Imec與諾基亞合作推出首個上行100Gbit/s PAM-4線性突發模式TIA芯片

  ICC訊 近日，在2022年歐洲光通訊會議(ECOC 2022)上，IDLab(一家根特大學和安特衛普大學的imec研究小組)研究人員和諾基亞貝爾實驗室展示了首個兼容50 Gbit/s NRZ和100 Gbit/s PAM4調制的上行線性突發跨阻放大器(TIA)芯片。該芯片使光線路終端(OLT)可以應對上行數據包的信號強度變化和質量下降，這種影響在下一代無源光網絡運營將更加嚴重。研究人員認為，這款新型TIA芯片對于實現下一代靈活PON部署(尤其是100G PON)在技術和經濟上的可行性至關重要。

突發模式TIA芯片與一顆光電探測器引線鍵合在PCB

  無源光網絡(PON)技術為住宅和商業用戶帶來了高速寬帶，并支持5G移前傳/回傳服務。

  PON網絡是一種樹狀網絡拓撲，使用一根通用光纖連接一個光線路終端(OLT)至運營商中心機房(CO)以服務多個用戶。從而產生了一個具有成本效應的部署場景，但它也會影響數據包在網絡中的傳輸方式，即下行流量是網絡連續發送，但上行流量是突然傳輸的(在分配的時間段內，防止沖突)。

  隨著10G PON訂閱量如火箭般攀升以及首個商用25G PON解決方案的面世，PON技術演進正在加速。不過，在下一代(50G和100G)PON商用之前，還有一些挑戰需要解決，尤其是在上游方向。

  快速動態優化上行數據包的信號強度

  上行數據包進入OLT接收機會呈現一個大規模動態的光功率范圍，這是由于光學分布式網絡不同鏈路的損耗和光網絡終端(ONT)發射器發射功率的不同所導致，而OLT與其連接的ONT之間的距離同樣是一個決定因素。

  根特大學和安特衛普大學imec研究小組IDLab模擬/混合信號IC設計高級研究員Gertjan Coudyzer表示：“下一代PON高速傳輸加劇了這些影響，確保所有接收的OLT數據包具有大致相同的信號強度將是至關重要，而這必須以最小的開銷完成，即不超過幾十納秒。我們的新型芯片正是做到了這一點，它使我們最大限度地利用每個數據包和整個網絡，最大限度地提高其速度、覆蓋范圍和吞吐量?！?

  展示世界首個上行線性突發模式TIA芯片，兼容 50 Gbit/s NRZ和100 Gbit/s PAM-4調制

  Gertjan Coudyzer表示：“我們驗證了芯片的線性突發模式運作，線性不僅影響信號均衡，還為未來的PON PAM-4調制格式鋪平了道路，它相比于NRZ可將比特率擴大一倍。這是推動未來全球大規模100G PON部署的第一個突破?！?

  IDLab高速收發器項目經理Peter Ossieur表示：“鋪設光纖網絡是一項巨大的投資。一旦投入使用，運營商希望至少在幾十年內保持其網絡不受影響。這款芯片也使運營商網絡可為未來的升級做好準備，在需要的情況下支持更高的帶寬。展望未來，我們期待ITU-T接手這項發展成果，將其納入標準化制定工作?！?

突發模式TIA芯片

  諾基亞貝爾實驗室光學系統和器件實驗室主管Tod Sizer表示：“新型突發模式跨阻放大器芯片的出現得益于與imec長期卓有成效的合作，也再次確認了諾基亞在高速無源光網絡領域的技術領先地位。這款新型芯片的出現是及時的，因為國際電聯G.9804正在定義50G上行PON目標。由于其線性，TIA芯片還支持100G flexrate PON使用更高階調制方式?！?

  據了解，該款TIA芯片采用0.13 μm鍺硅（SiGe）工藝制備，具有2.5V電流下功耗為275mW(平均)?？傮w趨穩時間遠低于150 ns，滿足典型的PON目標前置時間。

  終端用戶和中心機房不斷擴大的距離

  Peter Ossieur表示：“未來的挑戰將與終端用戶和中心機房之間日益增長的距離密切相關——因為電信運營商試圖將客戶基礎擴大到更多的農村地區。因此，從相同的OLT靈活地為不同的客戶提供不同的PON口味的策略將繼續獲得動力，這需要新的數字信號處理方法，光接收器的更新，以及日益線性的電路的發展。這些正是我們研究議程上排名靠前的主題;我們繼續歡迎合作伙伴對這些問題的投入和參與”

  這項開發工作由VLAIO project SPIC (HBC.2020.2197)支持