Alıcılar: PIN, APD, TIA ve koherent algılama

Alıcı, bir bağlantının ne kadar zayıf bir sinyale tolerans gösterebileceğini belirler. İşin neredeyse tamamını iki tür fotodiyot yapar, bir çift yükselteç bunların akımını bitlere dönüştürür ve en uzun bağlantılarda bunların yerini temelden farklı bir yöntem — koherent algılama — alır.

Fotodiyotlar

Bir PIN diyodu her fotonu en fazla bir elektrona dönüştürür — basit, doğrusal, geniş dinamik aralıklı, düşük bias gerilimli. Bir APD, her fotonun bir elektron çığını tetiklemesi için kırılmaya yakın çalıştırılır (onlarca volt); bu da sıcaklığa bağlı bias, daha fazla gürültü ve daha düşük bir aşırı yüklenme noktası pahasına 5–10 dB hassasiyet kazandırır. Bu ek hassasiyet, 40 km’lik bir modülü 80 km’lik bir modüle dönüştüren ya da bir PON OLT’nin bir ONU’yu 1:64’lük bir splitter üzerinden duymasını sağlayan şeydir.

Anahtar parametreler: responsivite (A/W, InGaAs için ~0,8–0,9), bant genişliği (sembol hızını kapsamalıdır — 10G için ~7 GHz, 25G NRZ / 50G PAM4 için ~25 GHz), karanlık akım (gürültü tabanı), aşırı yüklenme (doyma gücü, tipik olarak −1…+3 dBm; çok fazla ışık da hatalara yol açar).

Akımdan bitlere

fotodiyot ──► TIA ──► LA (NRZ)  veya  doğrusal yükselteç ──► ADC ──► DSP (PAM4) ──► CDR ──► host

• TIA (trans-empedans yükselteci), mikroamperlik fotoakımı mümkün olduğunca az gürültü ekleyerek bir gerilime dönüştürür — alıcı hassasiyetini büyük ölçüde bu belirler.
• LA (sınırlayıcı yükselteç), NRZ bağlantıları için dalga formunu temiz 1/0 seviyelerine böler.
• Doğrusal TIA + ADC + DSP — PAM4’ün dört seviyesi vardır, bu yüzden bir DSP onu eşitleyip dilimleyene kadar sinyalin doğrusal kalması gerekir; PAM4 modüllerinin daha pahalı olmasının ve daha fazla tükettiğinin nedeni budur.
• Burst modu alıcılar (PON OLT tarafı), farklı ONU’lardan gelen zaman dilimleri arasında hızlı kazanç ve eşik sıfırlaması ekler (PON alıcı-vericileri).
• Çok şeritli ROSA’lar, bir lens dizisi veya bir ayırıcının arkasında 4 ya da 8 elemanlı PIN dizileri kullanır; her şeridin kendi TIA kanalı vardır — DDM’de şerit başına Rx gücünün nedeni budur (Şerit başına tanılama).

Hassasiyet, OMA ve FEC

Hassasiyet, hedef bir bit hata oranı için belirtilir: klasik NRZ bağlantıları için 10⁻¹², ancak 25G+ ve PAM4 için teknik özellik noktası, RS-FEC’in düzeltebileceği FEC öncesi BER’dir (örneğin 2,4×10⁻⁴) — yani “−10 dBm hassasiyetli” bir 100G modülü yalnızca FEC açıkken kullanılabilir (FEC ve bağlantı eğitimi). Çok modlu teknik özellikler hassasiyeti genellikle ortalama güç yerine OMA cinsinden belirtir; fark ~3 dB olabilir (Kalibrasyon).

Koherent algılama

~80–120 km’nin ötesinde veya dalga boyu başına 100G+ hızlarda doğrudan algılama bütçeyi aşar. Bir koherent alıcı, gelen ışığı 90° optik hibritte bir yerel osilatör lazeriyle karıştırır ve her iki polarizasyonu da dengeli fotodiyot çiftleri üzerinde algılar; ADC’ler sonucu sayısallaştırır ve bir DSP genliği, fazı ve polarizasyonu geri kazanır — ve kromatik dispersiyonu ile PMD’yi sayısal olarak telafi eder. Hassasiyet 15–20 dB iyileşir ve modülasyon QPSK veya 16/64-QAM olabilir. Bu, 400ZR/ZR+ ve taşıma modüllerinin içindeki alıcıdır (Koherent optik).

SOA destekli alıcılar

Bazı uzun erişimli PAM4 modülleri (400G ER, bazı 100G), ışığı ön yükseltmek için fotodiyodun önüne bir yarı iletken optik yükselteç koyar — APD ile koherent arasında, ekstra güç ve maliyet pahasına orta bir yol.

Alıcının DDM’de size söyledikleri

• Rx gücü, fotodiyodun kendi ölçümüdür — neredeyse her zaman gerçek olan tek DDM değeri (DDM seviyeleri).
• Düşük Rx alarmı eşiği kabaca alıcının hassasiyetidir; yüksek Rx alarmı ise onun aşırı yüklenmesidir (Eşikler ve alarmlar).
• LOS, Rx sinyal kaybı seviyesinin altına düştüğünde etkinleşir — TIA çıkışında donanımsal bir komparatör, herhangi bir DDM okumasından daha hızlıdır.
• Bozulan bir alıcı (APD kazanç sürüklenmesi, TIA yaşlanması), normal Rx gücünde artan hatalar olarak kendini gösterir — bunu tek başına DDM yakalamaz; hata sayaçlarıyla birlikte kullanın.

CodingBox’ta

DDM ekranı, şerit başına Rx gücünü modülün hassasiyet ve aşırı yüklenme eşiklerine karşı gösterir; Check transceiver ekranı ise bir PIN veya APD alıcıyı ima eden erişim ve hız kodlarını çözümler. Bir modülü yeniden kodlarken bu kodları modülün gerçekte taşıdığı alıcıyla tutarlı tutun.

Arabirim başına hassasiyet ve aşırı yüklenme pencereleri ve DDM okumalarından bir atenüatörün nasıl boyutlandırılacağı: Rx gücü ve bağlantı bütçesi, Tipik değerler.

Fotoakımı bitlere dönüştüren TIA, sınırlayıcı yükselteç ve sinyal algılama devresi ile RX_LOS pini: Modül elektroniği; PAM4 alıcılarındaki doğrusal ön uç ve DSP: Modülasyon ve DSP.