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Bahasa Melayu 광 프런트엔드: TOSA, ROSA, BOSA
하우징, 마이크로컨트롤러, EEPROM을 걷어내면 트랜시버에는 두 가지만 남습니다: 빠르게 껐다 켤 수 있는 광원과 그것을 다시 읽어낼 수 있는 광 검출기입니다. 전송 거리, 파장, 광섬유 종류, 비용에 관한 모든 것은 모듈이 어떤 광원과 어떤 검출기를 탑재했는지에서 비롯됩니다. 이 페이지는 광학 프런트엔드를 소개하며, 이어지는 페이지에서 레이저, 수신기, 이들의 폼 팩터별 발전, 그리고 이를 만드는 칩온보드 방식을 다룹니다.
신호 경로
host SerDes ──► laser driver ──► LASER ──► fibre ──► PHOTODIODE ──► TIA ──► LA / CDR ──► host SerDes
(bias + modulation) (current) (voltage) (clean data)- 송신 측. 드라이버가 호스트의 전기 비트를 레이저를 스위칭하거나 변조하는 전류로 바꾸고, 레이저는 그 전류를 한 파장의 빛으로 바꾸며, 렌즈가 그 빛을 광섬유 코어에 결합합니다.
- 수신 측. 렌즈가 들어오는 빛을 포토다이오드에 모으면 아주 작은 전류가 발생하고, TIA(트랜스임피던스 증폭기)가 이를 전압으로 바꾸며, LA(리미팅 증폭기)가 이를 디지털 레벨로 정형화합니다. PAM4 모듈에서는 대신 선형 증폭기가 ADC와 DSP로 신호를 보냅니다. CDR이 그 결과를 리타이밍합니다.
서브어셈블리
| 용어 | 구성 | 비고 |
|---|---|---|
| TOSA — 송신 광 서브어셈블리 | 레이저 다이, 모니터 포토다이오드, 경우에 따라 드라이버, 렌즈, 광섬유 스텁 또는 리셉터클; 냉각형 설계에서는 TEC와 서미스터도 포함 | 파장, 송신 광출력, 소광비를 결정 |
| ROSA — 수신 광 서브어셈블리 | 포토다이오드(PIN 또는 APD), TIA, 렌즈, 리셉터클 | 수신 감도, 과입력, 대역폭을 결정 |
| BOSA — 양방향 OSA | 광섬유 하나 위에서 WDM 필터 하나를 공유하는 TOSA와 ROSA | BiDi와 PON 모듈(1310/1490/1550 nm) |
| 다채널 OSA | 렌즈 어레이와 MPO/MT 페룰을 갖춘 4레인 또는 8레인 레이저·PD 어레이, 또는 통합 WDM(CWDM4/LR4) 다중화기 | 병렬형과 WDM형 모듈 |
전통적으로 각 OSA는 기밀 TO-can(트랜지스터 아웃라인 금속 패키지) 또는 세라믹 박스입니다. 대량 생산되는 병렬 광학계는 점점 더 보드 위의 베어 다이를 사용하며 — 칩온보드 — 최신 설계는 변조기와 검출기를 실리콘 포토닉스 칩 위에 집적합니다.
중요한 수치
| 파라미터 | 측 | 의미 | 확인 위치 |
|---|---|---|---|
| 파장 | Tx | 레이저의 중심 파장(850, 1310, 1550, CWDM/DWDM 채널) | 식별 정보 바이트; Check transceiver |
| 송신 광출력 | Tx | 광섬유로 들어가는 평균 광파워(dBm) | DDM Tx 파워 |
| 소광비 | Tx | "1"과 "0" 광 레벨의 비율(dB) — 높을수록 검출이 쉬움 | 데이터시트; DDM에는 없음 |
| 처프/선폭 | Tx | 변조 중 파장이 흔들리는 정도 — 분산을 통해 전송 거리를 제한 | 설계 선택: DFB 대 EML |
| 수신 감도 | Rx | 목표 BER을 만족하는 최소 파워(dBm) | Rx 로우 알람 임계값 |
| 과입력 | Rx | 수신기가 포화되기 전의 최대 파워 | Rx 하이 알람 임계값 |
| 응답도 | Rx | 빛 1와트당 전류(A/W) | 설계 파라미터 |
| 대역폭 | 양쪽 | 전기 대역폭 — 심벌 레이트의 약 0.7배 이상이어야 함 | 레이트 등급 |
링크 버짓 = 송신 광출력 − 수신 감도 − 마진; 이 단순한 뺄셈 때문에 모듈의 레이저와 포토다이오드가 전송 거리 등급을 결정합니다. CWDM 다중화/역다중화와 링크 버짓을 참고하십시오.
