PIC Studio 功能與應(yīng)用:CWDM光收發(fā)器設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐
隨著數(shù)據(jù)中心流量的不斷擴(kuò)大,所需的連接帶寬也在不斷增加。硅光子技術(shù)已經(jīng)成為一種能夠滿足這些連接需求的技術(shù),它具有高容量和高性價(jià)比的平臺(tái),許多接口標(biāo)準(zhǔn)和多源協(xié)議 (Multi-Source-Agreements, MSA)已經(jīng)形成,以應(yīng)對(duì)400G市場,其中每個(gè)都非常適合硅基光子技術(shù)。其中CWDM4 MSA[2]的目標(biāo)是在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中,運(yùn)行達(dá)2公里的低成本100G光接口的通用規(guī)范。該MSA使用CWDM(粗波分復(fù)用)技術(shù),將4個(gè)通道的25Gb/s光復(fù)用到雙工單模光纖(SMF)上并解復(fù)用。在本文中,利用pLogic搭建鏈路并通過 pSim進(jìn)行鏈路仿真,演示了CWDM硅基光電子收發(fā)器的設(shè)計(jì)和仿真案例,它由以所有4個(gè)波長通道為中心的激光器、微環(huán)調(diào)制器 (MRM )和波分復(fù)用器(MUX)以及解復(fù)用器(DEMUX)組成,可以仿真背靠背(Back-to-Back)以及加上短距離光纖之后的傳輸質(zhì)量。pLogic以及pSim均為國產(chǎn)EDA軟件PIC Studio光電融合設(shè)計(jì)全流程的模塊。
圖1:國產(chǎn)EDA軟件 PIC Studio光電融合設(shè)計(jì)全流程
鏈路功能說明
CWDM是一種適用于短程WDM傳輸系統(tǒng)的實(shí)用技術(shù)。在本文中,CWDM光收發(fā)器的結(jié)構(gòu)可分為兩部分。一種是CWDM多路復(fù)用/解復(fù)用系統(tǒng),另一種是帶NRZ-OOK信號(hào)系統(tǒng)的CWDM 收發(fā)器。
關(guān)于CWDM(解)復(fù)用器,利用pLogic搭建(解)復(fù)用器原理圖,如下圖所示,激光源用作從光網(wǎng)絡(luò)分析儀(ONA_1)的op_4端口發(fā)送的光源。分光器(SPLT_1)用于將激光源從一個(gè)端口分離到四個(gè)端口。四個(gè)激光源用作光源以發(fā)射到多路復(fù)用器(MUX_2)。解復(fù)用器(MUX_1)用于分離四個(gè)波長。最后,使用四個(gè)ONA_1檢測器來檢測接收信號(hào)。
圖2:利用pLogic搭建(解)復(fù)用器原理圖
關(guān)于帶NRZ-OOK信號(hào)系統(tǒng)的CWDM光收發(fā)器,利用pLogic搭建,如下圖所示,偽隨機(jī)比特序列(PRBS_4)和不歸零碼(NRZ_4),用于產(chǎn)生隨機(jī)通斷鍵控(OOK)信號(hào)。在NRZ_4之后,一部分被發(fā)送到眼圖(eye_1)作為參考信號(hào),另一部分被用作MRM的電端口(RING_1),以通過低通RC濾波器濾除高頻信號(hào)。連續(xù)激光器(CWL_5)作為光源發(fā)射到環(huán)1的光端口。這種設(shè)置被稱為一組發(fā)射機(jī)(Tx)側(cè)。有四組Tx側(cè)發(fā)射到光復(fù)用器(MUX_3)。通過MUX_3后,四個(gè)端口合并為一個(gè)端口。然后,光纖(FIBER_1)用于短距離(2km)傳輸這些光信號(hào)。使用解復(fù)用器(MUX_4)以將這些信號(hào)從一個(gè)端口分離到四個(gè)端口。Pin光電探測器(PIN_2)用于將信號(hào)從光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。低通RC濾波器(LPF_5)用于濾除高頻信號(hào)。最后,利用眼圖分析傳輸信號(hào)通過整個(gè)系統(tǒng)后的質(zhì)量。從光電探測器到分析儀,這種設(shè)置稱為接收器(Rx)側(cè)。
圖3:利用pLogic搭建NRZ-OOK信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)原理圖
工作原理說明
在 pLogic中,連接每個(gè)器件的導(dǎo)線后執(zhí)行仿真,模擬結(jié)果將顯示如圖所示。結(jié)果表明, 有四個(gè)傳輸波長(1278.64nm、1298nm、1318nm、1338.58nm),最大功率約為-6dB。
圖4:CWDM(解)復(fù)用器的仿真結(jié)果
關(guān)于帶NRZ-OOK信號(hào)系統(tǒng)的CWDM光收發(fā)器,通過pSim仿真可得到如圖所示結(jié)果。傳輸距離為2km后,結(jié)果表明眼圖是開放和清晰的。細(xì)節(jié)的自定義器件的操作方法、參數(shù)以及仿真設(shè)置在「基于pSim的硅基光電子集成鏈路設(shè)計(jì)」教程中都有詳述,在此不贅述。
圖5:通過pSim仿真可得到 CWDM(解)復(fù)用器的仿真結(jié)果
新聞來源:逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化
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