الوحدة الضوئية 800G - التحليل الفني 4x200G في سيناريو FR

تحليل المتطلبات الفنية في سيناريوهات 800G FR

ستكون تقنية PAM200 أحادية القناة المستندة إلى 4G ، وهي مرحلة مهمة من تقنية الجيل التالي لتعديل الكثافة الضوئية والتوصيل البيني للكشف المباشر ، الأساس لاتصال بصري 4G رباعي القنوات ولبنة أساسية للتوصيلات المستقبلية 800 تيرا بايت / ثانية . كما هو مبين في الشكل أدناه ، ستحدد مجموعات العمل MSA PMD الكامل وجزءًا من مواصفات طبقة PMA ، بما في ذلك FEC الجديد منخفض الطاقة وزمن الوصول كإشارة إدخال اتصالات 1.6G KP112 FEC لتحسين التشفير الصافي كسب (NCG) للمودم.

يتمثل أحد الأهداف الرئيسية لـ MSA في تطوير مكونات إلكترونية وتناظرية بصرية جديدة ذات نطاق عريض وعريض الجهد لمكونات جهاز الإرسال والاستقبال ، بما في ذلك محولات التحويل الرقمي إلى التناظري (DAC) والتحويل من التناظرية إلى الرقمية (ADC). من أجل تحقيق هدف الطاقة المنخفضة للوحدات القابلة للتوصيل ، سيتم تصميم شريحة 200G PAM4 DSP باستخدام عقدة نانومتر أقل في عملية CMOS ، وستعمل خوارزميات معالجة الإشارات منخفضة الطاقة على معادلة القنوات.

بالنظر إلى الحاجة إلى مبرد كهربائي حراري (TEC) في LAN-WDM ، وهو غير مطلوب في حل 200G لكل قناة ، فإن ميزانية الطاقة لحل 4x200G 800G ستعتمد على CWDM4 لتحليل الطاقة. تشمل العوامل المتعلقة بميزانية القدرة خسارة إدخال الوصلة والتداخل متعدد المسيرات (MPI) وتأخير المجموعة التفاضلية (DGD) وعقوبة الإرسال والتشتت (TDP).

استنادًا إلى النموذج المنشور في معيار IEEE ، يتم حساب غرامات MPI و DGD كما هو موضح في الجدول أدناه. بالنظر إلى أن الباود يزيد إلى 200 جرام لكل قناة ، فإن عقوبة التشتت ستكون أكبر من عقوبة التشتت البالغة 100 جيجا لكل قناة. التوصية المعقولة لعقوبة تشتت جهاز الإرسال (TDP) هي 9 ديسيبل. لذلك ، بالنظر إلى هوامش تقادم المستقبل وخسائر الاقتران وقيم القدرة البصرية النموذجية للمرسل ، تعتقد مجموعات العمل MSA أن حساسية المستقبل المطلوبة لـ 200G PAM4 يجب أن تكون حوالي -5 dBm.

عندما يتضاعف الباود من 100G إلى 200G ، فإن OSNR سوف تتدهور بحوالي 3 ديسيبل. لذلك ، يلزم وجود شفرة تصحيح خطأ FEC أكثر قوة للحفاظ على حساسية المستقبِل (-5 dBm) وأرضية الخطأ. لذلك ، كما هو مذكور أعلاه ، تحتاج الوحدة الضوئية إلى النظر في تغليف طبقة إضافية من FEC منخفض الطاقة وزمن وصول منخفض أعلى KP4. يمكن تحديد حد تصحيح الخطأ الخاص بـ FEC الجديد بناءً على أداء الارتباط ومتطلبات ميزانية الطاقة. سيتم وصف FEC الجديد لاحقًا.

باستخدام عمليات المحاكاة والتجارب ، يعرض MSA أداء الارتباط لقناة واحدة 200G. يسرد الجدول التالي معلمات الأجهزة المستخدمة في الارتباط.

تظهر النتائج التجريبية أن حساسية جهاز الاستقبال يمكن أن تصل إلى القيمة المستهدفة عندما يتم ضبط عتبة FEC الجديدة على 2E-3 كما هو موضح في الشكل (أ) أدناه. ومع ذلك ، في هذه التجربة ، يلزم تقدير تسلسل الاحتمالية القصوى (MLSE) للتعويض عن التداخل المفرط بين الرموز الناجم عن تقييد عرض النطاق الترددي للقناة.

