Tor optyczny: TOSA, ROSA, BOSA

Zdejmij obudowę, mikrokontroler i EEPROM, a transceiver okaże się dwiema rzeczami: źródłem światła, które można szybko przełączać, i detektorem światła, który potrafi je odczytać. Wszystko, co dotyczy zasięgu, długości fali, typu światłowodu i kosztu, wynika z tego, jakie źródło i jaki detektor niesie moduł. Ta strona wprowadza w front-end optyczny; kolejne strony omawiają lasery, odbiorniki, ich ewolucję według formatu obudowy oraz sposób budowy metodą chip-on-board.

Droga sygnału

 SerDes hosta ──► sterownik lasera ──► LASER ──► światłowód ──► FOTODIODA ──► TIA ──► LA / CDR ──► SerDes hosta
                 (bias + modulacja)                   (prąd)     (napięcie) (czyste dane)

• Strona nadawcza. Sterownik przekształca elektryczne bity hosta w prąd, który przełącza albo moduluje laser; laser zamienia prąd w światło o jednej długości fali; soczewka sprzęga to światło z rdzeniem światłowodu.
• Strona odbiorcza. Soczewka skupia padające światło na fotodiodzie, która wytwarza znikomy prąd; TIA (wzmacniacz transimpedancyjny) zamienia go w napięcie; LA (wzmacniacz ograniczający) formuje z niego czyste poziomy cyfrowe, albo — w modułach PAM4 — wzmacniacz liniowy zasila ADC i DSP; CDR resynchronizuje wynik.

Podzespoły

Tradycyjnie każdy OSA to hermetyczny TO-can (metalowa obudowa typu transistor-outline) albo obudowa ceramiczna; optyka równoległa dużej skali coraz częściej wykorzystuje gołe kostki na płytce — chip-on-board — a najnowsze konstrukcje integrują modulatory i detektory na układzie fotoniki krzemowej.

Liczby, które się liczą

Budżet mocy łącza = moc nadawania − czułość, minus zapas mocy; to proste odejmowanie wyjaśnia, dlaczego laser i fotodioda modułu decydują o jego klasie zasięgu. Zobacz Multiplekser/demultiplekser CWDM i budżet łącza.

Chłodzone albo niechłodzone

Długość fali lasera dryfuje wraz z temperaturą (~0,1 nm/°C dla DFB). Tam, gdzie długość fali musi być precyzyjna — DWDM, LAN-WDM LR4, dalekozasięgowe rozwiązania na EML — TOSA zawiera chłodziarkę termoelektryczną (TEC) i termistor. Tam, gdzie odstęp kanałów 20 nm albo pojedyncza długość fali toleruje dryf — SR, LR, CWDM — moduły są niechłodzone, tańsze i mniej energochłonne. Temperatura w DDM to temperatura obudowy modułu; niektóre chłodzone moduły raportują też temperaturę lasera jako dodatkowy monitor (Parametry DDM).

Co zawodzi i jak to widać

• Starzenie lasera — prąd bias rośnie, aby utrzymać moc, po czym moc wyjściowa się załamuje (Awarie).
• Degradacja odbiornika — czułość się pogarsza; Rx odczytuje prawidłowo, podczas gdy liczba błędów rośnie.
• Strata sprzężenia — brud albo rozjustowanie przy gnieździe kosztuje decybele po obu stronach (Migotanie łącza).
• Awaria TEC w modułach chłodzonych — długość fali dryfuje poza pasmo przepustowe filtra.

W CodingBox

Front-end optyczny jest raportowany przez DDM — moc Tx, bias Tx (stan zdrowia lasera), moc Rx (widok dalszego końca oczami fotodiody) i temperatura — co CodingBox odczytuje i pokazuje w trendzie na ekranie DDM. Bajty danych identyfikacyjnych opisujące front-end (długość fali, zasięg, kody zgodności) są odczytywane i kodowane w EEPROM editor; dbaj o ich zgodność z rzeczywistym laserem i odbiornikiem, które niesie moduł.

Dalsza lektura

• Obudowy optyczne — TO-can, TOSA typu box, soczewki, izolatory, gniazda i stuby; na co idą koszty justowania.
• WDM wewnątrz modułu — multipleksery TFF i AWG, filtry BiDi, TEC i stabilizatory długości fali; dlaczego LR4 jest chłodzony, a CWDM4 nie.
• Elektronika modułu — sterownik, TIA/LA, DSP, kontroler i dystrybucja zasilania, blok po bloku.
• Modulacja i DSP — NRZ kontra PAM4, co robi DSP, gearboxy, LPO i moduły koherentne.
• Kontroler i firmware — MCU stojący za DDM, APC i mapą pamięci; jak zaimplementowano zabezpieczenie.
• Produkcja i testy — od płytki (wafer) do zakodowanego modułu: justowanie, kalibracja, wygrzewanie, testy.
• Wnętrze kabli — co znajduje się wewnątrz DAC, ACC/AEC i AOC oraz jak zakodowane są oba końce.

Gdzie te komponenty mieszczą się w szerszej infrastrukturze aktywnej — transceivery, konwertery mediów, transpondery, wzmacniacze, ROADM, urządzenia PON i monitoring: Aktywna infrastruktura optyczna.