Khối quang đầu cuối: TOSA, ROSA, BOSA

Bỏ qua vỏ, vi điều khiển và EEPROM, một transceiver chỉ còn là hai thứ: một nguồn sáng có thể bật tắt nhanh và một bộ tách sóng ánh sáng có thể đọc lại nó. Mọi thứ về cự ly, bước sóng, loại sợi quang và chi phí đều bắt nguồn từ việc module mang nguồn nào và bộ tách sóng nào. Trang này giới thiệu phần quang học; các trang tiếp theo trình bày laser, bộ thu, sự phát triển của chúng theo form factor và cách chế tạo theo kiểu chip-on-board.

Đường đi của tín hiệu

 SerDes host ──► driver laser ──► LASER ──► sợi quang ──► PHOTODIODE ──► TIA ──► LA / CDR ──► SerDes host
                 (phân cực + điều chế)                     (dòng điện)     (điện áp) (dữ liệu sạch)

• Phía phát. Driver chuyển bit điện từ host thành một dòng điện để bật/tắt hoặc điều chế laser; laser chuyển dòng điện thành ánh sáng ở một bước sóng; một thấu kính ghép ánh sáng đó vào lõi sợi quang.
• Phía thu. Một thấu kính hội tụ ánh sáng đến vào một photodiode, tạo ra một dòng điện rất nhỏ; TIA (bộ khuếch đại biến trở kháng) biến nó thành điện áp; LA (bộ khuếch đại giới hạn) biến nó thành các mức tín hiệu số rõ ràng, hoặc — trên các module PAM4 — một bộ khuếch đại tuyến tính cấp tín hiệu cho ADC và DSP; CDR tái định thời kết quả.

Các cụm quang học con

Theo truyền thống, mỗi OSA là một TO-can kín khí (gói kim loại transistor-outline) hoặc một hộp gốm; quang học song song sản xuất số lượng lớn ngày càng dùng die trần trực tiếp trên bo mạch — kiểu chip-on-board — và các thiết kế mới nhất tích hợp bộ điều chế và bộ tách sóng trên một chip silicon photonics.

Các con số quan trọng

Quỹ công suất tuyến = công suất phát − độ nhạy, trừ đi dự trữ; chính phép trừ đơn giản đó là lý do vì sao laser và photodiode của một module quyết định cấp cự ly của nó. Xem Bộ ghép/tách CWDM và quỹ công suất tuyến.

Có làm mát hay không làm mát

Bước sóng của laser trôi theo nhiệt độ (~0,1 nm/°C với DFB). Ở nơi bước sóng phải chính xác — DWDM, LAN-WDM LR4, cự ly dài dùng EML — TOSA có thêm một bộ làm mát nhiệt điện (TEC) và thermistor. Ở nơi khoảng cách kênh 20 nm hoặc một bước sóng đơn có thể chịu được trôi — SR, LR, CWDM — module không làm mát, rẻ hơn và tiêu thụ ít điện hơn. Nhiệt độ trong DDM là nhiệt độ vỏ module; một số module có làm mát còn báo cáo nhiệt độ laser như một giám sát phụ (Tham số DDM).

Hỏng ở đâu, và biểu hiện ra sao

• Lão hóa laser — dòng phân cực tăng dần để giữ công suất, rồi công suất ra sụp đổ (Hỏng hóc).
• Suy giảm bộ thu — độ nhạy kém đi; Rx vẫn đọc bình thường trong khi lỗi tăng lên.
• Suy hao ghép quang — bụi bẩn hoặc lệch trục tại đầu thu làm mất decibel ở cả hai phía (Liên kết chập chờn).
• Hỏng TEC trên các module có làm mát — bước sóng trôi ra khỏi dải thông của bộ lọc.

Trong CodingBox

Phần quang học được báo cáo qua DDM — công suất Tx, dòng phân cực Tx (tình trạng của laser), công suất Rx (góc nhìn của photodiode về đầu xa) và nhiệt độ — mà CodingBox đọc và theo dõi xu hướng trên màn hình DDM. Các byte thông tin nhận dạng mô tả phần quang học (bước sóng, cự ly, mã tuân thủ) được đọc và mã hóa trong EEPROM editor; hãy giữ chúng khớp với laser và bộ thu thật sự mà module mang.

Đọc thêm

• Đóng gói quang học — TO-can, TOSA dạng hộp, thấu kính, bộ cách ly, đầu thu và mẩu sợi quang; chi phí căn chỉnh nằm ở đâu.
• WDM bên trong module — bộ ghép kênh TFF và AWG, bộ lọc BiDi, TEC và bộ khóa bước sóng; vì sao LR4 có làm mát còn CWDM4 thì không.
• Điện tử của module — driver, TIA/LA, DSP, bộ điều khiển và phân phối nguồn, theo từng khối.
• Điều chế và DSP — NRZ so với PAM4, DSP làm gì, bộ chuyển đổi làn, LPO và module coherent.
• Bộ điều khiển và firmware — MCU đứng sau DDM, APC và bản đồ bộ nhớ; cách bảo vệ ghi được hiện thực.
• Sản xuất và kiểm tra — từ wafer đến module đã lập trình: căn chỉnh, hiệu chuẩn, burn-in, kiểm tra.
• Cấu tạo bên trong cáp — bên trong DAC, ACC/AEC và AOC có gì, và hai đầu được lập trình như thế nào.

Các thành phần này nằm ở đâu trong hạ tầng quang chủ động rộng hơn — transceiver, media converter, transponder, bộ khuếch đại, ROADM, thiết bị PON và giám sát: Hạ tầng quang chủ động.