銘普助力下一代接入網(wǎng)高速光通信：25G ONU光模塊的創(chuàng )新設計與實(shí)現

  光纖到戶(hù)技術(shù)作為一種成熟的網(wǎng)絡(luò )接入方式，具備了傳輸速度快、帶寬大、信號質(zhì)量穩定等優(yōu)勢，被廣泛應用于寬帶接入領(lǐng)域。隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信和寬帶接入等領(lǐng)域的快速發(fā)展，光纖到戶(hù)技術(shù)的推廣對光纖光纜的需求提供了巨大的市場(chǎng)機遇。

  自從2020年以來(lái)，我國開(kāi)始大規模建設千兆光纖入戶(hù)網(wǎng)絡(luò )，在千兆光纖到戶(hù)的發(fā)展方面取得了顯著(zhù)進(jìn)展，技術(shù)標準逐漸成熟。然而，隨著(zhù)4K/8K超高清電視、虛擬現實(shí)/增強現實(shí)（VR/AR）技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)等應用場(chǎng)景的逐漸興起，對數據傳輸速率和時(shí)延提出了更高要求?，F有的網(wǎng)絡(luò )速率仍然難以滿(mǎn)足這些新興業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求。為此，IEEE最早在2016年就提出了IEEE802.3ca標準，明確了25Gb/s速率的光網(wǎng)絡(luò )單元（25G ONU）技術(shù)標準要求，為高速光通信技術(shù)的發(fā)展指明了方向。

  銘普憑借其在光電領(lǐng)域的深厚積累，成功研發(fā)出具備更高速性能的25G ONU光模塊，為助力下一代寬帶接入網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

  01 光模塊總體設計

  銘普25G ONU光模塊，支持高達25Gb/s的傳輸速率，采用不歸零編碼（NRZ）調制方式，支持雙向傳輸，并通過(guò)波分復用技術(shù)實(shí)現單纖雙向傳輸。整體結構包括發(fā)射端和接收端兩部分，其中發(fā)射端包含控制單元（MCU）、驅動(dòng)器、DC/DC電源等電芯片，以及分布反饋激光器（DFB）等光器件；接收端則包含限幅放大器、跨阻放大器（TIA）、雪崩光電二極管（APD）等關(guān)鍵組件。

光模塊整體原理框圖

  發(fā)射1286nm波長(cháng)光信號傳輸過(guò)程：首先，當DFB激光器發(fā)射光信號后，經(jīng)過(guò)非球透鏡進(jìn)行光路匯聚以提高入纖功率耦合效率；其次，再經(jīng)過(guò)⑥隔離器隔離反射光后，防止反向光影響到DFB的工作性能；最終，再水平穿過(guò)③45°濾光片后進(jìn)入①斜8°角的光纖適配器。

  接收1358nm波長(cháng)光信號傳輸過(guò)程：首先，接收光信號經(jīng)過(guò)①光纖適配器輸入后，水平經(jīng)過(guò)③45°濾光片時(shí)，由于濾光片波長(cháng)選擇特性導致1358nm波長(cháng)無(wú)法穿過(guò)并產(chǎn)生全反射；其次，反射的接收光信號再經(jīng)過(guò)④0°濾光片濾除1358nm波長(cháng)以外的光；最終，再經(jīng)過(guò)透鏡匯聚到APD探測器的光敏面上進(jìn)行光信號吸收。

光模塊的整體結構示意圖

  02 技術(shù)創(chuàng )新與優(yōu)化設計

  針對高速信號線(xiàn)阻抗不連續的問(wèn)題，銘普深入研究了高速信號線(xiàn)阻抗不連續點(diǎn)的處理技巧和印刷電路板（PCB）打孔工藝設計對傳輸信號線(xiàn)帶寬性能的影響機制。

  高頻線(xiàn)路分析與優(yōu)化：使用商用射頻仿真軟件對PCB高頻差分線(xiàn)阻抗進(jìn)行精確計算與優(yōu)化。通過(guò)挖空設計、增加參考層介質(zhì)厚度、調整焊盤(pán)布局等手段，有效提升信號阻抗匹配性能，確保信號傳輸質(zhì)量。

PCB 高速信號走線(xiàn)設計圖

  PCB疊層設計優(yōu)化：采用8層布線(xiàn)結構，結合低介電常數和損耗因子的材料，確保信號傳輸的穩定性與高效性。通過(guò)對稱(chēng)鋪銅地平面結構設計，縮短信號回流路徑，降低串擾，提升電磁兼容性（EMC）的屏蔽效果，并優(yōu)化散熱性能。

材料和疊層設計參數

  發(fā)射與接收軟板設計：發(fā)射軟板采用微帶線(xiàn)結構設計，接收軟板則采用接地共面波導結構設計，并通過(guò)精細的打孔設計減少輻射損耗和抑制高次模分量，降低空間串擾，確保信號傳輸的純凈與穩定。

發(fā)射和接收軟板設計圖

  03 性能測試與卓越表現

  經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)測試設備（如矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀、寬帶示波器及誤碼儀）的嚴格測試驗證，銘普的25G ONU光模塊不僅全面滿(mǎn)足發(fā)射眼圖性能和接收靈敏度的指標要求，而且性能余量遠超IEEE802.3ca協(xié)議標準。

金手指側差分線(xiàn)回波損耗測試圖

  發(fā)射眼圖余量大于30%，抖動(dòng)均方值在2ps左右，消光比大于5dB，超行業(yè)標準。

發(fā)射光信號眼圖性能測試圖

  在1E-2誤碼率條件下，接收靈敏度達到-27dBm，優(yōu)于IEEE802.3ca協(xié)議要求的-24dBm，且串擾小于0.5dB。

  模塊總功耗低于2W，高效節能。

接收光信號誤碼率測試圖

  04 結語(yǔ)

  下一代光纖接入網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展現狀顯示出技術(shù)創(chuàng )新和市場(chǎng)需求的雙重驅動(dòng)，未來(lái)前景廣闊。25G-PON和50G-PON的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)成為業(yè)界共識，應用場(chǎng)景將更加多樣化，市場(chǎng)需求將持續增長(cháng)。隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應用的不斷拓展，光纖接入網(wǎng)絡(luò )將在未來(lái)的通信網(wǎng)絡(luò )中占據更加重要的地位。

  銘普憑借其深厚的技術(shù)積累和創(chuàng )新能力，成功研發(fā)出高性能的25G ONU光模塊，不僅滿(mǎn)足了未來(lái)高速光通信技術(shù)的需求，更為公司在光通信領(lǐng)域的持續發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎。未來(lái)，銘普將繼續秉承創(chuàng )新精神，致力于光通信技術(shù)的研發(fā)與應用，為全球客戶(hù)提供更加優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。

  錄音講解,開(kāi)放科學(xué)(資源服務(wù))標識碼(OSID):

  期刊來(lái)源:

  [1]魏興,陳聰,羅懿宸.25G ONU光模塊的高速性能設計與實(shí)現[J].光通信技術(shù),2024,48(04):25-30.DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2024.04.005.