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[導(dǎo)讀]觀看半導(dǎo)體激光技術(shù)如何發(fā)展令人印象深刻。較舊的邊緣發(fā)射激光二極管幾乎已經(jīng)讓位于垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。這導(dǎo)致了更低的成本和更高的可靠性,因為VCSEL不像邊緣發(fā)射

觀看半導(dǎo)體激光技術(shù)如何發(fā)展令人印象深刻。較舊的邊緣發(fā)射激光二極管幾乎已經(jīng)讓位于垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。這導(dǎo)致了更低的成本和更高的可靠性,因為VCSEL不像邊緣發(fā)射技術(shù)那樣需要90度的芯片重定向。

VCSEL與半導(dǎo)體幾何尺寸的減少相結(jié)合,使光纖世界大大增加了其高速發(fā)射器和接收器產(chǎn)品組合。采用模塊化,熱插拔,低功耗,標準外形的10 G,25 G,40 G和現(xiàn)在100 Gbit/s單模光纖鏈路正在徹底改變數(shù)據(jù)中心和通信集線器的設(shè)計和架構(gòu)。

與此同時,醫(yī)院,大學,政府大樓,電視/廣播大樓等大型設(shè)施需要更多用戶以更高的速度進行更多的數(shù)據(jù)流量。此外,術(shù)語“用戶”包括人和 - 在這個物聯(lián)網(wǎng)時代 - 其他其他支持Web和云的設(shè)備。

本文介紹了通過光纖介質(zhì)發(fā)送RF數(shù)據(jù)和信號的方法。它將研究這種方法的優(yōu)缺點,以及這些實現(xiàn)可以滿足更高速度和扁平化網(wǎng)絡(luò)拓撲的需求的方法。

未調(diào)制分布

有時光纖鏈路可能會攜帶原始RF數(shù)據(jù)。該原始數(shù)據(jù)不受載波調(diào)制,并且特定數(shù)據(jù)流將在端點處被調(diào)制以創(chuàng)建無線區(qū)域。

信號數(shù)據(jù)通常比調(diào)制載波的帶寬更低。結(jié)果,將有線連接到無線網(wǎng)絡(luò)的許多數(shù)據(jù)鏈路可以將單個光纖共享到子集線器或數(shù)據(jù)分發(fā)節(jié)點,例如架頂式路由器。

例如,大型建筑物或校園可能在整個建筑物內(nèi)都有光纖鏈路,終止于Wi-Fi多端口交換機和路由器。網(wǎng)絡(luò)的每個區(qū)域或分區(qū)都有自己的本地交換機功能。這使網(wǎng)絡(luò)變得平坦,消除了對上游流量的需求。由于光纖直接來自ISP,反向聚合器或集線器方法可以允許更可靠的數(shù)據(jù)連接到無線端點。

在這種情況下,任何模塊化光纖解決方案都可以在數(shù)據(jù)鏈路級工作。由于規(guī)模經(jīng)濟有助于保持低成本,用于光纖連接的1 G或10 G以太網(wǎng)鏈路可以正常運行。由于單模光纖和模塊能夠承載更高的速率,因此無需接觸基礎(chǔ)設(shè)施即可實現(xiàn)40 G和100 G升級。

模塊化和熱插拔SFP +封裝的部件Finisar FTLX8571D3BCL可用于在純數(shù)字模式下通過850 nm單模光纖傳輸成幀以太網(wǎng)(或幾乎任何封裝協(xié)議),可以應(yīng)用直接連接到端點的RF調(diào)制器,或重新格式化為協(xié)議橋(圖1)。它適用于無線CPRI標準,適用于距離最遠2公里的基站鏈路,數(shù)據(jù)速率為4.915和6.144 Gb/s。

 

 

圖1:原始RF數(shù)據(jù)可以輕松使用標準的外形,熱插拔模塊,用于傳輸多個RF數(shù)據(jù)流通道。這些可以在端點處直接調(diào)制以創(chuàng)建分區(qū)或區(qū)域。

如果沒有光纖就緒,則認識到另一端需要相應(yīng)的接收器鏈路;但是,為了這個目的,我們期待看到更多支持光纖的高端無線服務(wù)器。

還意識到可以從許多分立的光纖控制設(shè)備中創(chuàng)建自己的專有光纖鏈路。許多現(xiàn)成的光纖發(fā)射器驅(qū)動電路都可以用于您的設(shè)計,光纖接收器,開關(guān)和多路復(fù)用器以及衰減器也是如此。

