王 磊

（江蘇奧雷光電有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212009）

0 引 言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球?qū)拵нM(jìn)入高速發(fā)展階段，傳統(tǒng)專(zhuān)線接入技術(shù)已不能滿(mǎn)足需求，需要接入設(shè)備具有統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)承載多業(yè)務(wù)的能力，并不斷滿(mǎn)足增長(zhǎng)的寬帶需求。PON（無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）寬帶技術(shù)具有高帶寬、廣覆蓋、單纖接入、接口豐富以及綜合業(yè)務(wù)接入能力等優(yōu)勢(shì)。PON系統(tǒng)的引入不僅可以大大提升商業(yè)用戶(hù)的接入速度以及提供語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)能力，而且能夠提供足夠的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證。同時(shí)，PON的樹(shù)狀廣播形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以極大節(jié)約光纖資源，提高光纖資源的使用效率。

1 MINI GPON OLT光模塊簡(jiǎn)介

標(biāo)準(zhǔn)的GPON OLT光模塊上下行速率不對(duì)稱(chēng)，下行數(shù)據(jù)最高可達(dá)2.5 Gb/s，上行數(shù)據(jù)可達(dá)到1.25 Gb/s[1]，采用SFP（Small Form-factor Pluggable）封裝，如圖1所示。而MINI GPON OLT是根據(jù)客戶(hù)需求而開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，上下行傳輸速率均為2.5 Gb/s，F(xiàn)C-PC尾纖式接口，采用1×10小型化封裝。從外型上來(lái)說(shuō)，它的體積不到SFP封裝的一半，更加小型化，如圖2所示。

從管腳上來(lái)說(shuō)，MINI GPON OLT是10 PIN定義，SFP GPON OLT是20 PIN定義。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，重新定義SFP GPON OLT中的管腳，把多余的GND I2C通信，縮減接收信號(hào)Trigger和Reset管腳，實(shí)現(xiàn)了GPON OLT的主要功能。

圖1 SFP GPON OLT

圖2 MINI GPON OLT

2 MINI GPON OLT的設(shè)計(jì)方案

MINI GPON OLT光模塊主要由BOSA（單纖雙向光學(xué)組件）、發(fā)射電路、接收電路、升壓電路、復(fù)位電路組成。其中，BOSA是由一個(gè)發(fā)射波長(zhǎng)為1 490 nm的TO和一個(gè)APD-TIA組成，主要實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。發(fā)射電路主要通過(guò)Driver（驅(qū)動(dòng)芯片）調(diào)制電信號(hào)后將其輸出到BOSA，驅(qū)動(dòng)BOSA發(fā)光。接收電路主要是將APD-TIA輸出的微弱電信號(hào)經(jīng)過(guò)限幅放大器（PA）放大，輸出一定幅度的差分信號(hào)。升壓電路的主要功能是讓APD工作在一個(gè)高壓狀態(tài)，提高光電轉(zhuǎn)換效率，達(dá)到較高靈敏度。復(fù)位電路是在突發(fā)狀態(tài)下對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行復(fù)位。MINI GPON OLT光模塊的工作原理，如圖3所示。

圖3 MINI GPON OLT工作原理

3 MINI GPON OLT的電路設(shè)計(jì)

MINI GPON OLT光模塊的工作電路主要包括發(fā)射電路、接收電路、升壓電路和復(fù)位電路

3.1 發(fā)射電路的設(shè)計(jì)

因?yàn)镸INI GPON OLT光模塊的發(fā)射是連續(xù)信號(hào)，所以發(fā)射部分和普通光模塊沒(méi)有區(qū)別，只要驅(qū)動(dòng)芯片可以工作到2.5 Gb/s即可。這里選擇國(guó)產(chǎn)芯片UX2228作為驅(qū)動(dòng)芯片，通過(guò)外部電路可以硬件設(shè)置BOSA的工作電流、自動(dòng)光功率控制（APC）電路和光功率高溫補(bǔ)償電路。發(fā)射電路原理如圖4所示。

3.2 接收電路的設(shè)計(jì)

MINI GPON OLT光模塊的接收信號(hào)是突發(fā)信號(hào)。突發(fā)模式的接收信號(hào)幅度大小不同，因此PA的偏移電壓可能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。發(fā)生偏移使信號(hào)的占空比發(fā)生惡化，導(dǎo)致在后續(xù)數(shù)據(jù)恢復(fù)中產(chǎn)生嚴(yán)重誤碼，尤其影響小信號(hào)。選擇具有突發(fā)接收功能的芯片，可以避免這一情況發(fā)生。這里選擇國(guó)產(chǎn)芯片EOC2005作為接收芯片，接收原理如圖5所示。

