रिसीवर: PIN, APD, TIA और कोहेरेंट डिटेक्शन

रिसीवर तय करता है कि लिंक कितना कमज़ोर सिग्नल बर्दाश्त कर सकता है। लगभग सारा काम दो तरह के फ़ोटोडायोड करते हैं, एम्प्लिफ़ायर की एक जोड़ी उनके करंट को बिट में बदलती है, और सबसे लंबे लिंक के लिए एक बिल्कुल अलग तरीक़ा — कोहेरेंट डिटेक्शन — इनकी जगह ले लेता है।

फ़ोटोडायोड

एक PIN डायोड हर फ़ोटॉन को ज़्यादा से ज़्यादा एक इलेक्ट्रॉन में बदलता है — सिंपल, लीनियर, वाइड डायनामिक रेंज, कम बायस वोल्टेज। एक APD ब्रेकडाउन के क़रीब (दसियों वोल्ट पर) चलाया जाता है ताकि हर फ़ोटॉन इलेक्ट्रॉनों का एक एवलांच ट्रिगर करे, जिससे 5–10 dB रिसीवर संवेदनशीलता मिलती है — बदले में तापमान पर निर्भर बायस, ज़्यादा नॉइज़ और कम ओवरलोड पॉइंट झेलना पड़ता है। यही अतिरिक्त संवेदनशीलता है जो 40 km मॉड्यूल को 80 km का बना देती है, या PON OLT को 1:64 स्प्लिटर के पार किसी ONU को “सुनने” देती है।

अहम पैरामीटर: रिस्पॉन्सिविटी (A/W, InGaAs के लिए ~0.8–0.9), बैंडविड्थ (सिंबल रेट को कवर करना ज़रूरी — 10G के लिए ~7 GHz, 25G NRZ / 50G PAM4 के लिए ~25 GHz), डार्क करंट (नॉइज़ फ़्लोर), ओवरलोड (सैचुरेशन पावर, आमतौर पर −1…+3 dBm; बहुत ज़्यादा रोशनी से भी एरर आते हैं)।

करंट से बिट तक

फ़ोटोडायोड ──► TIA ──► LA (NRZ)  या  लीनियर एम्प ──► ADC ──► DSP (PAM4) ──► CDR ──► होस्ट

• TIA (ट्रांस-इम्पीडेंस एम्प्लिफ़ायर) माइक्रोएम्प फ़ोटोकरंट को कम से कम नॉइज़ जोड़ते हुए वोल्टेज में बदलता है — यही ज़्यादातर रिसीवर संवेदनशीलता तय करता है।
• LA (लिमिटिंग एम्प्लिफ़ायर) NRZ लिंक के लिए वेवफ़ॉर्म को साफ़ 1/0 स्तरों में काटता है।
• लीनियर TIA + ADC + DSP — PAM4 में चार स्तर होते हैं, इसलिए सिग्नल तब तक लीनियर बना रहना चाहिए जब तक DSP उसे इक्वलाइज़ करके स्लाइस न कर दे; यही वजह है कि PAM4 मॉड्यूल ज़्यादा महँगे होते हैं और ज़्यादा पावर खाते हैं।
• बर्स्ट-मोड रिसीवर (PON OLT साइड) अलग-अलग ONU से आने वाले टाइम स्लॉट के बीच तेज़ गेन और थ्रेशोल्ड रीसेट जोड़ते हैं (PON ट्रांसीवर)।
• मल्टी-लेन ROSA लेंस ऐरे या डीमल्टीप्लेक्सर के पीछे 4- या 8-एलिमेंट PIN ऐरे इस्तेमाल करते हैं, हर लेन का अपना TIA चैनल होता है — इसीलिए DDM में प्रति-लेन Rx पावर मिलती है (प्रति-लेन डायग्नोस्टिक्स)।

संवेदनशीलता, OMA और FEC

संवेदनशीलता एक टारगेट बिट त्रुटि दर (BER) के लिए बताई जाती है: क्लासिक NRZ लिंक के लिए 10⁻¹², लेकिन 25G+ और PAM4 के लिए स्पेक पॉइंट pre-FEC BER होता है (जैसे 2.4×10⁻⁴) जिसे RS-FEC ठीक कर सकता है — यानी “−10 dBm संवेदनशीलता” वाला 100G मॉड्यूल तभी काम करता है जब FEC ऑन हो (FEC और लिंक ट्रेनिंग)। मल्टीमोड स्पेक अक्सर संवेदनशीलता को औसत पावर की बजाय OMA में बताते हैं; फ़र्क़ ~3 dB तक हो सकता है (कैलिब्रेशन)।

