基于0.18μm BiCMOS工艺的25Gbit/s光接收机前端电路设计

采用0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计并实现了一款传输速率为25 Gbit/s的高速光接收机前端电路。前端电路主要包括跨阻放大器(TIA)、限幅放大器(LA)、直流偏移消除电路和输出缓冲级4部分。跨阻放大器采用了伪差分结构,相比于传统的单端转差分电路,减少了共模噪声,增强了电路的稳定性。限幅放大器采用了Cherry-Hooper结构,利用射极跟随器作为反馈通路,降低了输出电阻,将输出电容与放大级隔离,从而拓展带宽,提高电路增益。直流偏移消除电路,有效消除了跨阻放大器输出端的直流偏移,提高了电路的稳定性。仿真结果表明,光接收机前端电路跨阻增益为65.4 dBΩ,带宽为25.3 GHz,灵敏度为-16.7 dBm,功耗为163 mW。

50 Gbit/s前传光模块关键技术研究与应用展望

随着全球5G网络的规模化商用及移动互联网流量的迅猛增长,更为丰富的无线频谱资源得以释放,高速率光模块在无线前传网络中的需求日益凸显。聚焦于50 Gbit/s前传光模块的关键技术,深入剖析了前传网络的两种主要组网方式,分析了前传链路的典型传输距离及链路损耗情况,探讨了10 km场景下粗波分复用(coarse wavelength division multiplex,CWDM)中各波长的最大色散值和最小色散值,并研究了相应的色散补偿策略,通过实验验证了不同多径干扰(multi-path interference,MPI)强度下系统光功率代价的变化,详细分析了多径干扰噪声对系统误码性能的潜在影响,为前传光模块参数的优化提供了重要的理论依据。此外,深入研究了50 Gbit/s前传光模块的光电芯片技术方案,对多种不同类型光模块的参数性能进行了严格的测试,提出了针对50 Gbit/s前传光模块光电接口参数的标准化建议,详细介绍了当前50 Gbit/s前传光模块在国内外的标准现状,并展望了未来应用的发展趋势。

50 Gbit/s PON高性能接收技术的研究

【目的】为了应对不断增长的超千兆需求,从千兆走向万兆,从第五代固定网络(F5G)走向高级第五代固定网络(F5.5G),50 Gbit/s无源光网络(PON)被认为是F5.5G的重要组成部分。故文章针对当前接入网络发展状况,对50 Gbit/s PON技术进行了深入研究。【方法】文章首先介绍了实现50 Gbit/s PON高灵敏度面临的困难,并提出了解决方案。方案中,50 Gbit/s的非归零(NRZ)信号通过雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)探测器,在强电场的作用下形成可被检测到的宏观电流,该电流通过跨阻放大器(TIA)放大并转换成电压输出。对其进行均衡处理,采用光数字信号处理(oDSP)芯片的前馈均衡器(FFE)和判决反馈均衡器(DFE)对脉冲信号的拖尾现象进行补偿后,再通过DFE将码间干扰的影响降到最低。接着重点分析了APD、TIA和oDSP等关键技术,并采用25与50 Gbit/s APD对接收性能进行比较。【结果】两组实验测试结果显示,第1组实验25 Gbit/s APD在测试时间4 min内接收信号无误码,接收光功率为-8.48 dBm,当误码率(BER)为2.78e-2时,接收光功率达-26.61 dBm;在使用50 Gbit/s APD的情况下,4 min内接收信号无误码时,接收光功率为-8.97 dBm。当BER为2.78e-2时,接收光功率达到-27.05 dBm,第2组数据50 Gbit/s APD-2也达到了同样的实验效果。【结论】50 Gbit/s APD接收灵敏度更高,性能更好,更适合使用在50 Gbit/s PON光模块中实现高性能接收。最后文章针对未来降成本方案在均衡技术与APD上的应用提出了可行性分析。

200 Gbit/s PAM4光发射组件封装技术研究

针对200 Gbit/s PAM4光收发模块的设计需求,提出了一种基于四阶脉冲幅度调制(PAM4)、数据传输速率达200 Gbit/s的光发射组件封装方案。该封装内部集成了4路PAM4电/光转换通道,单通道数据传输速率为50 Gbit/s。介绍了该200 Gbit/s PAM4光发射组件的组成和技术难点,然后对其中的50 Gbit/s数据传输通道进行了建模、仿真和优化,最后完成了样品的测试。测试结果表明:样品的单通道PAM4数据速率可达50 Gbit/s,整体PAM4数据速率可达200 Gbit/s,满足光收发模块的设计需求。

