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400G AOC产物的焦点手艺—PAM4和DSP

宣布时间:2019年03月19日 16:03    宣布者:chaser12
要害词: PAM4 , DSP , AOC , 数据中央

在快速增添的数据中央流量需求下,无邪、低资源的400 Gbit/s速率传输妄图被相继提出,并作为下一代数据中央互联应用的备选妄图。

为了支持400 Gbit/s的速率传输,应用PAM调制的4通道x100Gbit/s传输要领可以降低收发机的设计严重年夜度和能量功耗。

值得重视的是,相关于基于外部调制的马赫-曾德调制器(MZM), 应用电吸收光调制器(EML), 直接调制激光器(DML)的内调制妄图资源较低,设计也越发质朴。

然则关于这些方面有两方面的瓶颈限制了系统的性能:光电装备的调制带脱期制和调制、解调历程当中的非线性毁伤效果。许多数字旌旗暗记处置赏罚赏罚(DSP)措施被提出用以处置赏罚赏罚这两种限制,例如讯断反映平衡、非线性沃尔泰拉平衡等,这些妄图在吸收端都须要很高的盘算严重年夜度。

PAM4调制手艺

由于400G手艺的请求,须要应用单通道56G或112G速率请求,然则56G/112G旌旗暗记的通道消耗和反射引入价值太年夜,同时对通道串扰的容忍性极年夜降低,现在的NRZ手艺很难突破单路56G传输速率。是以业界引入了PAM4手艺阻拦处置赏罚赏罚。

PAM4

PAM4是PAM (Pulse Amplitude Modulation, 脉冲幅度调制) 调制手艺的一种。

调制要领网罗基于DSP的数字DAC完成措施和基于模拟的Combine措施。主流的模拟要领可经由历程两路NRZ旌旗暗记阻拦相加操作,数字方规则是基于高速DAC的要领阻拦0/1/2/3电平的快速输入。

以下图所示, PAM4经由历程四电平幅度调制,每个电平值可以承载2bit信息,价值是对噪声越发敏感。

AM4原理体现图

假定我们不雅不雅察NRZ旌旗暗记的眼图,假定比特周期为T, 幅度为A, 那么信道带宽为比特周期的倒数(1/T)。比特率越高,比特周期越小,旌旗暗记带宽越年夜。通常也会有信噪比(SNR)请求,这与旌旗暗记幅度相关。从纵向看,眼图张开的幅度越小,那么从吸收端以结实的信噪比分辨出原始旌旗暗记就加倍艰辛。

成倍前进比特率的措施

其中一种措施是将两路比特流串行化。

用一起56Gbit/s信道取代两路28Gbit/s。因此在原来28Gbit/s速率的周期内,现在速率到达56Gbit/s。

从旌旗暗记ML的眼图可以看出,其幅度依然是A, 然则周期酿成T/2。假定将比特周期取倒数,取得旌旗暗记带宽2/T。A稳固,即信噪比稳固,但旌旗暗记带宽加倍。

我们须要一种在不增添带宽的条件下成倍前进比特率的妄图,这是PAM4的优势所在。

PAM4的眼图不合寻常,从纵向看有3只张开的眼睛和4个幅度,符号周期为T。然则每个眼睛的张开幅度为A/3, 照顾的带宽请求为1/T。

这样我们取得56Gbit/s旌旗暗记,与28Gbit/s的单路旌旗暗记M或L带宽类似,然则信噪比与A/3相关,是以PAM4存在信噪比与旌旗暗记带宽的权衡。

许多串行链路是带宽受限的,是以很难经由历程延伸比特周期来前进28Gbit/s。但当有信噪比遭受空间时,殉国一部门信噪比价值换取速率成倍前进的PAM4妄图会是很好的选择。

DSP手艺

400G AOC外面异常主要的一部门是对旌旗暗记恢复电路的设计。之前旌旗暗记恢复接纳CDR(时钟与数据恢复)电路。

在电-光转换接口,高速串行旌旗暗记经由高消耗电路板招致旌旗暗记质量严重降低,经由历程PAM4 CDR对旌旗暗记阻拦恢复,从而取得低哆嗦的时钟和数据。

在电-光转换接口,由于电光调制器的拔出消耗和光纤传输消耗等,光电探测器吸收到的有损旌旗暗记异常须要CDR阻拦数据恢复。

◮基于PAM4调制的DSP妄图

可是在性能上CDR关于所有电路的提升远不及DSP。DSP就是高速数字处置赏罚赏罚芯片,除供应CDR能供应的数字时钟恢复功效以外,还可以对AOC产物阻拦色散赔偿操作,去除噪声、非线性等滋扰因素。

受限于光模块的封装体积, 400G AOC的平行路数不会许多,再加上电光器件带宽局限,人们必须要前进单波速率。关于单波100G以上的应用来讲,现在的发送端电驱动芯片与光器件都达不到50GHz以上的带宽,是以在发送端相当于引入了低通滤波器,在时域上的体现就是码间滋扰。

例:100G PAM4的应用

以单波100G PAM4的应用为例,带宽缺乏的调制器件会让其旌旗暗记的眼图眼宽变得很小,基于之前模拟PLL的时钟恢复没法找到最好采样点而使得吸收机没法恢复出准确的旌旗暗记。

而引入DSP以后,可以在发送端直接对旌旗暗记阻拦频谱延伸,而吸收端在经由历程自顺应的FIR滤波器对旌旗暗记阻拦恢复,用这类措施可以把调制/吸收器件中弗成控的模拟带宽影响酿成已知的数字频谱延伸,降低对光器件带宽的需求。

总的来讲,相比于CDR电路,应用DSP妄图的400G产物在功耗和资源上偏高,然则其处置赏罚赏罚旌旗暗记的才干加倍优良,主要体现为电口适配才干强,光电性能好等。

总结

PAM4手艺战胜了56G速率下传统NRZ调制的疲软才干,在不增添带宽的情形下将比特率速率翻倍;然则PAM4殉国了信噪比,使得400G AOC产物对噪声加倍敏感,DSP芯片的引入正好填补了PAM4手艺照顾的优势。

虽然PAM4手艺的引入给400G产物的测试带来了极年夜的寻衅, BER和TDECQ成了PAM4系统的要害参数。

而此外一个效果在于模块与装备电口的对接须要装备端和模块端合营调治,不合装备由于外部走线、毗连器等情形不合,对应的调治参数也不合。

所有的PAM4产物都处于年夜规模应用的前夕,基本上都邑存在兼容性效果;而DSP妄图由于其功耗和资源效果令使命者很是迟疑。信托在研究职员的起劲下,随着新质料的应用,400G AOC产物将会有一个更合适的手艺妄图。

◮易飞扬400G AOC的电眼图

仰仗传统优势的VCSEL工艺平台,易飞扬(Gigalight)在AOC有源光缆的研发上一直走内行业前沿职位,并于去年深圳光博会上展出了基于PAM4调制的400G AOC样品。若想明确更多关于易飞扬的光模块产物,可会见我们的官网:https://www.gigalight.com/cn/


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