之前的《戴维带你认识光通讯》产品科普系列中断了半年之后,又跟大家见面了,戴维是这么说的:“一是因为才疏学浅,江郎才尽,跟白云大妈一样,七天才憋出六个字,二是因为戴维有灰常灰常重要的工作要做。
对!就是有太多太多的砖要搬,但是鲁迅先生教导我们,时间就像海棉里的水,挤挤总会有的。”
哎,小编的男神不仅知识渊博而且谦虚,Transceiver这个听起来B格很高的东西,到底是什么货?以下就让偶男神来掀开她的神秘面纱——
Transceiver 现形记—戴维老师开讲:
不要把Transceiver想得辣么高科技,其实也就是4个轮子加4把椅子,哦,那个是汽车。学英文总是从ABC学起,学数学也总是从1+1学起,我们也就从最简单的Transceiver说起吧。
Transceiver 4大件
TOSA/ROSA/Driver 芯片/Limiting Amplifier限幅放大芯片,如同人体的心肝脾肺肾,各自发挥着不同的作用,我们今天就来上堂Transceiver解剖课,了解不同组件的工作原理和功能。
还记得我们Transceiver是干什么的么?在TX(发送方向),我们要把高低电平的电压信号变成光亮光暗的光信号,在RX(接收方向),我们要把光信号再转成电压信号送回去。
因为激光器本身是一个电流敏感器件,所以我们需要Laser Driver把想要传送的数字电压信号转换成电流信号。
Laser Driver 激光驱动芯片
我们以直调激光器为例,在Driver芯片里面有两个电流源,一个是偏置电流源IBias控制平均光功率,一个是调制电流源Imod控制消光比ER。Transceiver输入端的电压信号,0或者1就控制上图的那个开关切换到哪个位置。
开关切换到位置1,流过激光器的电流是Ibias+Imod,电流大,所以激光器发出强光
开关切换到位置0,流过激光器的电流是Ibias,电流小,所以激光器发出弱光
这样,就完成了电压信号到光强光弱的转换,从而完成了信号的调制。
TOSA(Transmitter Optical Sub Assembly )
发射光组件
圆形-TO CAN 封装,方形-BOX 封装
TOSA里面最核心的就是那个灯泡,也就是我们Laser(激光器),激光器分为两类
一类是长波长1310nm或者1550nm的边沿发射激光器(Edge Emitter Laser)
一类是短波长850nm的垂直表面腔激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)
发出的光经过光学镜头Lens 准直和聚焦后送到光纤里面去,为了防止光的反射,有些TOSA里面还会加上隔离器Isolator。
对于Laser,最重要的是P-I曲线,P-I曲线我们关注的是两个直流参数,一个是Ith阈值电流,只有驱动电流大于阈值电流时,激光器才会发光,另外一个就是斜率Slope。这两个参数都有很强的温度相关性,Ith随着温度的升高而增大,Slope随着温度的升高而下降。
直调激光器调制曲线
从上图可以看出,随着激光器温度升高,以前同样的调制电流输入到激光器后,平均光功率Pavg和消光比ER都会变差,因此,设计Transceiver的时候需要做必要的温度补偿。
每个Laser的PI曲线不一致,所以每只Transceiver都需要Tuning,从而达到同样的性能参数;同一个Laser的PI曲线会随着温度变化而变化,所以对于同一只Transceiver需要在不同的温度下Tuning来实现温度补偿。
ROSA (Receiver Optical Sub Assembly)
接收光组件
ROSA相对来说比较简单,里面包含两个组件PD和TIA
PD是Photo Detector,光电探测器,负责把光的强弱转换成电流的大小,这货跟太阳能热水器基本是一码事,天气好,太阳充足,水就热,天气不好,水就凉。PD还分成PIN和APD两种类型,APD是雪崩二极管,灵敏度更高。
TIA是Trans-Impedance Amplifier,跨阻放大器的缩写,用来把电流信号转换成电压信号,因为在Transceiver发射端,送过来的信号是电压信号,所以我们接收端还是以电压信号还给别人。
LA (Limiting Amplifier)限幅放大器
限幅放大器电路功能是输入信号较小时,限幅放大器处于线性放大工作状态,输出跟随输入线性变化;当输入信号达到某一电平时,输出将不随输入信号的增加而变化,而维持在一定值上,即处于限幅工作状态(来自度娘)。
越小的光进入PD以后,产生的电流也越小,而TIA的跨阻(V=I*R),那个R是一定的,这样产生的电压信号就会随着输入光的大小变化而变化,而且变化的范围比较大,如下图所示。
在输入光-5dBm的时候,TIA的输出有1800mV
在输入光-18dBm的时候,TIA的输出只有100mV
所以Transceiver还需要一个LA,对前面TIA转换出来的电压信号继续放大,以保证输出幅度足够大,同时限幅功能使得在强光输入的时候,同时限幅功能使得在强光输入的时候,输出能够维持在一定值上,处于限幅工作状态。
Transceiver的基础篇基本就暂告一段落了,为了体现Transceiver是一个有深度的产品,下面的系列就是进阶篇了,让我们从信号的调制开始说起,敬请期待下一集,Transceiver的信号调制。也请大家继续关注菲尼萨微信号,后面还有很多好东西等着你哦!
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