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Nos produtos de comunicação óptica, o módulo óptico ocupa uma posição de grande importância. O módulo transceptor óptico , como uma das tecnologias-chave da rede de comunicação por fibra óptica, é amplamente utilizado em redes ópticas síncronas (SONET), Hierarquia Digital Síncrona (SDH), Modo de Transferência Assíncrona (ATM), Interface de Dados Distribuídos por Fibra (FDDI), bem como em sistemas Fast Ethernet e milhares de sistemas Gigabit Ethernet, entre outros.
Nos produtos de comunicação óptica atuais, o módulo transceptor de fibra óptica tornou-se mais popular do que outros. O volume dos módulos SFP GBIC foi reduzido pela metade, e além disso, eles suportam a troca a quente (hot-swap), sendo amplamente utilizados. Ao mesmo tempo, a demanda por diferentes tipos de módulos transceptores ópticos em diversas redes existentes também cresce. Para atender às crescentes exigências de desempenho dos sistemas, os módulos ópticos continuam a evoluir em direção a interconexões inteligentes, rápidas e de alta densidade.
Os módulos ópticos SFP inteligentes, que utilizam a função de diagnóstico digital em módulos de fibra óptica SFP, representam uma nova geração de módulos transceptores ópticos integrados. Permitem que a unidade de gerenciamento de rede monitore em tempo real a temperatura do módulo transceptor, a tensão de alimentação, a corrente de polarização, bem como a potência óptica de transmissão e recepção. Através do monitoramento desses parâmetros, os administradores de sistema podem prever a vida útil do módulo óptico, isolar falhas e verificar a compatibilidade dos módulos durante a instalação, entre outras funcionalidades.
Um projeto de sistema de módulo óptico SFP inteligente
Seção de transmissão
A principal função do processo de emissão de luz no módulo de transmissão óptica é converter o sinal óptico em um sinal de pulso elétrico. O sinal elétrico é a entrada e o sinal óptico é a saída. O módulo transmissor é composto principalmente pelo circuito de acionamento do laser e pelo TOSA (Transmissor de Superfície de Emissão Óptica). O TOSA é iluminado por diodos laser (LD) e fotodiodos (PD). O LD é utilizado em lasers VCSEL (Laser de Emissão de Superfície de Cavidade Vertical).
Primeiramente, a modulação elétrica do laser de acionamento é necessária para atender aos requisitos de entrada do sistema de comunicação digital por fibra óptica. Esse sinal de acionamento é composto pela corrente de polarização Ibias e pela corrente de modulação Imod. O laser emite um sinal óptico correspondente ao sinal de acionamento, que é acoplado à fibra óptica e transmitido para o receptor. Nesse cenário, o driver de laser selecionado é o MAX3286.
O driver de laser possui funções de controle automático de potência (APC). O circuito APC utiliza o diodo de retroiluminação no TOSA para monitorar a intensidade da retroiluminação do laser. Quando a potência óptica é inferior a um valor nominal, o circuito de realimentação aumenta a corrente de acionamento, elevando a potência de saída do laser ao valor nominal. Por outro lado, se a potência óptica for superior a um determinado valor nominal, o circuito de realimentação reduz a corrente de acionamento, diminuindo a potência de saída do laser. O circuito APC ajusta dinamicamente a potência do laser e, consequentemente, a corrente de polarização, compensando automaticamente as variações na potência óptica de saída causadas por mudanças na temperatura ambiente ou pelo envelhecimento, mantendo a potência óptica de saída relativamente estável.
Parte de recebimento
A principal função do módulo receptor é atenuada após
A deformação de um sinal fraco transmitido por cabo de fibra óptica é convertida em um sinal de pulso elétrico por conversão fotoelétrica, amplificando-o o suficiente e reduzindo-o a um padrão. O esquema do módulo receptor óptico é mostrado principalmente pelo fotodiodo (PD), um pré-amplificador, um amplificador limitador e outros componentes. O conjunto formado pelo fotodiodo e o pré-amplificador integrados constitui o ROSA.
Um fotodiodo é um componente essencial de um receptor óptico digital. Um sinal de pulso óptico é convertido em um sinal de pulso elétrico por meio de conversão fotoelétrica. Os fotodiodos mais comuns são os de PIN e os fotodiodos de avalanche (APD). O sinal óptico proveniente da interface óptica entra no fotodiodo (PD), onde é convertido em uma corrente fraca. Essa corrente passa por um pré-amplificador e é convertida em um nível de tensão que é amplificado para um nível adequado.
O efeito de limitação na saída do pré-amplificador consiste em converter sinais analógicos de diferentes amplitudes em sinais digitais, que podem então ser amplificados. Para obter um pré-amplificador com baixo ruído e ampla faixa de frequência, com boa adaptação aos fotodetectores, a amplitude da tensão de saída geralmente varia de alguns milivolts a dezenas de milivolts. Sinais tão pequenos não podem ser enviados diretamente para o módulo óptico, sendo necessário, portanto, amplificá-los. Por outro lado, o fotodetector detecta o sinal luminoso a partir da amplitude do sinal de corrente dentro de um nível de tolerância definido. Os limites de tolerância são influenciados pela capacitância da fibra, perdas de emenda e flutuações de parâmetros causadas por temperatura e envelhecimento. No entanto, para processamento posterior dos dados, a amplitude do sinal deve ser preferencialmente um valor constante.
Portanto, um amplificador limitador requer uma certa faixa dinâmica, que geralmente é superior a 20 dB.
Diagnóstico Digital DDM
O diagnóstico digital é realizado principalmente por um microcontrolador (MCU). Através do MCU de temperatura, a unidade de gerenciamento de rede pode receber, em tempo real, dados do módulo de monitoramento, como a tensão de alimentação, a corrente de polarização do laser e a potência de emissão e recepção de luz. Ao medir esses parâmetros, a unidade de gerenciamento pode identificar rapidamente a localização exata da falha no enlace de fibra óptica, simplificando a manutenção e melhorando a confiabilidade do sistema.
O circuito de aquisição de parâmetros DDM utiliza cinco circuitos para realizar a primeira conversão dos parâmetros. Os sinais analógicos de entrada são enviados ao ADC, que converte os cinco sinais analógicos em sinais digitais. O sinal digital é então enviado ao circuito decodificador e armazenado em uma memória que suporta o bit de endereço DDM correspondente. A transmissão da informação é feita através de uma interface serial de dois fios (linha de clock SCL e linha de dados SDA).
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