COMAN

1. Statusseminar 12.09.2007, Stuttgart

Bidirektionaler Transceiver für OLT Anwendungen

Stefan SchelhaseMergeOptics 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

time

optic

alpo

wer

time

optic

alpo

wer m=5 % … 10%

1. Integration der OTDR-Messung

Realisierung:• Einspeisung des OTDR-Signals in Bias-Pfad• Modulation des Bias-Stroms führt zu Modulation von Pavg (und damit von IMD)

~ iOTDR

Problem:• Frequenz des modulierten Signals liegt (teilweise) innerhalb der Bandbreite der Leistungsregelung APC versucht Messsignal „auszuregeln“!

1. Integration der OTDR-Messung

Mögliche Lösungsansätze:

I. Begrenzung der Bandbreite der APC (f3dB APC << fOTDRmin) und ggf. Auskopplung des niederfrequenten Anteils des Monitordioden-Stroms (falls keine dedizierte MD verwendet wird)

II. Verzicht auf Leistungsregelung Übergang zu Modulations- und Bias-Strom Steuerung mittels „look-up-table“

1. Integration der OTDR-Messung

I. Begrenzung der Bandbreite der APC / Auskopplung des niederfrequenten Anteils des Monitordioden-Stroms

~ iOTDR

a) Begrenzung der APC-Bandbreite durch Anpassung von CAPC

Bias-Tee (opt.)

b) Auskopplung des niederfrequenten Anteils des Monitordioden-Stroms mittel Bias-Tee

1. Integration der OTDR-Messung

I. 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

Anschaltzeit nach Tx-Enable (für MAX3537, lt. Maxim Appl. Note HFDN-23.0):Soll: f3dB,APC < 100Hzf3dB, 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, mon=0.06mA/mW) ton > 50msSpezifikation 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

1. Integration der OTDR-Messung

I. 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

I. 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

Vcc

TxD

TX_Dis

I²C

1. Integration der OTDR-Messung

II. Laseransteuerung mit „look-up-table“:

• Keine Kompensation der LD-Alterung Alterungsvorhalt bei Ith• Temperaturkompensation von SE, Ith möglich

Gegenüberstellung Laseransteuerung mit/ohne APC

APC „look-up-table“Monitordiode notwendig (ggf. Nutzung

einer mon-PD)nicht notwendig, evtl. Einsparung einer Cube-Durchführung (s. Laser Safe.)

Tracking Error vorhanden (falls mon-PD nicht MD-Aufgabe erfüllt)

nicht vorhanden

T-Kompensation (PAVG, ER)

ja ja

Alterung (Ith) ja 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) mon, T-abh. T-Abh., AlterungLaser 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

Reset-Signal für BM-LA muss von MAC erzeugt werdenBei GE-PON aufgrund von großzügigeren Timing-Anforderungen nicht notwendig:

G-PON: Guard-Time: 25.6nsPreamble: 35.2nsDelimiter: 16nsGE-PON: AGC settling time: 400ns

2. G-PON OLT TIA/LA-Chipsatz

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“-AnwendungHersteller

IC P/N Einsatz Status DS Samples

Bemerkung

Vitesse TIA VSC7716 GEPON P ja verfügbar

Vitesse LA VSC7961 GEPON P ja verfügbar

2.5G SONET

Vitesse TIA VSC7718 GPON PP/Waiv.

ja verfügbar

Reset v. LA

Vitesse LA VSC7728 GPON PP/Waiv.

ja verfügbar

Reset v. MAC

PMC-Sierra

TIA PAS5351 GEPON Sampl. pre. verfügbar

PMC-Sierra

LA PAS5361 GEPON Sampl. pre. verfügbar

PMC-Sierra

TIA PAS7351 GPON Sampl. pre. verfügbar

PMC-Sierra

LA PAS7361 GPON Sampl. pre. verfügbar

SCOP TIA SCOP623 GPON Dev. pre. neinSCOP LA SCOP643 GPON Dev. pre. neinMindspeed

LA M020404 GEPON P ja verfügbar

Helix TIA&LA

HXR1101C GEPON ? ja ? 1-Chip-Lsg.

Micrel LA SY88903 GEPON P ja verfügbar

Eudyna TIA F0100408B

GPON CSP ja verfügbar

GaAs

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

3. Elektrisches Modulinterface

4. Modulaufbau

3. Elektrisches Modulinterface

Pin XFP GPON-OLT1 GND GND2 -5.2V Supply -5.2V3 Mod_DeSel WP_Enable4 \Interrupt5 TX_DIS TX_DIS6 +5V Supply +5V7 GND GND8 +3.3V

Supply+3.3V

9 +3.3V Supply

+3.3V

10 SCL SCL11 SDA SDA12 Mod_Abs Mod_Abs13 Mod_NR TX_Fault14 RX_LOS RX_LOS15 GND GND

Pin XFP GPON-OLT16 GND GND17 RD- RD-18 RD+ RD+19 GND GND20 +1.8V

Supply21 P_Down/RST22 +1.8V

Supply23 GND GND24 RefCLK+ Reset+25 RefCLK- Reset-26 GND GND27 GND GND28 TD- TD-29 TD+ TD+30 GND GND

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

3. Elektrisches Modulinterface

4. Modulaufbau

4. Integration im Modul

• Aufbauprozess:1. LP1 und LP2 mittels Flex1 verbinden (LP bestückt)2. Cube-Modul und LP1 mittels Flex2 verbinden

HF-Leitungen

Steuerleitungen

Cube

Flex2

Flex1LP1

LP2

Zusammenfassung

1. 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“)

2. Auswahl der „Burst-Mode“ TIA/LA-Paarung:• Derzeit nur zwei Anbieter mit verfügbarer Lösung (Vitesse,

PMC-Sierra)• Ggf. Ausweichen auf GE-PON Chipsatz