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光通信网络中的光收发模块和数字可变电阻及其应用

作者:时间:2012-05-31来源:网络收藏

本文介绍光中光非易失的技术与,并着重分析新型非易失DS1847/8在激光技术中对系统参数自动调节的设计及

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/167958.htm

伴随光纤发展应运而生

近年来,从关于技术的信息中发现,它总是和越来越高的频带宽需求有关。事实上,这种情况还在继续,即数量不断增长的电话、传真、调制解调器和计算机,它们对带宽的需求越来越高,以用来传送太比特化信息(视频、图像、建模程序以及数据和语音等)。与此同时,那些快速成长的高科技通信公司正在为满足宽带的需求而努力。在过去的十年,主要力量已经投人到开发光纤网络中,在光网络里,光波通过比头发丝还要细的光纤,以千兆位/秒的速度传输信息。

仍处于发展中的通信网络具有高度的复杂性。少数几个大公司试图主宰全球光网络市场,在此背景下,则是多家公司所开发的技术的融合,而每一种都包含了特殊的专门技术。DallasSemiconductor公司则属于后者,即特殊的专门技术;它们已设计了一系列的,尤其适合于光。现在,概述一下Dallas的可变电位器所于宏大的通信网络方案,以便揭示出一些有关通信网络工业的解决方案。值此应先对关于光收发模块在技术、标准与应用方面作此分折。

概述光收发模块

光收发模块应用

当今,许多制造商都设计和生产光收发模块。而光收发模块的应用在下列几个方面,即同步光纤网络(SONET)和同步数字体系(SDH)、异步传输模式(ATM)、光纤分布数据接口(FDDI)、光纤通道、快速以太网和千兆位以太网等系统。这些系统的名称代表传输协议和标准的国际定义。另一方面,光收发模块自身在早期开发时并没有规定标准的物理特性。

关于兼容性问题

由于认识到产品想进一步取得成功,就必须考虑兼容性的要求,在1998年,一些制造商联合起来,制订了一个收发模块的多源协议(MSA)。该联合体包括: AMP incorporated,Hewlett-Packard Company和Lucent Technologies Microelectronics Group等等公司。这些公司同意将模块的尺寸减小一半(宽度减至0.535英寸)以及规定了一套模块的封装和引脚排列,它们能够在大量的、用于高速光纤通道的RJ-45类(包括双工LC、MT-RJ和SC/DC)光连接器之间互换。

目前,一个新的协会正在起草一份新的光收发模块多源协议(MSA),代表了一个更大的制造商联合体和新一代的模块。这种多源制造商现在包括Agilent Technologies,Hitachi cabl,IBM,Molex等均15家著名公司。模块规范现在被称为小外型可插拔(SFP)并有望达到5.0Gb/s的传输速率。该规范反映了业界对于在更小体积、更高速度的热插拔模块内实现高密度信号传送的追求。

光收发模块概念

找到可变电阻(特殊专门技术的电位器)在光收发模块技术中的位置,将有助于理解关于收发模块的一些基础知识。模块先将输入的光波转变为电信号,同时将输出的电信号转变为光信号。而从根本上来讲,光收发器模块是基于半导体激光技术。模块是一块印刷电路板(PCB),它具有一定带宽的光源,其光源来自一个细小的半导体芯片,即一个发光二极管或激光二极管。而光源频率在红外谱近处,可调制以数十GHz信号,提供一个宽广的带宽。

光收发模块的信号通道与设计

模块接收端的接收口接至输人光纤,光电检测二极管将光信号转变为电信号,接着被放大,以便将时钟和数据恢复并解复用,以及通过电接口输出。光电检测器要求一个自动控制功率的偏置电路,以提供恒定的工作电压,见图1所示。同样,在模块发送端,时钟和数据位的电信号经过同步、锁存后,被送至激光驱动器。最后,激光驱动器将信号以电流方式调制激光二极管,将电能转变为光。

在采用激光二极管的设计中,采用一只光电检测器监测激光二极管的输出,而后,通过反馈环路,再将光信号回馈给电路,以测量激光管的实际输出功率.这种反馈能够稳定激光管输出功率。但光反馈是这种设计中的一个缺陷。如今己采用一种新的激光技术,即垂直腔体表面发射激光器(VCSEL),由于它只需极低的驱动电流而通常不需要光电检测器。

值此要说明的是,激光驱动器必须做两件事情:首先它必须保持一个恒定的DC偏置,以设定激光器的工作点;另外它还必须提供—个调制电流来承载信号。随着制造商努力增加收发器的信号吞吐率,激光源的工作常数必须检仔细地加以规范,以更好地控制光输出。

关于激光二极管和VCSEL(垂直腔体表面发射激光器)

Fabu-Perot类型的激光二极管从芯片狭窄的边沿发出相干光线,且反射镜处于边缘或安装在芯片的外部。不管怎样,对于未来的通信工业,更有前途的激光源是VCSEL。就如同其名称所述,VCSEL从位于芯片顶端(未来可能采用底部)的一个直径5至25微米的圆形腔体上垂直地发出激光光柱。反射镜排列在腔体的两端称为“分布式布喇格反射器”。将来,采用多元VCSEL阵列的并行光互连将达到兆兆字节的吞吐率。

目前各研究机构正在开发更普及应用的VCSEL设计。与边沿发射器相比,VCSEL需要的电流更小,具有更低的发射激光门限(1mA或2mA对比30mA)。在这种情况下,简单的电流控制通常就足以满足要求,而无需光电检测器监测输出。VCSEL发射孔径相当大,这就意味着输出光柱的散射角(发散程度)相当小,当然,这也存在生产和加工方面的几个优点:首先,VCSEL的片芯更小,从而允许更多的VCSEL安排到同一个晶片上;其次,处于整个晶片上的所有VCSEL能够立即得到测试;最后,VCSEL在工作中比激光二极管更为牢靠,具有更长的寿命和更低的失效率。

无沦是激光二极管还是VCSEL,在任何一个光收发器中的激光发射器都是半导体,其光电效应都依赖于电流、电压和阻抗的相互作用,下列的一些因素都会影响到安全性和性能:

.激光输出对温度过于敏感;

.激光输出功率随着激光的寿命而变化,并且温度的升高将加快老化;

.由于VCSEL比激光二极管工作时的电流和湿度都要低,因此,其故障率也成比例地降低;

.激光发射器需要保护,以防止功率的随机跳变以及电源上电和断电过程的跳变带来的破坏;

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