一種MINI GPON OLT光模塊的設計和實現

王 磊

（江蘇奧雷光電有限公司，江蘇 鎮江 212009）

0 引 言

進入21世紀以來，全球寬帶進入高速發展階段，傳統專線接入技術已不能滿足需求，需要接入設備具有統一網絡承載多業務的能力，并不斷滿足增長的寬帶需求。PON（無源光網絡）寬帶技術具有高帶寬、廣覆蓋、單纖接入、接口豐富以及綜合業務接入能力等優勢。PON系統的引入不僅可以大大提升商業用戶的接入速度以及提供語音、視頻和數據等綜合業務能力，而且能夠提供足夠的業務質量保證。同時，PON的樹狀廣播形網絡拓撲結構可以極大節約光纖資源，提高光纖資源的使用效率。

1 MINI GPON OLT光模塊簡介

標準的GPON OLT光模塊上下行速率不對稱，下行數據最高可達2.5 Gb/s，上行數據可達到1.25 Gb/s[1]，采用SFP（Small Form-factor Pluggable）封裝，如圖1所示。而MINI GPON OLT是根據客戶需求而開發的產品，上下行傳輸速率均為2.5 Gb/s，FC-PC尾纖式接口，采用1×10小型化封裝。從外型上來說，它的體積不到SFP封裝的一半，更加小型化，如圖2所示。

從管腳上來說，MINI GPON OLT是10 PIN定義，SFP GPON OLT是20 PIN定義。在產品設計時，重新定義SFP GPON OLT中的管腳，把多余的GND I2C通信，縮減接收信號Trigger和Reset管腳，實現了GPON OLT的主要功能。

圖1 SFP GPON OLT

圖2 MINI GPON OLT

2 MINI GPON OLT的設計方案

MINI GPON OLT光模塊主要由BOSA（單纖雙向光學組件）、發射電路、接收電路、升壓電路、復位電路組成。其中，BOSA是由一個發射波長為1 490 nm的TO和一個APD-TIA組成，主要實現光電轉換。發射電路主要通過Driver（驅動芯片）調制電信號后將其輸出到BOSA，驅動BOSA發光。接收電路主要是將APD-TIA輸出的微弱電信號經過限幅放大器（PA）放大，輸出一定幅度的差分信號。升壓電路的主要功能是讓APD工作在一個高壓狀態，提高光電轉換效率，達到較高靈敏度。復位電路是在突發狀態下對接收信號進行復位。MINI GPON OLT光模塊的工作原理，如圖3所示。

圖3 MINI GPON OLT工作原理

3 MINI GPON OLT的電路設計

MINI GPON OLT光模塊的工作電路主要包括發射電路、接收電路、升壓電路和復位電路

3.1 發射電路的設計

因為MINI GPON OLT光模塊的發射是連續信號，所以發射部分和普通光模塊沒有區別，只要驅動芯片可以工作到2.5 Gb/s即可。這里選擇國產芯片UX2228作為驅動芯片，通過外部電路可以硬件設置BOSA的工作電流、自動光功率控制（APC）電路和光功率高溫補償電路。發射電路原理如圖4所示。

3.2 接收電路的設計

MINI GPON OLT光模塊的接收信號是突發信號。突發模式的接收信號幅度大小不同，因此PA的偏移電壓可能產生嚴重影響。發生偏移使信號的占空比發生惡化，導致在后續數據恢復中產生嚴重誤碼，尤其影響小信號。選擇具有突發接收功能的芯片，可以避免這一情況發生。這里選擇國產芯片EOC2005作為接收芯片，接收原理如圖5所示。

3.3 升壓電路的設計

接收光器件采用APD-TIA接收，升壓電路采用DC-DC BOOST，最大輸出60 V的IC I7990，保證高壓的穩定輸出。因為這款產品沒有MCU，所以APD電壓補償需要外部模擬電路完成。在電路設計上，還要使用NTC電阻補償全溫的APD工作電壓。升壓電路原理如圖6所示。

3.4 復位電路的設計

在突發接收中，因為沒有RESET的硬口，所以模塊的RESET必須用Auto reset實現SD信號的反轉。在電路設計上，圖4中PIN 6 RESET管腳和PIN 10 AU_RE_B必須同時接地，使EOC2005工作在自動復位狀態。外圍電路采用模擬開關設計，通過LOS的高低電平控制模擬開關的通斷，實現LOS信號的自動反轉。復位電路如圖7所示。

4 MINI GPON OLT光模塊測試系統

4.1 發射測試系統

MINI GPON OLT光模塊可以從發射眼圖評估發射性能。光模塊把誤碼儀輸出的2.5G差分電信號轉成光信號，通過1:2分路器，一路光功率計測試發射光功率，另一路用眼圖儀測試發射眼圖，如圖8所示。

圖4 MINI GPON OLT發射電路

圖5 MINI GPON OLT接收電路

圖6 升壓電路

4.2 接收測試系統

在測試接收靈敏度時，需要有突發發射功能的GPON ONU提供光信號，經過波分復用器（WDM）把1 310 nm的光信號輸入到MINI GPON OLT，測試突發靈敏度。接收測試系統如圖9所示。

4.3 軟件測試系統

圖7 復位電路

MINI GPON OLT光模塊測試的難點在于突發接收靈敏度的測試。選擇具有突發信號的誤碼儀安立公司的MP1800A，測試軟件選擇MX180004A PON Application Software。在實際軟件測試系統中，可根據客戶實際應用情況設置不同的突發信號周期（Burst Cycle）、突發信號打開時間（Enable Period）、信號延時時間（Gate Out Delay）、前導碼時間（Preamble Time）以及保護時間（Guard Time）時間來測試突發靈敏度。

5 測試結果與分析

根據客戶的要求，發射光功率在2～7 dBm，且突發接收靈敏度在誤碼率為10-12的條件下必須＜-27 dBm。對于MINI GPON OLT光模塊，可以從發射眼圖和突發接收靈敏度評估光模塊的主要性能。在-40 ℃、25 ℃和85 ℃的工作溫度下，發射、接收性能如表1所示。

表1 發射和接收性能

測試結果顯示，MINI GPON OLT的各項指標均滿足設計要求，且全工作溫度范圍內變化較小，符合行業標準。

圖8 發射測試系統

圖9 接收測試系統

6 結 論

本文介紹了一種特殊的MINI GPON OLT光模塊，重點介紹了它的電路設計、結構設計以及測試方法。實驗結果來看，各性能指標都達到了設計輸入要求。目前，該產品已經通過客戶驗證，開始小批量供貨。