Penerima: PIN, APD, TIA, dan deteksi koheren

Penerima menentukan seberapa lemah sinyal yang dapat ditoleransi sebuah link. Dua jenis fotodioda mengerjakan hampir semua tugasnya, sepasang penguat mengubah arusnya menjadi bit, dan untuk link terpanjang sebuah skema yang secara mendasar berbeda — deteksi koheren — menggantikan keduanya.

Fotodioda

Dioda PIN mengubah setiap foton menjadi paling banyak satu elektron — sederhana, linier, rentang dinamis lebar, tegangan bias rendah. APD dijalankan mendekati breakdown (puluhan volt) sehingga setiap foton memicu longsoran (avalanche) elektron, membeli 5–10 dB sensitivitas tambahan dengan harga bias yang bergantung suhu, derau lebih besar, dan titik overload lebih rendah. Sensitivitas ekstra itulah yang mengubah modul 40 km menjadi modul 80 km, atau memungkinkan OLT PON mendengar sebuah ONU lewat splitter 1:64.

Parameter kunci: responsivitas (A/W, ~0,8–0,9 untuk InGaAs), bandwidth (harus mencakup symbol rate — ~7 GHz untuk 10G, ~25 GHz untuk 25G NRZ / 50G PAM4), dark current (lantai derau), overload (daya saturasi, biasanya −1…+3 dBm; cahaya yang terlalu banyak juga menyebabkan error).

Dari arus ke bit

fotodioda ──► TIA ──► LA (NRZ)  atau  penguat linier ──► ADC ──► DSP (PAM4) ──► CDR ──► host

• TIA (penguat trans-impedansi) mengubah fotoarus mikroamp menjadi tegangan dengan derau tambahan sesedikit mungkin — inilah yang sebagian besar menentukan sensitivitas penerima.
• LA (penguat pembatas) mengiris bentuk gelombang menjadi level 1/0 yang bersih untuk link NRZ.
• TIA linier + ADC + DSP — PAM4 memiliki empat level, sehingga sinyal harus tetap linier sampai sebuah DSP mengekualisasi dan mengirisnya; inilah sebabnya modul PAM4 lebih mahal dan lebih boros daya.
• Penerima burst-mode (sisi OLT PON) menambahkan reset gain dan ambang yang cepat di antara time slot dari ONU yang berbeda-beda (Transceiver PON).
• ROSA multi-lane memakai array PIN 4 atau 8 elemen di belakang lens array atau demultiplekser, setiap lane dengan kanal TIA-nya sendiri — itu sebabnya ada daya Rx per-lane di DDM (Diagnostik per-lane).

Sensitivitas, OMA, dan FEC

Sensitivitas dinyatakan untuk sebuah rasio kesalahan bit target: 10⁻¹² untuk link NRZ klasik, tetapi untuk 25G+ dan PAM4 titik spesifikasinya adalah BER pra-FEC (misalnya 2,4×10⁻⁴) yang dapat dikoreksi RS-FEC — sehingga modul 100G dengan “sensitivitas −10 dBm” hanya dapat dipakai dengan FEC menyala (FEC & pelatihan link). Spesifikasi multimode sering menyatakan sensitivitas dalam OMA, bukan daya rata-rata; selisihnya bisa ~3 dB (Kalibrasi).

Deteksi koheren

Di atas ~80–120 km, atau pada 100G+ per panjang gelombang, deteksi langsung kehabisan budget. Penerima koheren mencampur cahaya yang masuk dengan laser osilator lokal di dalam hybrid optik 90° dan mendeteksi kedua polarisasi pada pasangan fotodioda seimbang; ADC mendigitalkan hasilnya dan sebuah DSP memulihkan amplitudo, fase, dan polarisasi — serta mengompensasi dispersi kromatik dan PMD secara digital. Sensitivitas membaik 15–20 dB dan modulasinya bisa berupa QPSK atau 16/64-QAM. Inilah penerima di dalam modul 400ZR/ZR+ dan modul transport (Optik koheren).

Penerima berbantuan SOA

Beberapa modul PAM4 berjangkauan jauh (400G ER, sebagian 100G) menempatkan penguat optik semikonduktor di depan fotodioda untuk memperkuat awal cahayanya — sebuah jalan tengah antara APD dan koheren, dengan tambahan daya dan biaya.

Apa yang diberitahukan penerima di DDM

• Daya Rx adalah pengukuran fotodioda itu sendiri — satu-satunya nilai DDM yang hampir selalu nyata (Level DDM).
• Ambang low Rx alarm kira-kira sama dengan sensitivitas penerima; high Rx alarm adalah overload-nya (Ambang & alarm).
• LOS aktif ketika Rx jatuh di bawah level loss-of-signal — sebuah komparator hardware pada keluaran TIA, lebih cepat daripada pembacaan DDM mana pun.
• Penerima yang menurun (drift gain APD, penuaan TIA) tampak sebagai error yang meningkat pada daya Rx normal — DDM saja tidak akan menangkapnya; pasangkan dengan counter error.

Di CodingBox

Layar DDM menampilkan daya Rx per lane terhadap ambang sensitivitas dan overload modul, dan layar Check transceiver mendekode kode jangkauan dan rate yang mengisyaratkan penerima PIN atau APD. Saat mengodekan ulang sebuah modul, jagalah kode-kode itu tetap jujur terhadap penerima yang sesungguhnya dibawanya.

Jendela sensitivitas dan overload per interface, serta cara menentukan ukuran atenuator dari pembacaan DDM: Daya Rx & link budget, Nilai tipikal.

TIA, penguat pembatas, dan rangkaian signal-detect yang mengubah fotoarus menjadi bit, serta pin RX_LOS: Elektronik modul; front end linier dan DSP pada penerima PAM4: Modulasi & DSP.