(أ) النتائج التجريبية والمحاكاة لقناة واحدة 200G تتطابق مع بعضها البعض ؛ (ب) نتائج محاكاة القناة الواحدة 200G عندما يتم تحسين عرض النطاق الترددي للجهاز المعتمد: يمكن تلبية ميزانية الطاقة باستخدام معادلة FFE

يوضح الخط المتقطع في الشكل أعلاه (أ) نتائج عمليات المحاكاة باستخدام المعلمات المقاسة للأجهزة المستخدمة في التجارب. بالاقتران مع النتائج التجريبية ، تُظهر المحاكاة أن النظام مقيد بعرض النطاق الترددي للمكونات مثل AD / DA والمحركات ومعدلات E / O. تظهر نتائج المحاكاة المستندة إلى نفس نموذج النظام (توسيع النطاق الترددي) في الشكل (ب) أعلاه مع الأخذ في الاعتبار المكونات التي من المتوقع أن توفر نطاقًا تردديًا أعلى في السنوات القادمة وعلى أساس نموذج النظام نفسه. تظهر النتائج أنه مع معادلة FFE فقط في وحدة DSP ، يمكن تلبية حساسية جهاز الاستقبال لـ 2E-3 ، كما هو متوقع من النظرية.

بناءً على التحليل أعلاه ، لا يزال يوصى باتباع TDECQ في اختبار الامتثال في مخطط 800G-FR4. ومع ذلك ، يجب النظر في زيادة عدد نقرات FFE للمستقبل المرجعي المستخدم في قياسات TDECQ إلى قيمة معقولة ، وهو ما يحتاج بالضبط إلى مزيد من المناقشة. بالإضافة إلى ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه إذا كانت القدرات المستقبلية للأجهزة الضوئية 100 جيجا بايت أقل من المتوقع ، فقد يلزم استخدام خوارزميات أكثر تعقيدًا (مثل MLSE) في مخطط FR4 ، مما يعني أن مخطط الامتثال الجديد لـ 800G-FR4 سوف كن ضروريا.

4x200G تحليل حلول التعبئة والتغليف

بالنسبة للوحدة البصرية 4x200G ، يجب إعادة النظر في تغليف جهاز الإرسال والاستقبال لضمان سلامة الإشارة في نطاق نقاط تردد Nyquist (56 جيجا هرتز). يوضح الشكل التالي حلين محتملين للباعث. المخطط A هو المخطط التقليدي ، حيث يكون محرك المغير (DRV) والمغير (مثل EML) بجوار بعضهما البعض. في المخطط B ، يتم تجميع شريحة DRV القائمة على تصميم الوجه مع وحدة DSP لتحسين سلامة الإشارة على خط إرسال التردد اللاسلكي. يمكن تحقيق كلا الحلين باستخدام التقنيات الحالية.

تظهر عمليات المحاكاة الأولية أن المخطط B يمكن أن يحقق نتائج جيدة ويضمن عرض نطاق أكبر من 56 جيجاهرتز. قد يكون سبب التموج على منحنى S21 للمخطط A هو انعكاس DRV على إشارة الإدخال ، والتي يمكن تحسينها عن طريق مطابقة تصميم DRV لتحسين الأداء العام للمخطط A.

في المستقبل ، هناك حاجة إلى الثنائي الضوئي ذي النطاق الترددي العالي (PD) مع السعة الطفيلية الأقل ومضخم المعاوقة العابرة ذي النطاق الترددي العالي (TIA) لضمان أداء عرض النطاق الترددي للمستقبل. لا توجد حاليًا أي عقبات أمام تنفيذ هذه المكونات من خلال تقنية أشباه الموصلات الأكثر تقدمًا. بقدر ما نعلم ، بذلت الصناعة الكثير من الجهد لتطوير هذه المكونات ونأمل أن تكون متاحة في غضون عام إلى عامين. من ناحية أخرى ، فإن الاتصال بين PD و TIA أمر بالغ الأهمية أيضًا. يمكن أن تؤدي التأثيرات الطفيلية في الاتصال إلى تدهور أداء الوحدة ، والتي تحتاج أيضًا إلى تحليلها وتحسينها بعناية.

تشفير تصحيح الخطأ الأمامي (FEC) في قناة واحدة 200G

كما ذكر أعلاه ، يلزم وجود تصحيح FEC أكثر قوة لتلبية متطلبات الحساسية لمستقبل 200G PAM ، وهو عتبة أداء 2E-3 لتصحيح الخطأ. يوضح الشكل أدناه مقارنة بين المخططات المنتهية والمتسلسلة.

800G FEC: مخطط FEC المنتهي مقابل مخطط FEC المتسلسل

في الخيار الأول ، يتم إنهاء KP4 واستبداله بـ FEC جديد بنفقات عامة أكبر ، والتي لها مزايا من حيث NCG والنفقات العامة. في الخيار الثاني ، يحافظ المخطط المتسلسل الترادفي على KP4 كرمز خارجي ويدمجه مع الكود الداخلي الجديد. يتميز هذا النهج الترادفي المتتالي بمزيد من مزايا الكمون والطاقة وبالتالي فهو أكثر ملاءمة لتطبيقات 800G-FR4.