COMAN Bidirektionaler Transceiver für OLT Anwendungen 1. Statusseminar 12.09.2007, Stuttgart Stefan Schelhase MergeOptics GmbH, Berlin
Übersicht Ziel des Teilprojekts: Aufbau eines G-PON OLT-Transceiver-Moduls mit zusätzlicher Funktionalität zur Überwachung der optischen Verbindungswege 1. Integration von OTDR-Messsignal in OLT Transmitter-Pfad 2. Auswahl von G-PON fähigen TIA/LA Kombinationen 3. Elektrisches Modulinterface 4. Modulaufbau
1. Integration der OTDR-Messung Transmitter-Pfad Standardaufbau: Bias-Strom Regelung (Pavg) mittels Monitordiode: Kompensation des Einflusses von Alterung und Temperatur auf Ith Modulationsstrom-Steuerung: Kompensation des Einflusses der Temperatur auf SE
1. Integration der OTDR-Messung OLT OTDR-Messung: Messung erfolgt zeitgleich zum Datentransport Messsignal wird auf den Datenstrom moduliert Messsignal: frequenz-gesweepter Sinus Frequenzbereich des Messsignals: 1kHz … 10MHz Amplitude des Messsignals: 5% … 10% der Amplitude des Datensignals m=5 % … 10%
1. Integration der OTDR-Messung ~ iOTDR Realisierung: Einspeisung des OTDR-Signals in Bias-Pfad Modulation des Bias-Stroms führt zu Modulation von Pavg (und damit von IMD) Problem: Frequenz des modulierten Signals liegt (teilweise) innerhalb der Bandbreite der Leistungsregelung APC versucht Messsignal „auszuregeln“!
1. Integration der OTDR-Messung Mögliche Lösungsansätze: Begrenzung der Bandbreite der APC (f3dB APC << fOTDRmin) und ggf. Auskopplung des niederfrequenten Anteils des Monitordioden-Stroms (falls keine dedizierte MD verwendet wird) Verzicht auf Leistungsregelung Übergang zu Modulations- und Bias-Strom Steuerung mittels „look-up-table“
1. Integration der OTDR-Messung Begrenzung der Bandbreite der APC / Auskopplung des niederfrequenten Anteils des Monitordioden-Stroms ~ iOTDR Bias-Tee (opt.) Begrenzung der APC-Bandbreite durch Anpassung von CAPC Auskopplung des niederfrequenten Anteils des Monitordioden-Stroms mittel Bias-Tee
1. Integration der OTDR-Messung Begrenzung der Bandbreite der APC / Auskopplung des niederfrequenten Anteils des Monitordioden-Stroms: Potentielle Problemquellen: Anschaltzeit des Lasers nach Tx_Enable Datenabhängiger Jitter Stabilität der APC-Loop Baugröße der notwendigen Komponenten
1. Integration der OTDR-Messung Anschaltzeit nach Tx-Enable (für MAX3537, lt. Maxim Appl. Note HFDN-23.0): Soll: f3dB,APC < 100Hz f3dB, APC = 80Hz CAPC = 10µF (0805 (2x1.25mm²), 6.3V oder 1206 (3.2x1.6mm²), 16V) (Ith=5mA, Imod=30mA, ER=10dB, SE=0.3mW/mA, rmon=0.06mA/mW) ton > 50ms Spezifikation nach XFP-MSA: ton = 2ms ton befindet sich bei Begrenzung der APC-Loop Bandbreite auf 80Hz außerhalb der XFP-Spezifikation Abschaltzeit (toff = 10µs) sowie Zeit für Initialisierung nach Power-On (tinit = 300ms) nicht beeinflusst
1. Integration der OTDR-Messung Begrenzung der Bandbreite der APC / Auskopplung des niederfrequenten Anteils des Monitordioden-Stroms: Potentielle Problemquellen: Anschaltzeit des Lasers nach Tx_Enable Datenabhängiger Jitter Stabilität der APC-Loop Baugröße der notwendigen Komponenten Problem kein Problem
1. Integration der OTDR-Messung Stabilität der APC-Loop: Stabilität abh. von Abstand der 3dB-Grenzfrequenzen Keine Klärung, ob ggf. durchgeführte Abtrennung des MD DC-Anteils vergleichbar zu Filterwirkung von CMD
1. Integration der OTDR-Messung Begrenzung der Bandbreite der APC / Auskopplung des nieder-frequenten Anteils des Monitordioden-Stroms: Potentielle Problemquellen: Anschaltzeit des Lasers nach Tx_Enable Datenabhängiger Jitter Stabilität der APC-Loop Baugröße der notwendigen Komponenten Problem kein Problem ungeklärt evtl. Problem
1. Integration der OTDR-Messung II. Laseransteuerung mit „look-up-table“: Vcc TxD TX_Dis I²C Keine Kompensation der LD-Alterung Alterungsvorhalt bei Ith Temperaturkompensation von SE, Ith möglich
