PIC Studio 功能與應用：CWDM光收發(fā)器設計原理與實踐

  PIC Studio 功能與應用：CWDM光收發(fā)器設計原理與實踐

  隨著數據中心流量的不斷擴大，所需的連接帶寬也在不斷增加。硅光子技術已經成為一種能夠滿足這些連接需求的技術，它具有高容量和高性價比的平臺，許多接口標準和多源協(xié)議 (Multi-Source-Agreements, MSA)已經形成，以應對400G市場，其中每個都非常適合硅基光子技術。其中CWDM4 MSA[2]的目標是在數據中心應用中，運行達2公里的低成本100G光接口的通用規(guī)范。該MSA使用CWDM(粗波分復用)技術，將4個通道的25Gb/s光復用到雙工單模光纖(SMF)上并解復用。在本文中，利用pLogic搭建鏈路并通過 pSim進行鏈路仿真，演示了CWDM硅基光電子收發(fā)器的設計和仿真案例，它由以所有4個波長通道為中心的激光器、微環(huán)調制器 (MRM )和波分復用器(MUX)以及解復用器(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量。pLogic以及pSim均為國產EDA軟件PIC Studio光電融合設計全流程的模塊。

圖1：國產EDA軟件 PIC Studio光電融合設計全流程

  鏈路功能說明

  CWDM是一種適用于短程WDM傳輸系統(tǒng)的實用技術。在本文中，CWDM光收發(fā)器的結構可分為兩部分。一種是CWDM多路復用/解復用系統(tǒng)，另一種是帶NRZ-OOK信號系統(tǒng)的CWDM 收發(fā)器。

  關于CWDM(解)復用器，利用pLogic搭建(解)復用器原理圖，如下圖所示，激光源用作從光網絡分析儀(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端口分離到四個端口。四個激光源用作光源以發(fā)射到多路復用器(MUX_2)。解復用器(MUX_1)用于分離四個波長。最后，使用四個ONA_1檢測器來檢測接收信號。

  圖2：利用pLogic搭建(解)復用器原理圖

  關于帶NRZ-OOK信號系統(tǒng)的CWDM光收發(fā)器，利用pLogic搭建，如下圖所示，偽隨機比特序列(PRBS_4)和不歸零碼(NRZ_4)，用于產生隨機通斷鍵控(OOK)信號。在NRZ_4之后，一部分被發(fā)送到眼圖(eye_1)作為參考信號，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。連續(xù)激光器(CWL_5)作為光源發(fā)射到環(huán)1的光端口。這種設置被稱為一組發(fā)射機(Tx)側。有四組Tx側發(fā)射到光復用器(MUX_3)。通過MUX_3后，四個端口合并為一個端口。然后，光纖(FIBER_1)用于短距離(2km)傳輸這些光信號。使用解復用器(MUX_4)以將這些信號從一個端口分離到四個端口。Pin光電探測器(PIN_2)用于將信號從光信號轉換為電信號。低通RC濾波器(LPF_5)用于濾除高頻信號。最后，利用眼圖分析傳輸信號通過整個系統(tǒng)后的質量。從光電探測器到分析儀，這種設置稱為接收器(Rx)側。

  圖3：利用pLogic搭建NRZ-OOK信號收發(fā)系統(tǒng)原理圖

  工作原理說明

  在 pLogic中，連接每個器件的導線后執(zhí)行仿真，模擬結果將顯示如圖所示。結果表明， 有四個傳輸波長(1278.64nm、1298nm、1318nm、1338.58nm)，最大功率約為-6dB。

  圖4：CWDM(解)復用器的仿真結果

  關于帶NRZ-OOK信號系統(tǒng)的CWDM光收發(fā)器，通過pSim仿真可得到如圖所示結果。傳輸距離為2km后，結果表明眼圖是開放和清晰的。細節(jié)的自定義器件的操作方法、參數以及仿真設置在「基于pSim的硅基光電子集成鏈路設計」教程中都有詳述，在此不贅述。

  圖5：通過pSim仿真可得到 CWDM(解)復用器的仿真結果