教育部顾问室光通讯系统教育改进计画

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.Averageoutputpower2.Extinctionratio3.Eyediagram

光接收機特性量測實驗1.Sensitivity2.BitErrorRate

光通訊模組的架構光收發模組封裝形式SFF(smallformfactor)SFP(smallformpluggable)BI-Directional(BI-DI)發射端光源LEDLD--FB(Fabry-Perot)LD--DFB(DistributedFeedback)LD--VCSEL(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)

發光二極體(LED)AppliedinDatacomm.MultimodeFiber(Inexpensive,780,850,1300nm)TotalPoweraboutfewmicro-WattSpectraWidth30~100nmLargeNoise(Poorcouplingintofiber)Fabry-Perot雷射二極體(FPLD)Multiplelongitudinalmode(MLM)spectrumOftenUsingin850or1310nmModeSpacing0.7~2nmDFB雷射二極體(DFBLD)Singlelongitudinalmode(SLM)spectrumForLongHaul&DWDMsystemMostaroundin1550nmPowerupto3~50mWSpectrumWidth10~100MHz(0.08~0.8pm)不同速率應用市場與使用LD表

100Mb/sFastEthernet155Mb/sOC-3622Mb/sOC-121000Mb/sGbE(1.25Gb/s)2.5Gb/sOC-4810Gb/sOC-19240Km300m500m1Km5Km10Km2KmF-PLD1310nm80KmLED-1310nmDFBLD1550nmF-PLD1310nmDFBLD1550nmF-PLD1310nmVCSEL850nmVCSEL850nmF-PLDDFBLDVCSELNote:1310nmF-PLDcouldbechangetoVCSELinQ3/2002fromHoneywell,EMCORE接收端感測器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TransceiverCircuitLayoutDiagram虛擬隨機序列

(Pseudo-RandomBinarySequence: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

PRBS^23實驗設備

powersupply(電源供應器)clocksource(時脈源)patterngenerator(波形產生器)errordetector(誤碼率偵測器)samplingscope(取樣示波器)opticalattenuator(光衰減器)CoaxialCables*4條Fiber*2條酒精及擦拭紙發送端光訊號輸出量測架構示意圖ClockSourceTransceiverModulePowerSupplySampleScopeFilterOptical/ElectricalProbePatternGeneratorClock+5VandGNDTriggerinDinDTx發送端光訊號輸出量測架構圖(一)OSAPPGEDEyePatternGen.E/OCouplerCHAOscilloscopeTxDUTTrigger發送端測試項目AverageoutputpowerExtinctionRatioEyeWidth(ns)JitterRisetime

FallTimeEyeMaskEyeWidthPaverage發送端測試項目Averageoutputpower:發射端輸出訊號時的平均輸出功率

AveragePower=10log(Pon+Poff)/2(dB)ExtinctionRatio:輸出訊號時在邏輯1與邏輯0的光功率比值

ExtinctionRatio=10logPon/Poff(dB)EyeWidth: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.Risetime:訊號由振幅10%上升到90%的時間FallTime:訊號由振幅10%下降到90%的時間EyeMask:在通訊中,傳輸的訊號透過EyeMask來檢測其訊號的好壞.如果測量的訊號落入EyeMask的區域中,這表示資料會發生錯誤.接收端量測架構示意圖ClockSourceTransceiverModulePowerSupplyErrorDetectorPatternGeneratorClock+5VandGNDTriggerinDinDTxOpticalAttenuatorRxoutD接收端量測架構圖(二)RxPPGEDBERTGoldenE/OCouplerOpticalAtt.O/EDUTDataXDataDataOSWRFSWXDataOscilloscopeSD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接收端測試項目實驗步驟(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Averageoutputpower、Extinction