냉각형과 비냉각형
레이저의 파장은 온도에 따라 흔들립니다(DFB 기준 약 0.1 nm/°C). 파장이 정밀해야 하는 경우 — DWDM, LAN-WDM LR4, EML 기반 장거리 — TOSA에는 열전 냉각기(TEC)와 서미스터가 들어갑니다. 20 nm 채널 간격이나 단일 파장이라 흔들림을 허용하는 경우 — SR, LR, CWDM — 모듈은 비냉각형이며, 더 저렴하고 전력 소모도 낮습니다. DDM에서 온도는 모듈 케이스의 온도이며, 냉각형 모듈 중에는 보조 모니터로 레이저 온도도 함께 보고하는 것들이 있습니다(DDM 파라미터).
무엇이 고장 나고, 어떻게 나타나는가
- 레이저 노화 — 파워를 유지하려고 바이어스 전류가 상승하다가 결국 출력이 붕괴합니다(장애).
- 수신기 열화 — 수신 감도가 나빠집니다; Rx 값은 정상으로 보이는데 오류가 늘어납니다.
- 결합 손실 — 리셉터클의 이물질이나 정렬 불량이 양쪽 모두에서 손실을 일으킵니다(링크 플래핑).
- 냉각형 모듈의 TEC 고장 — 파장이 필터 통과 대역을 벗어나 드리프트합니다.
CodingBox에서
광학 프런트엔드는 DDM을 통해 — Tx 파워, Tx 바이어스(레이저의 상태), Rx 파워(포토다이오드가 본 원단의 상태), 온도로 — 보고되며, CodingBox는 이를 DDM 화면에서 읽고 추이를 보여줍니다. 프런트엔드를 설명하는 식별 정보 바이트(파장, 전송 거리, 컴플라이언스 코드)는 EEPROM editor에서 읽고 코딩할 수 있으며, 모듈이 실제로 탑재한 레이저와 수신기에 맞게 일관되게 유지해야 합니다.
더 읽어보기
- 광학 패키징 — TO-can, 박스 TOSA, 렌즈, 아이솔레이터, 리셉터클, 스텁; 정렬 비용이 들어가는 곳.
- 모듈 내부의 WDM — TFF와 AWG 다중화기, BiDi 필터, TEC와 파장 고정기; LR4는 냉각형이고 CWDM4는 아닌 이유.
- 모듈 전자 회로 — 드라이버, TIA/LA, DSP, 컨트롤러, 전원 분배를 블록별로 설명.
- 변조와 DSP — NRZ 대 PAM4, DSP가 하는 일, 기어박스, LPO, 코히어런트 모듈.
- 컨트롤러와 펌웨어 — DDM, APC, 메모리 맵 뒤에 있는 MCU; 보호 기능의 구현 방식.
- 제조와 테스트 — 웨이퍼에서 코딩된 모듈까지: 정렬, 교정, 번인, 테스트.
- 케이블 내부 구조 — DAC, ACC/AEC, AOC 내부와 양 끝이 코딩되는 방식.
이 구성 요소들이 더 넓은 능동 인프라 속 어디에 위치하는지 — 트랜시버, 미디어 컨버터, 트랜스폰더, 증폭기, ROADM, PON 장비, 모니터링: 능동 광 인프라.