Gegenüberstellung Laseransteuerung mit/ohne APC „look-up-table“ Monitordiode notwendig (ggf. Nutzung einer lmon-PD) nicht notwendig, evtl. Einsparung einer Cube-Durchführung (s. Laser Safe.) Tracking Error vorhanden (falls lmon-PD nicht MD-Aufgabe erfüllt) nicht vorhanden T-Kompensation (PAVG, ER) ja Alterung (Ith) nein (Alterungsvorhalt) Platzbedarf hoch (Auskopplung DC-Signal) keine zus. Komponenten Stabilität der Regelung ? -- ton (Einschaltzeit nach TX_Enable) >>2ms (d.h. ausserhalb XFP-Spec.) Abh. von LDD (MAX3536: Ibias=2µs, Imod=1µs) Flexibilität (LD-Lieferant) rmon, T-abh. T-Abh., Alterung Laser Safety MAX3735: Basisfunktionen vorhanden MAX3736: eigene Logik erforderlich (Microcontroller)
Übersicht Ziel des Teilprojekts: Aufbau eines G-PON OLT-Transceiver-Moduls mit zusätzlicher Funktionalität zur Überwachung der optischen Verbindungswege 1. Integration von OTDR-Messung in OLT Transmitter-Pfad 2. Auswahl von G-PON fähigen TIA/LA Kombinationen für das OLT 3. Elektrisches Modulinterface 4. Modulaufbau
2. G-PON OLT TIA/LA-Chipsatz G-PON (OLT) Receiver-Pfad: „Burst-Mode“ Übertragung Unterschiedliche Signalpegel (Abstand der ONTs) Anforderungen an G-PON TIA/LA-Paarung: Hohe Empfindlichkeit Weiter Dynamikbereich Kurze „Settling-Time“/ schnelles Finden der Referenzschwelle Schaltungstechnisch durch „Reset“ von Vref gelöst
2. G-PON OLT TIA/LA-Chipsatz Reset-Signal für BM-LA muss von MAC erzeugt werden Bei GE-PON aufgrund von großzügigeren Timing-Anforderungen nicht notwendig: G-PON: Guard-Time: 25.6ns Preamble: 35.2ns Delimiter: 16ns GE-PON: AGC settling time: 400ns
2. G-PON TIA/LA-Chipsatz Vitesse VSC7718/7728: Reset-Signal für Vref des LA von OLT-MAC Reset-Signal für TIA von LA über Signalleitungen
TIA/LA Kombination für „Burst-Mode“-Anwendung Hersteller IC P/N Einsatz Status DS Samples Bemerkung Vitesse TIA VSC7716 GEPON P ja verfügbar LA VSC7961 2.5G SONET VSC7718 GPON PP/Waiv. Reset v. LA VSC7728 Reset v. MAC PMC-Sierra PAS5351 Sampl. pre. PAS5361 PAS7351 PAS7361 SCOP SCOP623 Dev. nein SCOP643 Mindspeed M020404 Helix TIA&LA HXR1101C ? 1-Chip-Lsg. Micrel SY88903 Eudyna F0100408B CSP GaAs
Übersicht 3. Elektrisches Modulinterface Ziel des Teilprojekts: Aufbau eines G-PON OLT-Transceiver-Moduls mit zusätzlicher Funktionalität zur Überwachung der optischen Verbindungswege 1. Integration von OTDR-Messung in OLT Transmitter-Pfad 2. Auswahl von G-PON fähigen TIA/LA Kombinationen 3. Elektrisches Modulinterface 4. Modulaufbau
3. Elektrisches Modulinterface Pin XFP GPON-OLT 1 GND 2 -5.2V Supply -5.2V 3 Mod_DeSel WP_Enable 4 \Interrupt 5 TX_DIS 6 +5V Supply +5V 7 8 +3.3V Supply +3.3V 9 10 SCL 11 SDA 12 Mod_Abs 13 Mod_NR TX_Fault 14 RX_LOS 15 Pin XFP GPON-OLT 16 GND 17 RD- 18 RD+ 19 20 +1.8V Supply 21 P_Down/RST 22 23 24 RefCLK+ Reset+ 25 RefCLK- Reset- 26 27 28 TD- 29 TD+ 30
Übersicht 4. Modulaufbau Ziel des Teilprojekts: Aufbau eines G-PON OLT-Transceiver-Moduls mit zusätzlicher Funktionalität zur Überwachung der optischen Verbindungswege 1. Integration von OTDR-Messung in OLT Transmitter-Pfad 2. Auswahl von G-PON fähigen TIA/LA Kombinationen 3. Elektrisches Modulinterface 4. Modulaufbau
4. Integration im Modul Flex2 LP2 HF-Leitungen Cube Steuerleitungen Aufbauprozess: LP1 und LP2 mittels Flex1 verbinden (LP bestückt) Cube-Modul und LP1 mittels Flex2 verbinden
Zusammenfassung OTDR-Messsignal in Transmitter-Pfad: Begrenzung der APC-Bandbreite führt zu verlängerter Laser-Einschaltzeit Stabilität der APC-Loop ungeklärt (bei Auskopplung des niederfrequenten MD-Strom Anteils) Testboard zur Evaluierung beider Lösungen (APC/“look-up-table“) Auswahl der „Burst-Mode“ TIA/LA-Paarung: Derzeit nur zwei Anbieter mit verfügbarer Lösung (Vitesse, PMC-Sierra) Ggf. Ausweichen auf GE-PON Chipsatz