تأثير تعبئة الوحدات الضوئية عالية السرعة 400G و800G على عرض النطاق الترددي

في وحدات إيثرنت عالية السرعة التي تعمل بسرعات 400 جيجا و800 جيجا و1.6 تي، من المتوقع أن ينمو سوق الضوئيات VCSEL وEML والسيليكون.

يجب مراعاة عرض النطاق الترددي الترددي الإجمالي لوحدات VCSEL عالية السرعة، والتي تُستخدم حاليًا في قنوات 100G PAM4، ووحدات 4x100G 400G، ووحدات 8x100G 800G. ويتجاوز تأثير النطاق الترددي مجرد مستوى تصميم الشريحة، حيث يلعب جانب التغليف أيضًا دورًا حاسمًا.

وبالمثل، تدرس الصناعة أيضًا عن كثب تأثير عرض النطاق الترددي لتغليف EML.

تعد سعة الوصلة PN جانبًا مهمًا في تصميم شرائح VCSELs وEMLs التي تؤثر على عرض النطاق الترددي.

تعتمد المعايير على 100 جرام/قناة لـ 400 جرام و 800غ تتم مناقشتها حاليًا في 802.3df، ومن المتوقع إصدارها بحلول نهاية عام 2024.

من المتوقع إصدار معايير 400G و800G و1.6T على أساس 200G/قناة في عام 2026.

وعلى الرغم من أن المعايير لم يتم الانتهاء منها بعد، إلا أنه يمكن تتبع التقنيات الأساسية. على سبيل المثال، تطبيق 800G متعدد الأوضاع في 802.3df و 400غ يستخدم كل من التطبيقين في 802.3db الذي تم إصداره مؤخرًا 100G PAM4 VCSEL، مع 802.3df يستخدم 8 قنوات و802.3db يستخدم 4 قنوات، ويتقاسمان أرضية مشتركة في تصميم الرقائق والتغليف.

وبالمثل، يمكن توسيع نطاق 100G EML المستخدم في معيار 2021cu الذي تم إصداره عام 802.3 لدعم معيار 800G 802.3df قيد المناقشة حاليًا.

فيما يتعلق بـ 802.3dj، يمكن استكشاف التكنولوجيا الرئيسية لـ 200G EML، والتي تم ذكرها لأول مرة، من خلال التجارب والتجارب المستمرة، حيث توجد أمثلة عديدة لتصميم شرائح 200G EML وحالات التعبئة والتغليف.

يقتصر تأثير التغليف على عرض النطاق الترددي على تردد الرنين LC، حيث يكون الحث الطفيلي L ناتجًا بشكل أساسي عن أسلاك الربط. يمكن أن يؤدي اعتماد أسلوب التعبئة والتغليف بالرقاقة إلى تقليل LC وتحسين النطاق الترددي الإجمالي للجهاز.

لدى كل من EML وVCSEL الآن خيارات التعبئة والتغليف بالرقاقة. بالنسبة لـ EML، ينبعث الضوء من الجانب، وبالتالي فإن المسار البصري في الركيزة ذات الرقاقة القابلة للطي لا يشكل مصدر قلق. بالنسبة لـ VCSELs، التي تصدر انبعاثًا علويًا، يحتاج نهج الرقاقة القلابة إلى النظر في التأثير على كل من المسارات الكهربائية والضوئية.

إذا كان VCSEL ينبعث من أعلى، فيمكن استخدام ركيزة زجاجية (COG، Chip-on-Glass)، والتي تعمل كواجهة كهربائية وبصرية.

يتأثر عرض النطاق الترددي لرقائق EML وVCSEL أيضًا بدرجة الحرارة، حيث يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى انخفاض عرض النطاق الترددي. بالنسبة لـ VCSELs التي ينبعث منها الجزء السفلي من العبوة ذات الرقاقة، بالإضافة إلى معالجة تغيرات عرض النطاق الترددي الناتجة عن الرنين LC، يمكن أن تساعد العبوة أيضًا في تقليل درجة الحرارة، مما يزيد من تحسين عرض النطاق الترددي.

بالنسبة لـ VCSELs التي تنبعث من القاع، يمكن أن تستخدم العبوة ركائز غير شفافة مثل COC/COB، وهي ميزة.

يمكن لنهج VCSEL الذي ينبعث من القاع أن يقلل بشكل أكبر من سعة الوصلة PN، حيث يمكن استخدام المعدن P لتكملة تجويف الرنين، مما يسمح بتقليل ارتفاع أشباه الموصلات من النوع P، وبالتالي منطقة الوصلة PN، داخل قيود الموثوقية. خلاصة القول أن هذا النهج offمزاياها من حيث تأثير تقاطع PN ودرجة الحرارة والتعبئة على عرض النطاق الترددي.

يكمن التحدي في انبعاث ضوء VCSEL من الركيزة، حيث أن مادة GaAs التقليدية ليست شفافة حتى 850 نانومتر. وتشمل الحلول إما تغيير الركيزة إلى مادة شفافة إلى 850 نانومتر أو تحويل الطول الموجي للانبعاث إلى 940 نانومتر، وهو شفاف بالنسبة إلى GaAs.