光纖的數(shù)字數(shù)據(jù)需要驅(qū)動器來控制和保護激光二極管,大多數(shù)都是純數(shù)字的。像Micrel MIC3003GML這樣的激光二極管控制器和支持高達10 Gbits/s數(shù)據(jù)速率的SemtechGN1153CINE3等激光二極管驅(qū)動器可用于原始數(shù)據(jù)連接的直接激光驅(qū)動。如果您想要推出自己的數(shù)字解決方案,這些單點產(chǎn)品非常有用,但是,如果您想直接從光纖驅(qū)動RF輸出級,那么從模擬域控制的光強度變化是最佳的。

線性連接

如果在線性域中性能足夠快,激光強度調(diào)制可以準確跟蹤高頻載波波形以及在其中調(diào)制的所有信號。為滿足奈奎斯特要求,應(yīng)實現(xiàn)至少2倍的最大頻率。因此,對于直接2.4 GHz,11位和14位ADI公司的AD9119和AD9129 RF數(shù)模轉(zhuǎn)換器是一個不錯的選擇。

直接RF DAC更新速率高達5.7 Gb/s通過適當?shù)暮铣珊途彌_,合成速率為2.85 Gsamples/s。 Internals最多支持8個QAM載波,但請注意,這部分需要與數(shù)據(jù)保持一致。 LVDS雙數(shù)據(jù)速率,雙端口架構(gòu)通過使用奇數(shù)/偶數(shù)采樣交錯排列,可實現(xiàn)2850 Msamples/s的吞吐量(圖2)。

 

 

圖2:要支持D/A的5.7 Gsamples/s速率,需要雙倍數(shù)據(jù)速率型雙交錯總線。

解決這些問題的有趣方法來自Avago Technologies。 Avago提出了一個很好的解決方案,可以使用AFBR-1310Z線性光纖發(fā)射器直接將光纖作為射頻信號的傳輸介質(zhì)。這使用單模1310 nm光纖傳輸模擬200 MHz至5.5 GHz頻率范圍的信號。該系列中標有AZ的部件使用SC/APC尾纖,而BZ部件使用LC/PC尾纖,它們是可插入插座(用于模塊化使用)的柔性SIP插頭,或直接焊接到PC板上。

該發(fā)射器結(jié)合了一個5伏,50歐姆線性射頻放大器,耦合到InGaAsAl/InP法布里 - 珀羅激光器。為了實現(xiàn)更精確的環(huán)路控制,我們提供了一個浮動監(jiān)控光電二極管,允許根據(jù)您的需求量身定制偏置和控制環(huán)路(圖3)。 RF輸入是自偏置的并且AC耦合以阻止任何DC偏移。

 

 

圖3:交流耦合RF自偏置50歐姆輸入使這些光纖發(fā)送器輕松耦合到RF允許更廣泛地分配RF信號的電路。

接收端

相應(yīng)的接收器是Avago 3.3 Volt AFBR-2310Z光纖接收器,用于多GHz模擬鏈路。該器件的額定電流范圍為200 MHz至5.5 GHz,接收器部件針對相同的1310 nm波長進行了優(yōu)化,但也可以在850 nm至1600 nm范圍內(nèi)使用。

特殊的護罩設(shè)計允許它被組裝成一個客戶盒或墻壁夾具(圖4)。與發(fā)射器一樣,這些接收器部件使用柔性電路板連接進行插座或直接焊接到PC板,與發(fā)射器一樣,這些部件具有50歐姆的輸出阻抗,可輕松耦合到分配RF放大器和天線。

 

 

圖4:完成光纖RF鏈路后,接收器將干凈的50歐姆信號反向輸出。 (注意在這種情況下需要外部交流耦合。)

總之,衛(wèi)星配線中心,遠程無線電臺甚至車載系統(tǒng)都可以利用光纖來消除ESD,噪聲的威脅,EMI和RFI。在汽車中,這種方法解決了由車輛的每個角落和側(cè)面發(fā)現(xiàn)的雷達接近發(fā)射器,接近升力門發(fā)射器,GPS接收器以及Wi-Fi和藍牙無線子系統(tǒng)引起的噪聲和推斷問題。當光纖承載RF時,不會受到感應(yīng)源的干擾。

光纖還可以解決與同軸電纜和SWR相關(guān)的中長距離問題,同時提供可以復(fù)制PCB的PCB友好界面相同的發(fā)射信號驅(qū)動單個或多個發(fā)射器。因此,雖然光纖可能不是每個分布式射頻應(yīng)用的理想解決方案,但正如我們所看到的那樣,零件很容易獲得,并提供許多優(yōu)點和優(yōu)勢。

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