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實驗 13: 光收發模組之特性量測實驗

實驗 13: 光收發模組之特性量測實驗. 光收發模組介紹 光收發模組架構說明 光發射機特性量測實驗 1. Average o utput power 2. Extinction ratio 3. Eye diagram 光接收機特性量測實驗 1. Sensitivity 2. Bit Error Rate. 光通訊模組的架構. 光收發模組封裝形式. SFF( small form factor) SFP ( small form pluggable). BI-Directional(BI-DI). 發射端光源. LED

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實驗 13: 光收發模組之特性量測實驗

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  1. 實驗 13: 光收發模組之特性量測實驗 • 光收發模組介紹 • 光收發模組架構說明 • 光發射機特性量測實驗 • 1. Average output power • 2. Extinction ratio • 3. Eye diagram • 光接收機特性量測實驗 • 1. Sensitivity • 2. Bit Error Rate

  2. 光通訊模組的架構

  3. 光收發模組封裝形式 SFF( small form factor) SFP ( small form pluggable) BI-Directional(BI-DI)

  4. 發射端光源 • LED • LD -- FB (Fabry-Perot ) LD -- DFB (Distributed Feedback ) LD -- VCSEL ( Vertical Cavity Surface Emitting Laser)

  5. 發光二極體(LED) • Applied in Data comm. Multimode Fiber (Inexpensive, 780,850,1300 nm) • Total Power about few micro-Watt • Spectra Width 30~100 nm • Large Noise (Poor coupling into fiber)

  6. Fabry-Perot 雷射二極體(FP LD) • Multiple longitudinal mode (MLM) spectrum • Often Using in 850 or 1310 nm • Mode Spacing 0.7~ 2 nm

  7. DFB 雷射二極體(DFB LD) • Single longitudinal mode (SLM) spectrum • For Long Haul & DWDM system • Most around in 1550 nm • Power up to 3~ 50 mW • Spectrum Width 10~100MHz (0.08~0.8 pm)

  8. 不同速率應用市場與使用LD表 80 Km Note: 1310nm F-P LD could be change to VCSEL in Q3/2002 from Honeywell,EMCORE DFB LD 1550nm 40 Km DFB LD 1550nm 10 Km F-P LD 1310nm F-P LD 1310nm F-P LD 1310nm DFB LD 5 Km 2 Km LED -1310nm F-P LD 1 Km 500 m VCSEL 850nm 300 m VCSEL 850nm VCSEL 155 Mb/s OC-3 622 Mb/s OC-12 1000Mb/s GbE (1.25Gb/s) 2.5 Gb/s OC-48 10 Gb/s OC-192 100 Mb/s Fast Ethernet

  9. 接收端感測器

  10. 發送端電路功能架構示意圖 • 調變電路 • 偏壓電路 • 監視電路 • 輸出入界面電路

  11. 接收端電路功能架構示意圖 • 光檢測元件:將光訊號轉變為電流訊號 • 前級放大器:放大電流訊號並將其轉換為電壓訊號 • 量化電路:後極放大、準位偵測、限制放大、輸出入介面

  12. Transceiver Circuit Layout Diagram

  13. 虛擬隨機序列(Pseudo-Random Binary Sequence : PRBS) • 虛擬隨機信號一般是在量測時用來近似數位傳輸信號的隨機特性。隨機信號是不可預測的，而只能以統計方式來描述。但虛擬隨機信號不完全是隨機性的；其特性可近乎一真實隨機信號 2n - 1

  14. PRBS^23

  15. 實驗設備 • power supply (電源供應器) • clock source (時脈源) • pattern generator (波形產生器) • error detector (誤碼率偵測器) • sampling scope (取樣示波器) • optical attenuator (光衰減器) • Coaxial Cables *4條 • Fiber *2條 • 酒精及擦拭紙

  16. 發送端光訊號輸出量測架構示意圖 Optical/Electrical Clock Source Probe Tx Clock D in Filter Transceiver Pattern Generator Module D in Sample Scope +5V and GND Trigger Power Supply

  17. 發送端光訊號輸出量測架構圖(一) OSA Oscilloscope Tx Eye Pattern Gen. DUT E/O CHA Coupler Trigger PPG ED

  18. 發送端測試項目 Paverage Eye Width • Average output power • Extinction Ratio • Eye Width (ns) • Jitter • Rise time • Fall Time • Eye Mask

  19. 發送端測試項目 • Average output power:發射端輸出訊號時的平均輸出功率 Average Power =10log( Pon + Poff ) /2(dB) • Extinction Ratio:輸出訊號時在邏輯1與邏輯0的光功率比值 Extinction Ratio = 10log Pon / Poff (dB) • Eye Width : 輸出光訊號再兩個相鄰的上升,下降邊緣交會點的 時間長度 • Jitter:傳輸資料時，資料的時基差 Jitter = t2-t1. • Rise time:訊號由振幅10% 上升到90%的時間 • Fall Time: 訊號由振幅10% 下降到90%的時間 • Eye Mask : 在通訊中,傳輸的訊號透過Eye Mask 來檢測其訊號的好壞. 如果測量的訊號落入Eye Mask 的區域中,這表示資料會 發生錯誤.

  20. 接收端量測架構示意圖 Optical Attenuator Clock Source Clock Rx Tx D in Transceiver Pattern Generator Error Detector Module D out D in Trigger +5V and GND Power Supply

  21. 接收端量測架構圖(二) PPG Rx BERT ED Optical Att. Data Golden E/O Coupler OSW XData DUT Data O/E XData RF SW SD Oscilloscope

  22. 接收端測試項目 當接收端所接收的光訊號與雜訊知之間的S/N值(訊噪比)低於某個範圍時,此時接收端就無法將所接收的光訊號還原為正確的資料,因此資料的傳輸就會發生錯誤. Sensitivity的大小與輸出光雜訊的關係為 Sensitivity =10log (dBm) 其中 NEP=Vnoise / R , R 為 Responsivity Q: BER= , BER=ErrorBits / TotalBits 因此由以上諸式, 如已知光雜訊的大小及確定系統所要求之BER的大小,就可計算出接收端的Sensitivity

  23. 實驗步驟 • (1) 以量測架構(一)之設置，由任意波形產生器輸出虛擬隨機序列，由示波器觀察 眼形圖並求出相關測試項目 Average output power、Extinction Ratio、Eye Width、Jitter、 Rise time、Fall Time • (2)同項目(1)，由示波器觀察眼形圖及eye mask 並判定是否通過眼形圖測試。 • (3)以量測架構(二)之設置，由任意波形產生器輸出須虛擬隨機序列，調整不同的光功率衰減值，由誤碼率測試儀量測不同接收端收到的光功率所對應之誤碼率並計算出Sensitivity。

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