Imec與諾基亞合作推出首個(gè)上行100Gbit/s PAM-4線性突發(fā)模式TIA芯片

  ICC訊 近日，在2022年歐洲光通訊會(huì)議(ECOC 2022)上，IDLab(一家根特大學(xué)和安特衛(wèi)普大學(xué)的imec研究小組)研究人員和諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室展示了首個(gè)兼容50 Gbit/s NRZ和100 Gbit/s PAM4調(diào)制的上行線性突發(fā)跨阻放大器(TIA)芯片。該芯片使光線路終端(OLT)可以應(yīng)對(duì)上行數(shù)據(jù)包的信號(hào)強(qiáng)度變化和質(zhì)量下降，這種影響在下一代無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)將更加嚴(yán)重。研究人員認(rèn)為，這款新型TIA芯片對(duì)于實(shí)現(xiàn)下一代靈活PON部署(尤其是100G PON)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性至關(guān)重要。

突發(fā)模式TIA芯片與一顆光電探測(cè)器引線鍵合在PCB

  無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)為住宅和商業(yè)用戶帶來(lái)了高速寬帶，并支持5G移前傳/回傳服務(wù)。

  PON網(wǎng)絡(luò)是一種樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，使用一根通用光纖連接一個(gè)光線路終端(OLT)至運(yùn)營(yíng)商中心機(jī)房(CO)以服務(wù)多個(gè)用戶。從而產(chǎn)生了一個(gè)具有成本效應(yīng)的部署場(chǎng)景，但它也會(huì)影響數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸方式，即下行流量是網(wǎng)絡(luò)連續(xù)發(fā)送，但上行流量是突然傳輸?shù)?在分配的時(shí)間段內(nèi)，防止沖突)。

  隨著10G PON訂閱量如火箭般攀升以及首個(gè)商用25G PON解決方案的面世，PON技術(shù)演進(jìn)正在加速。不過(guò)，在下一代(50G和100G)PON商用之前，還有一些挑戰(zhàn)需要解決，尤其是在上游方向。

  快速動(dòng)態(tài)優(yōu)化上行數(shù)據(jù)包的信號(hào)強(qiáng)度

  上行數(shù)據(jù)包進(jìn)入OLT接收機(jī)會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)大規(guī)模動(dòng)態(tài)的光功率范圍，這是由于光學(xué)分布式網(wǎng)絡(luò)不同鏈路的損耗和光網(wǎng)絡(luò)終端(ONT)發(fā)射器發(fā)射功率的不同所導(dǎo)致，而OLT與其連接的ONT之間的距離同樣是一個(gè)決定因素。

  根特大學(xué)和安特衛(wèi)普大學(xué)imec研究小組IDLab模擬/混合信號(hào)IC設(shè)計(jì)高級(jí)研究員Gertjan Coudyzer表示：“下一代PON高速傳輸加劇了這些影響，確保所有接收的OLT數(shù)據(jù)包具有大致相同的信號(hào)強(qiáng)度將是至關(guān)重要，而這必須以最小的開(kāi)銷(xiāo)完成，即不超過(guò)幾十納秒。我們的新型芯片正是做到了這一點(diǎn)，它使我們最大限度地利用每個(gè)數(shù)據(jù)包和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，最大限度地提高其速度、覆蓋范圍和吞吐量?！?

  展示世界首個(gè)上行線性突發(fā)模式TIA芯片，兼容 50 Gbit/s NRZ和100 Gbit/s PAM-4調(diào)制

  Gertjan Coudyzer表示：“我們驗(yàn)證了芯片的線性突發(fā)模式運(yùn)作，線性不僅影響信號(hào)均衡，還為未來(lái)的PON PAM-4調(diào)制格式鋪平了道路，它相比于NRZ可將比特率擴(kuò)大一倍。這是推動(dòng)未來(lái)全球大規(guī)模100G PON部署的第一個(gè)突破。”

  IDLab高速收發(fā)器項(xiàng)目經(jīng)理Peter Ossieur表示：“鋪設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)巨大的投資。一旦投入使用，運(yùn)營(yíng)商希望至少在幾十年內(nèi)保持其網(wǎng)絡(luò)不受影響。這款芯片也使運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)可為未來(lái)的升級(jí)做好準(zhǔn)備，在需要的情況下支持更高的帶寬。展望未來(lái)，我們期待ITU-T接手這項(xiàng)發(fā)展成果，將其納入標(biāo)準(zhǔn)化制定工作?！?

突發(fā)模式TIA芯片

  諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室光學(xué)系統(tǒng)和器件實(shí)驗(yàn)室主管Tod Sizer表示：“新型突發(fā)模式跨阻放大器芯片的出現(xiàn)得益于與imec長(zhǎng)期卓有成效的合作，也再次確認(rèn)了諾基亞在高速無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位。這款新型芯片的出現(xiàn)是及時(shí)的，因?yàn)閲?guó)際電聯(lián)G.9804正在定義50G上行PON目標(biāo)。由于其線性，TIA芯片還支持100G flexrate PON使用更高階調(diào)制方式?！?

  據(jù)了解，該款TIA芯片采用0.13 μm鍺硅（SiGe）工藝制備，具有2.5V電流下功耗為275mW(平均)?？傮w趨穩(wěn)時(shí)間遠(yuǎn)低于150 ns，滿足典型的PON目標(biāo)前置時(shí)間。

  終端用戶和中心機(jī)房不斷擴(kuò)大的距離

  Peter Ossieur表示：“未來(lái)的挑戰(zhàn)將與終端用戶和中心機(jī)房之間日益增長(zhǎng)的距離密切相關(guān)——因?yàn)殡娦胚\(yùn)營(yíng)商試圖將客戶基礎(chǔ)擴(kuò)大到更多的農(nóng)村地區(qū)。因此，從相同的OLT靈活地為不同的客戶提供不同的PON口味的策略將繼續(xù)獲得動(dòng)力，這需要新的數(shù)字信號(hào)處理方法，光接收器的更新，以及日益線性的電路的發(fā)展。這些正是我們研究議程上排名靠前的主題;我們繼續(xù)歡迎合作伙伴對(duì)這些問(wèn)題的投入和參與”

  這項(xiàng)開(kāi)發(fā)工作由VLAIO project SPIC (HBC.2020.2197)支持