alanın en yaygın nedenleri arasındadır. Optik alıcı ve Ethernet transceiver'yi tek bir pakete taşıdıktan sonra, üreticiler tüm optoelektronik montajını bir birim olarak test edebilir, tutarlı performansları sıcaklık ve gerilim varyasyonlarını sağlar. Ayrıca, kısa elektrik yolu elektromanyetik müdahale (EMI) ve çapraz saptayarak, 50 Gbaud'nun üzerindeki yüksek oranda sinyalizasyon oranları 50 Gbaud. Entegre tasarımlar genellikle tümleşik tasarımlar içerir.

Uygulama Challenges ve Mitigations

Net faydalara rağmen, Ethernet transceivers ile optik alıcılar, tasarım ve dağıtım sırasında dikkatli bir şekilde ele alınması gereken birkaç teknik engeli tanıtmaktadır.

Uyumluluk ve Standartlar Uyum

Tasarımcılar, entegre modüllerin ilgili optik ve elektrik özellikleri ile karşılaştırılmasını sağlamalıdır. Fiziksel orta bağımlı (PMD) \FONT-CEI4.0) SerDes parametrelerini tamamen kontrol eder. Tümleşik modüller QSFP-D, OSFP ve QS224 gibi MSA form faktörlerine de uymalıdır.

Güç Yönetimi ve Termal Tasarım

TIA, CDR ve SerDes küçük bir hacimde ısıtılır. TIA genellikle 50-150 mW şerit başına tüketiyor, 112 Gbps SerDes, TIA'nın şerit başına 200-300 mW'yi çizebilir. Doğru termal yönetim olmadan, fotodiode'nun karanlık akım artışları ve hassasiyet degradları kullanarak. Çözümleri, CPO modülleri için gelişmiş ısıtılmış ısı pompasını kullanıyor ve CPO modülleri için mikro kanal sıvı soğutmayı ölçeklendirmeyi sağlıyor.

Signal Integrity Over Distance

Optik fiber mesafeler genellikle dağılımı ve doğrusal olmayanlık ile sınırlıdır, ancak entegre alıcı /PHY modülleri elektrik gürültü katkılarını azaltarak optik bağlantı bütçesini geliştirebilir. Ancak, optik güç bütçesi hala dikkatli bir hesaplama gerektirir. Örneğin, 500 m'den fazla bir 400GBASE-DR4 bağlantı, yaklaşık 6 dB'ye kadar minimum kaybı gerektirir. Entegre alıcının duyarlılığı (en iyileştirici) 10 km'un ötesindeki (en fazla 1E-12) tüm verici gücü eksiltme ile aynı zamanda tüm kaybın azaltılması gerekir.

Test ve Sertifikalandırma

Tümleşik modüller PAM4 optik sinyalleri kontrol edilen jitter ve gürültüyü üretebilecek özel ekipman gerektirir, artı sadece ev içi arayüzde elektrik çıktısını ölçmek.Eleşim 802.3 tarafından tanımlanmış olan birçok satıcı, göz açıp açma işlemini içerir (opla BIST. Conformance to MSA modülüne göre).

Uygulamaları Sürüş Entegrasyonu

Daha yüksek bant genişliği ve daha düşük güç talep, üç büyük alanda en güçlü, bunların hepsi hızla entegre optik alıcı / transiver modülleri benimsemektedir.

Veri Merkezleri ve Bulut Bilişim

Hiperscale veri merkezleri (örneğin, Amazon Web Services, Google Cloud, Microsoft Azure) ağ kumaşlarını 100 GbE'den 400 GbE'den ölçeklendirmeli ve yakında 800 GbE. Entegre modüller binlerce sunucuya karşı koruma yaparken yaprak-spine ve üst düzey anahtarlar için kritiktir. Örneğin, 8 x 112 Gbps elektrik ve optik şeritli 800 GbE ile entegre 800 GbE'ye entegre edilen 800 GbE'ye entegre edilmiş 800 GbE. Tümleşik modüller, yüksek port yoğunluktan yararlanarak aynı şekilde faydalanır.

Telekomünikasyon ve 5G

5G taşıma ağları, merkez ofisleri ve kablosuz baz istasyonu için yüksek hızlı önyükleme gerektirir. Tümleşik optik alıcı / transistörler, 25G'de 100G'de maksimum 5G ultra-reliable düşük çözünürlük iletişim (DCI) merkezi ofisler için ve kablosuz baz istasyonu geri yükleme sistemleri, OTN'deki tüm modüller için özellikle değerlidir ve Wwz'da en düşük gecikmeli lazer uygulamaları için en düşük gecikmeli lazer uygulamaları ile birlikte çalışır.

Enterprise Networks ve Kampüs Back Bones

Enterprise ortamları 10G ve 40G'den 100G ve 400G kampüs omurgalarına giderek daha fazla geliştiriliyor. Entegre modüller, daha uzun tek mod fiber çalıştırarak maliyeti biraz azaltıyor. kampüs bağlantıları için mevcut ekipmanla entegre edilmiş iki km, bakırdan gelen geçiş için şarj edilebilir.

Gelişen Teknolojiler ve Future Outlook

İntegra hızı yarı iletken ve fotonik teknolojiler olgunlaşır. Önümüzdeki yüksek hızlı veri bağlantıları nesli şekillendirecektir.

Silikon Fotonikleri ve Fotonik Bütünleşik Devreler

Silikon fotonikleri, fotoğraf makineleri ve SiGe-on-Si fotodiodlar gibi optik bileşenleri entegre etmek için CMOS-konaktajları kullanıyor ve Ethernet PHYs ile aynı zamanda performans limitlerini çok yüksek lineer gereksinimlerine (örneğin, Ge-on-Siff-SiD-QPSK ile) daha yakınlaştırıyor, doğrudan PAM4 modülleri için geniş ölçüde kabul edilir.

Co-Packaged Optiks

Co-packaged optik (CPO) bir sonraki entegrasyon adımını temsil ediyor, optik motor ASIC veya büyük PHY olarak aynı pakete yerleştirilir. Bu, şarj edilebilir modüller için gerekli olan ihtiyacı tamamen ortadan kaldırır, CPO'nun kısa süreli etkin lazer bağlantılarını gerektirir.Fortec Internetworking Forumu (OIF)) aşağıdaki 5JE-Packating Framework'ü etkili bir şekilde tanımlamak için Co-Packating Framework'ü başlattı.

800G ve Yüksek Veri Oranları

Endüstri yol haritası bu on yılda 1.6 Tbps ve 3.2 Tbps Ethernet'e işaret eder. Bu hızlar alıcı lineer oranına daha fazla entegre optik alıcıya ve sinyal-to-noise oranına daha fazla sayıda dijital sinyal işlemcisi (DSP) aynı şekilde eşitleme ve ileri hata düzeltmesi gibi, PHY ve hatta PAM8'ın sabitleyicisi arasındaki hattı daha da sıkılaştırır. Tüm modüller dijital sinyal işlemcileri içerir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Ethernet transceivers ile optik alıcılar, tek bir modül veya paketle buluşmak için kritik bir adımdır, tasarımcılar ısı yönetimi, uyumluluk ve testler arasındaki yüksek bulutlu iletişim alanlarının ötesinde sinyal bütünlüğü ve yoğunluk elde edebilir.Performanslar ve uygulama alanları arasında hızlı bir şekilde kabul edilirler.