銘普助力下一代接入網高速光通信：25G ONU光模塊的創(chuàng)新設計與實現

  光纖到戶技術作為一種成熟的網絡接入方式，具備了傳輸速度快、帶寬大、信號質量穩(wěn)定等優(yōu)勢，被廣泛應用于寬帶接入領域。隨著互聯網、移動通信和寬帶接入等領域的快速發(fā)展，光纖到戶技術的推廣對光纖光纜的需求提供了巨大的市場機遇。

  自從2020年以來，我國開始大規(guī)模建設千兆光纖入戶網絡，在千兆光纖到戶的發(fā)展方面取得了顯著進展，技術標準逐漸成熟。然而，隨著4K/8K超高清電視、虛擬現實/增強現實（VR/AR）技術以及物聯網等應用場景的逐漸興起，對數據傳輸速率和時延提出了更高要求?，F有的網絡速率仍然難以滿足這些新興業(yè)務場景需求。為此，IEEE最早在2016年就提出了IEEE802.3ca標準，明確了25Gb/s速率的光網絡單元（25G ONU）技術標準要求，為高速光通信技術的發(fā)展指明了方向。

  銘普憑借其在光電領域的深厚積累，成功研發(fā)出具備更高速性能的25G ONU光模塊，為助力下一代寬帶接入網絡技術發(fā)展提供技術支撐。

  01 光模塊總體設計

  銘普25G ONU光模塊，支持高達25Gb/s的傳輸速率，采用不歸零編碼（NRZ）調制方式，支持雙向傳輸，并通過波分復用技術實現單纖雙向傳輸。整體結構包括發(fā)射端和接收端兩部分，其中發(fā)射端包含控制單元（MCU）、驅動器、DC/DC電源等電芯片，以及分布反饋激光器（DFB）等光器件；接收端則包含限幅放大器、跨阻放大器（TIA）、雪崩光電二極管（APD）等關鍵組件。

光模塊整體原理框圖

  發(fā)射1286nm波長光信號傳輸過程：首先，當DFB激光器發(fā)射光信號后，經過非球透鏡進行光路匯聚以提高入纖功率耦合效率；其次，再經過⑥隔離器隔離反射光后，防止反向光影響到DFB的工作性能；最終，再水平穿過③45°濾光片后進入①斜8°角的光纖適配器。

  接收1358nm波長光信號傳輸過程：首先，接收光信號經過①光纖適配器輸入后，水平經過③45°濾光片時，由于濾光片波長選擇特性導致1358nm波長無法穿過并產生全反射；其次，反射的接收光信號再經過④0°濾光片濾除1358nm波長以外的光；最終，再經過透鏡匯聚到APD探測器的光敏面上進行光信號吸收。

光模塊的整體結構示意圖

  02 技術創(chuàng)新與優(yōu)化設計

  針對高速信號線阻抗不連續(xù)的問題，銘普深入研究了高速信號線阻抗不連續(xù)點的處理技巧和印刷電路板（PCB）打孔工藝設計對傳輸信號線帶寬性能的影響機制。

  高頻線路分析與優(yōu)化：使用商用射頻仿真軟件對PCB高頻差分線阻抗進行精確計算與優(yōu)化。通過挖空設計、增加參考層介質厚度、調整焊盤布局等手段，有效提升信號阻抗匹配性能，確保信號傳輸質量。

PCB 高速信號走線設計圖

  PCB疊層設計優(yōu)化：采用8層布線結構，結合低介電常數和損耗因子的材料，確保信號傳輸的穩(wěn)定性與高效性。通過對稱鋪銅地平面結構設計，縮短信號回流路徑，降低串擾，提升電磁兼容性（EMC）的屏蔽效果，并優(yōu)化散熱性能。

材料和疊層設計參數

  發(fā)射與接收軟板設計：發(fā)射軟板采用微帶線結構設計，接收軟板則采用接地共面波導結構設計，并通過精細的打孔設計減少輻射損耗和抑制高次模分量，降低空間串擾，確保信號傳輸的純凈與穩(wěn)定。

發(fā)射和接收軟板設計圖

  03 性能測試與卓越表現

  經過專業(yè)測試設備（如矢量網絡分析儀、寬帶示波器及誤碼儀）的嚴格測試驗證，銘普的25G ONU光模塊不僅全面滿足發(fā)射眼圖性能和接收靈敏度的指標要求，而且性能余量遠超IEEE802.3ca協議標準。

金手指側差分線回波損耗測試圖

  發(fā)射眼圖余量大于30%，抖動均方值在2ps左右，消光比大于5dB，超行業(yè)標準。

發(fā)射光信號眼圖性能測試圖

  在1E-2誤碼率條件下，接收靈敏度達到-27dBm，優(yōu)于IEEE802.3ca協議要求的-24dBm，且串擾小于0.5dB。

  模塊總功耗低于2W，高效節(jié)能。

接收光信號誤碼率測試圖

  04 結語

  下一代光纖接入網絡的發(fā)展現狀顯示出技術創(chuàng)新和市場需求的雙重驅動，未來前景廣闊。25G-PON和50G-PON的技術發(fā)展已經成為業(yè)界共識，應用場景將更加多樣化，市場需求將持續(xù)增長。隨著技術的不斷進步和應用的不斷拓展，光纖接入網絡將在未來的通信網絡中占據更加重要的地位。

  銘普憑借其深厚的技術積累和創(chuàng)新能力，成功研發(fā)出高性能的25G ONU光模塊，不僅滿足了未來高速光通信技術的需求，更為公司在光通信領域的持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎。未來，銘普將繼續(xù)秉承創(chuàng)新精神，致力于光通信技術的研發(fā)與應用，為全球客戶提供更加優(yōu)質的產品和服務。

  錄音講解,開放科學(資源服務)標識碼(OSID):

  期刊來源:

  [1]魏興,陳聰,羅懿宸.25G ONU光模塊的高速性能設計與實現[J].光通信技術,2024,48(04):25-30.DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2024.04.005.