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Optische Module spielen in der optischen Kommunikation eine zentrale Rolle. Optische Transceiver-Module gehören zu den Schlüsseltechnologien von Glasfasernetzen und finden breite Anwendung in synchronen optischen Netzen (SONET, SDH, ATM, FDDI) sowie in Fast Ethernet und Gigabit-Ethernet-Systemen.
Bei den aktuellen optischen Kommunikationsprodukten sind Glasfaser-Transceiver-Module beliebter als andere. SFP-GBIC-Module, deren Volumen sich halbiert hat und die Hot-Swap-Funktionalität bieten, finden breite Anwendung. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an optische Transceiver-Module in den verschiedenen bestehenden Netzwerken stetig. Um den kontinuierlich wachsenden Leistungsanforderungen der Systeme gerecht zu werden, wird die Entwicklung optischer Module in Richtung intelligenter, schneller und hochdichter Verbindungen fortgesetzt.
Intelligente SFP-Optikmodule, insbesondere solche mit digitaler Diagnosefunktion, stellen eine neue Generation optischer Transceiver-Module dar, die in Fenstern integriert sind. Sie ermöglichen der Netzwerkmanagementeinheit die Echtzeitüberwachung von Temperatur, Versorgungsspannung, Ruhestrom sowie Sende- und Empfangsleistung des Transceiver-Moduls. Durch die Überwachung dieser Parameter können Systemadministratoren die Lebensdauer des Moduls vorhersagen, Fehler isolieren und die Kompatibilität des Authentifizierungssystems während der Installation sicherstellen.
Ein intelligentes SFP-Optikmodulsystemdesign
Sendeabschnitt
Die Hauptaufgabe des Lichtemissionsprozesses im optischen Übertragungsmodul besteht darin, das optische Signal in einen elektrischen Impuls umzuwandeln. Dieses elektrische Signal dient als Eingang, das optische Signal als Ausgang. Das Sendemodul besteht hauptsächlich aus der Lasertreiberschaltung und dem TOSA (Optical Surface Emitting Laser). Der TOSA wird von Laserdioden (LD) und Photodioden (PD) hinterleuchtet. Die LD wird in einem VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) verwendet.
Die erste elektrische Modulation des Lasertreibers erfolgt, um das vom digitalen Glasfaserkommunikationssystem benötigte Ansteuersignal zu erzeugen. Dieses Ansteuersignal setzt sich aus dem Biasstrom Ibias und dem Modulationsstrom Imod zusammen. Der Laser emittiert ein optisches Signal, das dem Ansteuersignal entspricht. Dieses optische Signal wird in die Glasfaser eingekoppelt und zum Empfänger übertragen. In diesem Szenario wird der Lasertreiber MAX3286 verwendet.
Der Lasertreiber mit automatischer Leistungsregelung (APC) nutzt die Hintergrundbeleuchtungsdiode im TOSA, um die Größe der Hintergrundbeleuchtung zu überwachen. Liegt die optische Leistung unter einem Nennwert, erhöht eine Rückkopplungsschaltung den Treiberstrom, wodurch die Laserausgangsleistung auf den Nennwert ansteigt. Überschreitet die optische Leistung hingegen einen bestimmten Nennwert, reduziert eine Rückkopplungsschaltung den Treiberstrom, was zu einer geringeren Laserausgangsleistung führt. Die APC-Schaltung passt die Laserleistung dynamisch an und kompensiert so automatisch Schwankungen der optischen Ausgangsleistung aufgrund von Umgebungstemperaturänderungen oder Alterung. Dadurch bleibt der optische Ausgangsleistungsbereich relativ stabil.
Empfangener Teil
Die Hauptrolle des Empfängermoduls wird nach
Das optische Empfängermodul wandelt ein schwaches optisches Übertragungssignal mittels Fotoelektronenwandlung in ein elektrisches Impulssignal um und verstärkt es ausreichend. Anschließend erfolgt eine Standardreduzierung des digitalen Impulssignals. Das Schaltbild des optischen Empfängermoduls zeigt im Wesentlichen die Fotodiode (PD), einen Vorverstärker, einen Begrenzungsverstärker und weitere Komponenten. Fotodiode und Vorverstärker bilden zusammen das ROSA-Modul.
Eine Fotodiode ist ein zentrales Bauteil eines digitalen optischen Empfängers. Sie wandelt ein optisches Impulssignal mittels Fotoelektronenwandlung in ein elektrisches Impulssignal um. Häufig verwendete Fotodioden sind PIN-Fotodioden und Lawinenfotodioden (APD). Das optische Signal von der optischen Schnittstelle gelangt in die Fotodiode (PD), wird in einen schwachen Strom umgewandelt, durchläuft einen Vorverstärker und wird dort in eine Spannung umgewandelt und auf ein geeignetes Niveau verstärkt.
Die Begrenzung der Ausgangsleistung des Vorverstärkers liegt in der Umwandlung analoger Signale unterschiedlicher Amplitude in digitale Signale, die verstärkt werden können. Um fotoelektrische Detektoren mit guter Anpassung und geringem Rauschen sowie breiter Bandbreite zu erhalten, darf die Verstärkung des Vorverstärkers nicht zu hoch sein. Die Ausgangsspannungsamplitude des Vorverstärkers liegt üblicherweise zwischen wenigen Millivolt und einigen zehn Millivolt. Solch kleine Signale können nicht direkt vom optischen Modul ausgegeben werden, daher ist eine weitere Signalverstärkung erforderlich. Andererseits erfasst der Fotodetektor das Lichtsignal anhand der Amplitude des Stromsignals innerhalb eines definierten Toleranzbereichs. Die Toleranzgrenzen werden durch die Kapazität der Faser, Spleißverluste und Parameterschwankungen aufgrund von Temperatur und Alterung beeinflusst. Für die Weiterverarbeitung der Daten ist jedoch eine konstante Signalamplitude wünschenswert.
Daher benötigt ein Begrenzungsverstärker einen gewissen Dynamikbereich, der üblicherweise einen Dynamikbereich von mehr als 20 dB erfordert.
Digital Diagnostics DDM Teil
Die digitale Diagnose besteht im Wesentlichen aus einem Mikrocontroller (MCU). Mithilfe des MCU kann die Netzwerkmanagementeinheit in Echtzeit Daten wie Temperatur, Versorgungsspannung, Laser-Biasstrom sowie Sende- und Empfangsleistung des Lasers erfassen. Durch die Messung dieser Parameter kann die Managementeinheit die genaue Stelle eines Glasfaserverbindungsfehlers schnell lokalisieren, die Wartung vereinfachen und die Systemzuverlässigkeit erhöhen.
Die Fünf-DDM-Parametererfassungsschaltung dient der ersten Wandlung der Eingangssignale des ADC. Der ADC wandelt die analogen Spannungen der fünf Schaltungen in ein digitales Signal um, das von der Decoderschaltung ausgegeben und in einem DDM-fähigen Speicher unter dem entsprechenden Adressbit gespeichert wird. Die Informationsübertragung erfolgt über eine serielle Zweidrahtschnittstelle (SCL-Taktleitung und SDA-Datenleitung).
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