基于DWDM的超100 Gbit/s混合组网分析

【目的】近年来,数据通信量呈爆炸性增长,为了应对高速、高容量数据传输及网络应用场景多样化的需求,超100 Gbit/s密集波分复用(DWDM)混合组网作为一种高效的解决方案逐渐受到关注。文章通过对超100 Gbit/s DWDM混合组网的需求、关键技术及实际案例进行分析,为构建高容量、高效率的通信网络提供了技术支持和指导。【方法】文章首先阐述了网络发展在容量扩展和支持复杂网络设计方面的需求,其次重点介绍了超100 Gbit/s混合组网的关键技术,包括星座图整形、频谱整形和灵活栅格技术等。其中,为支撑混合组网的业务速率设计,提供了一种用于级联掺铒光纤放大器(EDFA)通信系统的光信噪比(OSNR)计算方法,仅利用信道配置信息、发端信号光功率、EDFA的增益及噪声等相关参数,即可计算出整个链路中各个波长的输出OSNR。最后,结合海外某网络案例,根据实际链路OSNR评估情况,合理进行混合速率网络设计,论证了超100 Gbit/s DWDM混合组网在实际工程中的应用效果。【结果】通过应用超100 Gbit/s DWDM混合组网,根据OSNR评估情况灵活配置传输速率和传输带宽,实现了200、600和800 Gbit/s混合速率网络部署,既满足了核心站点的大容量需求,也兼顾了边缘站点的长途大跨度需求,并在3年期间实现了网络的平滑升级和扩容。【结论】实践证明,超100 Gbit/s DWDM组网能够有效提升网络容量、灵活性及频谱资源利用率,同时也为网络的持续演进提供了空间,是推进大容量光传输网络发展的重要手段。

超100 Gbit/s相干PON系统关键技术研究

50 Gbit/s无源光网络(PON)标准已趋于完善,后50 Gbit/s PON时代的技术标准尚属空白,亟待开展相关研究以推动整个产业链从系统、模块和芯片等方面提前进行布局。文章判断单波长200 Gbit/s速率和相干技术将会是继50 Gbit/s PON之后下一代PON系统的两大关键特征。单波长200 Gbit/s速率对运营商具备更大的吸引力,而强度调制/直接检测(IM/DD)技术难以持续满足200 Gbit/s速率下系统对Class C+等级功率预算的要求,需要采用灵敏度更高的相干技术。然而PON系统是一种典型的点对多点(P2MP)拓扑架构,将相干技术下沉到PON还有许多关键技术需要攻克,其中,涉及PON系统设备和媒体访问控制(MAC)芯片的架构重构、相干PON光模块的单纤双向(Bi-Di)技术改造、突发模式的相干发送与接收技术以及相干PON系统的波长管控技术。时分复用(TDM)仍然是实现P2MP传输的推荐方式,在TDM基础之上可以叠加新的复用维度,例如子载波复用(SCM)。新复用维度的引入给PON系统带来了灵活性,但同时也增加了设计的复杂度,将会颠覆当前的PON系统架构。叠加了SCM的相干PON系统将不再采用数字化接口方式与光模块进行连接,光模块本身需要具备高度线性驱动和调制能力。此外,用户侧光模块需要具备瞬时开关能力,以避免对其他用户造成干扰,因此需要开发新型的支持突发控制功能的相干光芯片。考虑到上行P2MP的突发相干接收环境,需要从系统层面实现对多个用户激光器的波长管控,避免上行方向因多用户波长快速切换造成的局端频偏估算偏差问题。综上,将相干技术应用于PON将会是一个全新的复杂系统工程,难以直接继承现有相干系统架构,需要匹配P2MP的应用需求,从芯片、模块和设备多个方面实现技术创新。

超100 Gbit/s PON:灵活速率和相干架构(特邀)

2021年国际电联电信标准化部门(ITU-T)完成50 Gbit/s无源光网络(PON)的标准制定,当前设备商和运营商已经完成样机验证,ITU-T成立Beyond 50 Gbit/s PON讨论组开始研讨未来PON相关技术方案,因此Beyond 50 Gbit/s PON成为当前光通信领域的研究热点。根据前几代PON标准的速率演进规律推测,Beyond 50 Gbit/s PON的速率预计将超过100 Gbit/s。文章将分析超100 Gbit/s PON面临的问题和挑战,重点介绍灵活速率PON和相干PON架构这两个潜在技术路径及其关键技术方案,为未来超100 Gbit/s PON的研究和标准制定提供参考。

200 Gbit/s SR4光收发模块的研究与设计

针对互联网的高速发展,现代数据中心寻求一种高速率、高带宽的信息传输方式。光纤通信因其大容量以及低损耗的特点脱颖而出。光收发模块是光纤通信系统中完成光电信号转换的关键部件。该文重点分析了200 Gbit/s SR4光收发模块的基本原理,主要阐述了模块的发射单元、接收单元、管理单元及数字处理芯片4个部分。测试了200 Gbit/s SR4光收发模块的主要指标,测试结果表明,模块可以满足协议的各项要求。

