De optische front-end: TOSA, ROSA, BOSA

Laat de behuizing, microcontroller en EEPROM weg, en een transceiver bestaat uit twee dingen: een lichtbron die snel kan schakelen en een lichtdetector die dit weer kan uitlezen. Alles over bereik, golflengte, glasvezeltype en kosten volgt uit de bron en detector die een module bevat. Deze pagina introduceert het optische front-end; de volgende pagina's behandelen lasers, ontvangers, hun evolutie per vormfactor en de chip-on-board-manier om ze te bouwen.

Blokschema van een transceiver: hostconnector, CDR/DSP, laserdriver, TOSA, ROSA, TIA, microcontroller met EEPROM en DDM, voeding

Het signaalpad

 host SerDes ──► laser driver ──► LASER ──► fibre ──► PHOTODIODE ──► TIA ──► LA / CDR ──► host SerDes
                 (bias + modulation)                   (current)     (voltage) (clean data)

Zendzijde. De driver zet de elektrische bits van de host om in een stroom die de laser schakelt of moduleert; de laser zet stroom om in licht op één golflengte; een lens koppelt dat licht in de glasvezelkern.
Ontvangzijde. Een lens focust binnenkomend licht op een fotodiode, die een kleine stroom produceert; de TIA (transimpedantieversterker) zet die om in een spanning; de LA (begrenzende versterker) maakt er digitale niveaus van, of bij PAM4-modules voedt een lineaire versterker een ADC en DSP; de CDR klokt het resultaat opnieuw in.

De subassemblages

Term	Inhoud	Opmerkingen
TOSA — optische subassemblage voor zenden	laserchip, monitorfotodiode, soms de driver, lens, glasvezelstub of aansluiting; bij gekoelde ontwerpen een TEC en thermistor	bepaalt golflengte, zendvermogen, extinctieverhouding
ROSA — optische subassemblage voor ontvangen	fotodiode (PIN of APD), TIA, lens, aansluiting	bepaalt gevoeligheid, overbelasting, bandbreedte
BOSA — bidirectionele OSA	TOSA en ROSA achter één WDM-filter op één glasvezel	BiDi- en PON-modules (1310/1490/1550 nm)
Meer-kanaals OSA	4- of 8-lane laser- en PD-arrays met een lensarray en MPO/MT-ferrule, of een geïntegreerde WDM (CWDM4/LR4) mux	parallelle en WDM-modules

Traditioneel is elke OSA een hermetische TO-can (metalen transistor-outlinebehuizing) of een keramische box; parallelle optica met hoge volumes gebruikt steeds vaker kale chips op de printplaat — chip-on-board — en de nieuwste ontwerpen integreren modulatoren en detectoren op een siliciumfotonische chip.

De getallen die ertoe doen

Parameter	Kant	Betekenis	Waar u dit ziet
Golflengte	Tx	centrale golflengte van de laser (850, 1310, 1550, CWDM/DWDM-kanaal)	identiteitsbytes; Check transceiver
Zendvermogen	Tx	gemiddeld optisch vermogen in de glasvezel (dBm)	DDM Tx power
Extinctieverhouding	Tx	verhouding tussen lichtniveaus ‘1’ en ‘0’ (dB) — hoger is eenvoudiger te detecteren	datasheet; niet in DDM
Chirp / lijnbreedte	Tx	golflengteschommeling tijdens modulatie — beperkt bereik door dispersie	ontwerpkeuze: DFB vs EML
Gevoeligheid	Rx	minimaal vermogen voor de doel-BER (dBm)	lage Rx-alarmdrempel
Overbelasting	Rx	maximaal vermogen voordat de ontvanger verzadigt	hoge Rx-alarmdrempel
Responsiviteit	Rx	stroom per watt licht (A/W)	ontwerpparameter
Bandbreedte	beide	elektrische bandbreedte — moet groter zijn dan ~0,7 × symboolsnelheid	snelheidsklasse

Linkbudget = zendvermogen − gevoeligheid, minus marge; deze ene aftrekking verklaart waarom laser en fotodiode van een module de bereikklasse bepalen. Zie CWDM mux/demux & linkbudget.

Gekoeld of ongekoeld

De golflengte van een laser verschuift met de temperatuur (~0,1 nm/°C voor een DFB). Als de golflengte nauwkeurig moet zijn — DWDM, LAN-WDM LR4, lange afstanden op basis van EML — bevat de TOSA een thermo-elektrische koeler (TEC) en thermistor. Wanneer een kanaalafstand van 20 nm of één golflengte verschuiving toelaat — SR, LR, CWDM — zijn modules ongekoeld, goedkoper en met een lager vermogen. De temperatuur in DDM is die van de modulebehuizing; sommige gekoelde modules rapporteren ook lasertemperatuur als aanvullende monitor (DDM-parameters).

Wat faalt en hoe dat zichtbaar is

Laserveroudering — de biasstroom stijgt om het vermogen vast te houden, waarna de uitvoer wegvalt (Storingen).
Degradatie van de ontvanger — de gevoeligheid verslechtert; Rx leest goed uit terwijl fouten toenemen.
Koppelverlies — vuil of verkeerde uitlijning bij de aansluiting kost decibels aan beide zijden (Link flapping).
TEC-storing bij gekoelde modules — de golflengte verschuift buiten de doorlaatband van het filter.

In CodingBox

De optische voorkant wordt via DDM gerapporteerd — Tx-vermogen, Tx-bias (de conditie van de laser), Rx-vermogen (wat de fotodiode van het externe einde ziet) en temperatuur — die CodingBox uitleest en als trend toont op het scherm DDM. De identiteitsbytes die de voorkant beschrijven (golflengte, bereik, conformiteitscodes) worden uitgelezen en gecodeerd in de EEPROM editor; houd ze consistent met de werkelijke laser en ontvanger die een module bevat.

Verder lezen

Optische verpakking — TO-cans, box-TOSA’s, lenzen, isolatoren, aansluitingen en stubs; waar de uitlijnkosten zitten.
WDM binnen de module — TFF- en AWG-multiplexers, BiDi-filters, TEC en golflengtevergrendelingen; waarom LR4 gekoeld is en CWDM4 niet.
Module-elektronica — driver, TIA/LA, DSP, controller en vermogensdistributie, blok voor blok.
Modulatie & DSP — NRZ vs PAM4, wat de DSP doet, gearboxes, LPO en coherente modules.
De controller en zijn firmware — de MCU achter DDM, APC en de geheugenindeling; hoe beveiliging wordt geïmplementeerd.
Productie & testen — van wafer tot gecodeerde module: uitlijning, kalibratie, burn-in, tests.
Kabelinterne onderdelen — wat er in DAC, ACC/AEC en AOC zit en hoe beide uiteinden worden gecodeerd.

Waar deze componenten zich bevinden in de bredere actieve infrastructuur — transceivers, mediaconverters, transponders, versterkers, ROADMs, PON-apparatuur en monitoring: Actieve optische infrastructuur.

Vindt u een onjuistheid of fout in dit materiaal? Selecteer het betreffende fragment en druk op Ctrl+Enter om .