कोहेरेंट डिटेक्शन

लगभग ~80–120 km से आगे, या 100G+ प्रति तरंगदैर्ध्य पर, डायरेक्ट डिटेक्शन का बजट ख़त्म हो जाता है। एक कोहेरेंट रिसीवर आती हुई रोशनी को एक 90° ऑप्टिकल हाइब्रिड में लोकल-ऑसिलेटर लेज़र के साथ मिलाता है और दोनों पोलराइज़ेशन को बैलेंस्ड फ़ोटोडायोड पेयर पर डिटेक्ट करता है; ADC नतीजे को डिजिटाइज़ करते हैं और एक DSP एम्प्लिट्यूड, फ़ेज़ और पोलराइज़ेशन वापस निकालता है — और क्रोमैटिक डिस्पर्शन व PMD की डिजिटल भरपाई करता है। संवेदनशीलता 15–20 dB तक बेहतर होती है और मॉड्यूलेशन QPSK या 16/64-QAM हो सकता है। यही वह रिसीवर है जो 400ZR/ZR+ और ट्रांसपोर्ट मॉड्यूल के अंदर होता है (कोहेरेंट ऑप्टिक्स)।

SOA-असिस्टेड रिसीवर

कुछ लॉन्ग-रीच PAM4 मॉड्यूल (400G ER, कुछ 100G) फ़ोटोडायोड से पहले एक सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्प्लिफ़ायर लगाते हैं ताकि रोशनी को पहले से एम्प्लिफ़ाई किया जा सके — यह APD और कोहेरेंट के बीच का एक रास्ता है, जिसकी क़ीमत अतिरिक्त पावर और लागत के तौर पर चुकानी पड़ती है।

DDM में रिसीवर क्या बताता है

• Rx पावर फ़ोटोडायोड की अपनी मापी गई वैल्यू है — DDM की वह इकलौती वैल्यू जो लगभग हमेशा सच होती है (DDM लेवल)।
• लो Rx अलार्म थ्रेशोल्ड लगभग रिसीवर की संवेदनशीलता के बराबर होता है; हाई Rx अलार्म उसके ओवरलोड के बराबर (थ्रेशोल्ड और अलार्म)।
• Rx के लॉस-ऑफ़-सिग्नल स्तर से नीचे जाने पर LOS असर्ट होता है — TIA आउटपुट पर लगा एक हार्डवेयर कंपैरेटर, जो किसी भी DDM रीड से तेज़ होता है।
• रिसीवर की गिरावट (APD गेन ड्रिफ़्ट, TIA एजिंग) सामान्य Rx पावर पर बढ़ते एरर के तौर पर दिखती है — अकेला DDM इसे नहीं पकड़ पाता; इसे एरर काउंटर के साथ मिलाकर देखें।

CodingBox में

DDM स्क्रीन हर लेन का Rx पावर मॉड्यूल की संवेदनशीलता और ओवरलोड थ्रेशोल्ड के मुक़ाबले दिखाती है, और Check transceiver स्क्रीन उन रीच और रेट कोड को डिकोड करती है जो PIN या APD रिसीवर का संकेत देते हैं। मॉड्यूल को रीकोड करते समय, इन कोड को मॉड्यूल में लगे असली रिसीवर के मुताबिक़ ही सच रखें।

हर इंटरफ़ेस के लिए संवेदनशीलता और ओवरलोड की विंडो, और DDM रीडिंग से अटेन्युएटर की साइज़ कैसे तय करें: Rx पावर और लिंक बजट, सामान्य वैल्यू।

फ़ोटोकरंट को बिट में बदलने वाले TIA, लिमिटिंग एम्प्लिफ़ायर और सिग्नल-डिटेक्ट सर्किट, और RX_LOS पिन: मॉड्यूल इलेक्ट्रॉनिक्स; PAM4 रिसीवर पर लीनियर फ़्रंट एंड और DSP: मॉड्यूलेशन और DSP।