OFC2020论文笔记 M1F.5 25.78-Gbit/s Burst-mode Receiver for 50G-EPON OLT
25.78-Gbit/s Burst-mode Receiver for 50G-EPON OLT
这篇文章展示了适用于50G-EPON OLT收发机的突发式光分机(BM-ROSA)，并演示了25G/10G双速率突发接收特性。
要点：
- 接收机带宽：
|
光电跨阻抗ZT(O-E) 3db |
PIN-PD BM-ROSA |
APD BM-ROSA |
|
w. evaluation board loss |
14GHz |
11.8GHz |
|
w.o. evaluation board loss |
18GHz |
14GHz |
2.
接收机：APD BM-ROSA
|
25.78-Gbit/s |
10.31-Gbit/s |
|
|
灵敏度（BER=10-2） |
-26dBm |
-32dB |
|
灵敏度（BER=10-3） |
-30.3dBm |
|
|
误码率阈值下突发动态范围（接收功率） |
23dB |
26dB |
背景：
对于下一代高速PON系统，ITU-T制定了40G接入网络NG-PON2的标准，采用时分复用(TWDM) PON。因此，所有物理介质 (PMD)组件，如激光二极管、雪崩光电二极管(APD)、驱动器和跨阻抗放大器(TIA)仍然是10G带宽。
传统的10G-EPON要与50G-EPON共存，所以50G-EPON的OLT（光线路终端）要能够同时接收ONU发的10G和25G的突发信号，PMD器件必须同时满足10G- EPON和50G-EPON上行要求。50G-EPON OLT光接收机需要在较短的保护时间后接收动态范围较大的光信号。25Gbit/s NRZ突发模式接收机有实现，引文[4]，目前还没有其他光学接收机模块符合50G-EPON规范。
50G-EPON OLT的接收机设计
作者做了25.78 Gbit /s突发跨阻抗放大器(BM-TIA) IC芯片，框图如图2所示。它在没有外部复位控制信号和低输入参考噪音实现快建立时间和大的动态范围，满足50G-EPON标准。
建立时间（settling time）：对于一个振荡的信号稳定到指定的最终值所需要的时间。
图3 (a)为采用传统同轴封装技术的BM-ROSA的照片。它的同轴直径为3.15毫米，很小可以部署在一般标准比如SFP28的收发机上。它也可以集成在带有光发射机的双向光组件上。TIA和PD被安装在一个低成本的同轴封装上，并通过金线连接在一起。图3 (b)为采用0.13um SiG:C-BiCMOS工艺(fT/fmax =300/500 GHz)制备的BM-TIA的照片。文中的25.78 Gbit /s BM-TIAs是由25G class PIN-PD和APD组成的。
测试结果：
接收机的高带宽：
图4左边y轴为BM-ROSA包含测评板损耗的光电跨阻抗ZT(O-E)，右边y轴为估计的测评板损耗。PIN-PD BM-ROSA的ZT(O-E)的3dB带宽为14GHz，APD BM-ROSA的为11.8GHz。
跟据[6]，APD在倍增系数为6的情况下3dB带宽为10GHz左右。因此，TIA中的附加峰值函数被用来来克服APD的带宽限制。在不考虑测评板损耗的情况下，PIN-PD BM-ROSA的ZT(O-E)3dB带宽约为18GHz（可以满足25.78 Gbit /s的运行要求），APD BM-ROSA为 14GHz。
25.78 Gbit /s 信号的眼图如图5所示。图5 (a) :输入APD BM-ROSA的光信号。图5 (b)、(c)、(d)：APD BM-ROSA的单端电眼图。接收功率在-21dbm至-3dbm之间有足够的眼开度且没有模式相关抖动。
误码性能：
实验装置图：
背靠背系统参数：
中心波长：Tx1（soft burst transmitter） 1309nm ；Tx2（loud burst transmitter） 1270nm
soft burst和loud burst应该是小信号和大信号的意思吧，功率
消光比： Tx1 5.0dB for 25.78-Gbit/s and 6.0dB for 10.31-Gbit/s ；Tx2 6dB
两个发射机发射的信号由功率合成器合并经衰减器衰减之后由PD接收。
图6是被测试的信号，loud burst作为aggressor，soft burst作为victim（可能是loud burst会干扰soft burst的意思），图中preamble pattern那一段用做时钟数据恢复。从loud burst结束到有效载荷开始的这段时间被定义为建立时间Ts。突发模式接收必须在建立时间内从两次burst之间的信号功率转换中恢复过来，并正确接收下一个信号。两个突发信号之间的间隔时间被定义为间隔时间Tg。最大Ts在10G-EPON和50G-EPON中指定为800ns。下文在Ts=600nsec、Tg=0nsec、信号为PRBS231-1和室温情况下分析突发误码率性能。loud burst功率被固定到-3dBm。
误码率是在图6（b）中soft burst那一段中测的，图7的两个曲线用的相同的APD BM-ROSA，虽然建立时间很短只有600ns，对误码率几乎没有影响。定BER阈值为2×10-2时，灵敏度是-26dbm，满足50G-EPON最小灵敏度标准，至少1.5dB的裕度（margin）（突然来个裕度有点反应不过来。。）。红色三角形是上行50G PON的灵敏度（是个范围），满足BER<10-2的突发动态范围(loud/soft ratio)在25.78-Gbit /s时大于23dB（-26dbm-（-3dbm））。
图7 (b)： 10.31 Gbit /s的误码率。与图7（a）的测量相比，在BM-ROSA和bit error测试仪之间增加了一个带限放大器，将接收机总带宽限制在10GHz。BER=10-3和10-2的灵敏度分别为-30.3dBm和-32.0dBm。所有接收机灵敏度均可满足50G-EPON(红三角)和10G-EPON(蓝三角)的10.31-Gbit/s上行标准，阈值分别在BER=10-2和10-3。误码率<10-2下有26dB突发动态范围。
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