3.3 升壓電路的設(shè)計(jì)

接收光器件采用APD-TIA接收，升壓電路采用DC-DC BOOST，最大輸出60 V的IC I7990，保證高壓的穩(wěn)定輸出。因?yàn)檫@款產(chǎn)品沒(méi)有MCU，所以APD電壓補(bǔ)償需要外部模擬電路完成。在電路設(shè)計(jì)上，還要使用NTC電阻補(bǔ)償全溫的APD工作電壓。升壓電路原理如圖6所示。

3.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

在突發(fā)接收中，因?yàn)闆](méi)有RESET的硬口，所以模塊的RESET必須用Auto reset實(shí)現(xiàn)SD信號(hào)的反轉(zhuǎn)。在電路設(shè)計(jì)上，圖4中PIN 6 RESET管腳和PIN 10 AU_RE_B必須同時(shí)接地，使EOC2005工作在自動(dòng)復(fù)位狀態(tài)。外圍電路采用模擬開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)，通過(guò)LOS的高低電平控制模擬開(kāi)關(guān)的通斷，實(shí)現(xiàn)LOS信號(hào)的自動(dòng)反轉(zhuǎn)。復(fù)位電路如圖7所示。

4 MINI GPON OLT光模塊測(cè)試系統(tǒng)

4.1 發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)

MINI GPON OLT光模塊可以從發(fā)射眼圖評(píng)估發(fā)射性能。光模塊把誤碼儀輸出的2.5G差分電信號(hào)轉(zhuǎn)成光信號(hào)，通過(guò)1:2分路器，一路光功率計(jì)測(cè)試發(fā)射光功率，另一路用眼圖儀測(cè)試發(fā)射眼圖，如圖8所示。

圖4 MINI GPON OLT發(fā)射電路

圖5 MINI GPON OLT接收電路

圖6 升壓電路

4.2 接收測(cè)試系統(tǒng)

在測(cè)試接收靈敏度時(shí)，需要有突發(fā)發(fā)射功能的GPON ONU提供光信號(hào)，經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器（WDM）把1 310 nm的光信號(hào)輸入到MINI GPON OLT，測(cè)試突發(fā)靈敏度。接收測(cè)試系統(tǒng)如圖9所示。

4.3 軟件測(cè)試系統(tǒng)

圖7 復(fù)位電路

MINI GPON OLT光模塊測(cè)試的難點(diǎn)在于突發(fā)接收靈敏度的測(cè)試。選擇具有突發(fā)信號(hào)的誤碼儀安立公司的MP1800A，測(cè)試軟件選擇MX180004A PON Application Software。在實(shí)際軟件測(cè)試系統(tǒng)中，可根據(jù)客戶(hù)實(shí)際應(yīng)用情況設(shè)置不同的突發(fā)信號(hào)周期（Burst Cycle）、突發(fā)信號(hào)打開(kāi)時(shí)間（Enable Period）、信號(hào)延時(shí)時(shí)間（Gate Out Delay）、前導(dǎo)碼時(shí)間（Preamble Time）以及保護(hù)時(shí)間（Guard Time）時(shí)間來(lái)測(cè)試突發(fā)靈敏度。

5 測(cè)試結(jié)果與分析

根據(jù)客戶(hù)的要求，發(fā)射光功率在2～7 dBm，且突發(fā)接收靈敏度在誤碼率為10-12的條件下必須＜-27 dBm。對(duì)于MINI GPON OLT光模塊，可以從發(fā)射眼圖和突發(fā)接收靈敏度評(píng)估光模塊的主要性能。在-40 ℃、25 ℃和85 ℃的工作溫度下，發(fā)射、接收性能如表1所示。

表1 發(fā)射和接收性能

測(cè)試結(jié)果顯示，MINI GPON OLT的各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，且全工作溫度范圍內(nèi)變化較小，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

圖8 發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)

圖9 接收測(cè)試系統(tǒng)

6 結(jié) 論

本文介紹了一種特殊的MINI GPON OLT光模塊，重點(diǎn)介紹了它的電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及測(cè)試方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，各性能指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)輸入要求。目前，該產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)客戶(hù)驗(yàn)證，開(kāi)始小批量供貨。