400 Gbit/s PAM4 DR4硅光模块研究

针对数据中心日益增长的带宽需求,提出一种基于PAM4的400 Gbit/s DR4硅光模块的解决方案。阐述PAM4的基本原理、400 Gbit/s DR4硅光模块的设计原理、技术方案、测试方法及测试结果。测试结果得到了性能优良的眼图及误码率,表明基于PAM4的400 Gbit/s DR4硅光模块是数据中心良好的解决方案,在高速光通信系统中有广阔的应用前景。

基于10Gbit/s-PON接收机25Gbit/s双二进制检测传输性能

IEEE已经成立了100 Gbit/s以太无源光网络(100 Gbit/s-EPON)任务组研究下一代100 Gbit/s PON标准,双二进制检测技术是基带技术选择之一。对基于10 Gbit/s-PON接收机的25 Gbit/s双二进制(DB)检测传输性能进行了实验验证。由于10 Gbit/s-PON接收机带宽受限明显,10 Gbit/s-PON接收机输出的25 Gbit/s双二进制信号会受到码间干扰(ISI)影响。实验结果表明,基于直接判决法的系统接收灵敏度只有-22 dBm,采用最简最大似然序列估计(MLSE)软判决法的系统接收灵敏度能提升到-24.5 dBm。

10Gb/s高灵敏光电集成光接收机

这种光接收机灵敏度达-15.5dBm。量子效率59%的InGaAs-PIN光电检测器是由中频跨阻抗350Ω的InP/InGaAs异质结双极晶体管跨阻抗放大器集成的。

Gb/s级APD光接收机

高速雪崩光电二极管和高灵敏度接收机是未来的Gb/s级光通信系统的重要组成部分。本文论述了高速Ⅲ-Ⅴ族雪崩光电二极管的理论和实验特性,以及用场效应晶体管(FET)和双极晶体管放大器组成的Gb/s级光接收机。特别讨论了APD增益带宽积以及对高速接收机灵敏度的影响。对目前比特率高达8Gb/s的接收机灵敏度测量值和理论计算结果进行了比较。

光通信用10Gbit/s Transponder的设计

本文分析了在高速光模块设计中介质损耗和微带结构对信号的影响,并对PCB中信号串扰模型的参数进行了计算.解决了高速光模块设计的一些关键问题,设计出满足MSA的300-pin transponder,并对模块进行了一系列性能和指标测试.测试结果表明,该模块完全满足SDH/SONET(STM-64/OC-192)以及10G Ethernet应用要求.

100Gbit/s波分复用系统光层保护方式探讨

文章首先介绍了100Gbit/s波分复用系统中几种常用的光层保护方式,探讨了其技术本质及优劣势,然后结合现网案例进行系统性能模拟分析,最后给出了100Gbit/s波分复用系统保护方式选择的建议。

基于40Gbit/s速率OTN光交叉组网策略分析

在对OTN光交叉设备形态分析的基础上,提出了3种适用于本地网、城域网的光交叉组网策略。

100/400 Gbit/s PAM4光收发模块的技术分析

PAM4(四阶脉冲幅度调制)为100/400Gbit/s以太网提供了一种有效可行的解决方案。介绍了400Gbit/s以太网的技术标准进展和两种400Gbit/s光模块的封装形式,阐述了PAM4光收发模块的基本原理和结构框图,通过分析不同速率的技术方案和参数,表明28GBaud PAM4是实现400Gbit/s以太网传输较好的方案;综述了模块设计所需的器件、芯片、测试仪器和测试方案的现有技术水平,为100/400Gbit/s PAM4光收发模块的设计和实现提供参考。

利用魏格纳分布对光脉冲在40Gbit/s系统中传输特性的研究

使用时频域联合分析的方法对光脉冲在40Gbit/s光纤通信系统中的传输特性进行了分析。在进行时频域联合分析时,利用著名的魏格纳分布。利用魏格纳分布的时频域联合分析是在时频交合平面上对光脉冲进行分析,即光脉冲在此平面上同时是时间和频率的二维函数。具体实例证明,这个独有的属性使得基于魏格纳分布的时频域联合分析法能够提供信号的各个频谱分量的时域分布,即提供了各个频谱分量的瞬时特性。为此,利用魏格纳分布的时频联合分析法可以较为全面地描述光脉冲的信息,进而较为全面地描述光纤通信系统的性能。

4×10Gbit/s光时分复用信号的实验研究

利用1×4光纤耦合器制成了4×10Gbit/s的光时分复用器,并对由该光时分复用器产生的40Gbit/s光信号进行了实验研究,分析了造成复用信号幅度随机波动的原因及改进方法。实验表明,改进后的40Gbit/s光信号波动很小,已经达到OTDM系统要求。

40Gbit/s光纤通信技术及发展探讨

介绍了40Gbit/s关键技术和40Gbit/s技术的研究进展,同时对40Gbit/s技术的未来发展进行了分析。