Moduły optyczne GBC Photonics 100G - konstrukcja wewnętrzna

Schemat blokowy modułów 100G Single Rate i Dual Rate:

Oba typy modułów mają tę samą architekturę. Najważniejsze bloki to:

Tx CDR & DRV – moduł nadajnika obsługujący cztery wejściowe kanały elektryczne, zawierający układy CDR (Clock and Data Recovery) oraz sterowniki laserów. Kanały elektryczne mogą pracować z prędkością transmisji 25.78 Gb/s (sumarycznie 103.125 Gb/s dla modułów single rate) lub obsługiwać dwie prędkości: 25.78 Gb/s i 27.95 Gb/s (sumarycznie 103.125 Gb/s lub 111.81 Gb/s dla modułów dual rate).

Układ CDR ma za zadanie zregenerować sygnał elektryczny dochodzący do modułu w dwóch wymiarach. W osi poziomej – czasu – chodzi o korektę odchyleń okresu sygnału (jitter), a w osi pionowej – wartości sygnału – CDR ma zapewnić poprawne dekodowanie amplitudy sygnału, na który mogą być nałożone szumy.

Dodatkowo w torze nadajnika stosuje się filtry FIR (finite impulse response) mające na celu poprawę charakterystyki częstotliwościowej sygnału, czyli mówiąc wprost – minimalizację zakłóceń wprowadzonych przez tor transmisyjny. Układ CDR działa bez referencyjnego sygnału zegara i dekoduje fazę oraz częstotliwość z sygnału wejściowego.

Rx CDR – moduł odbiornika obsługujący cztery sygnały elektryczne wytworzone przez diody odbiorcze wraz z układem CDR sygnału odbieranego. Układ CDR działa podobnie jak w przypadku toru nadawczego, jednak w torze odbiornika stosowane są inne filtry.

Jako że linia światłowodowa ma w uproszczeniu charakterystykę filtru dolnoprzepustowego, sygnał przechodzący przez taki tor jest poddawany działaniu filtrów CTLE (continuous-time linear equalization) mających za zadanie wyrównanie charakterystyki sygnału odbieranego przez moduł.

Dodatkowo w torze odbiornika stosuje się filtr DFE (decision feedback equalization), czyli układ logiczny w pętli sprzężenia zwrotnego systemu dekodowania wartości logicznej sygnału, wspomagający eliminowanie błędów dekodowania tej wartości.

Wpływ działania układu CDR na jakość sygnału ilustruje porównanie poniższych diagramów oka. Odpowiednio, z działającym układem CDR i bez takiego układu.

TOSA - transmit optical sub-assembly, czyli zespół nadajnika zbudowanego w oparciu o opisane wcześniej lasery typu DML (najczęściej w modułach single rate) lub EML (najczęściej w modułach dual rate). Cztery sygnały elektryczne są zamieniane na cztery długości fali: 1295.56 nm, 1300.05 nm, 1304.58 nm i 1309.14 nm, a następnie multipleksowane do jednego włókna jako LAN WDM. ‍

ROSA - receiver optical sub-assembly, czyli zespół odbiornika złożony z diod odbiorczych PIN lub APD w przypadku modułów większych zasięgów. Jego zadaniem jest zamiana sygnału optycznego na sygnały elektryczne przetwarzane dalej w torze odbiorczym. W przypadku diod APD (avalanche photo diode - z efektem lawinowym) krytycznie ważne jest zapewnienie odpowiednio niskiego, zgodnego z danymi katalogowymi, poziomu sygnału wejściowego.

Zbyt wysoki poziom sygnału może doprowadzić do fizycznego uszkodzenia modułu. Uruchamiając obwód z takim modułem, należy zadbać o to, żeby moc sygnału odbieranego mieściła się w zakresie zdefiniowanym w karcie katalogowej. Przy krótszych torach światłowodowych może być wręcz konieczne użycie odpowiednich tłumików.

Kontroler – układ mikroprocesorowy zarządzający pracą układów modułu, pamięcią EEPROM zawierającą konfigurację modułu oraz komunikacją z hostem realizowaną poprzez magistralę I2C

Gdzie stosować moduły single rate i dual rate?