Imec与诺基亚合作推出首个上行100Gbit/s PAM-4线性突发模式TIA芯片

  ICC讯 近日，在2022年欧洲光通讯会议(ECOC 2022)上，IDLab(一家根特大学和安特卫普大学的imec研究小组)研究人员和诺基亚贝尔实验室展示了首个兼容50 Gbit/s NRZ和100 Gbit/s PAM4调制的上行线性突发跨阻放大器(TIA)芯片。该芯片使光线路终端(OLT)可以应对上行数据包的信号强度变化和质量下降，这种影响在下一代无源光网络运营将更加严重。研究人员认为，这款新型TIA芯片对于实现下一代灵活PON部署(尤其是100G PON)在技术和经济上的可行性至关重要。

突发模式TIA芯片与一颗光电探测器引线键合在PCB

  无源光网络(PON)技术为住宅和商业用户带来了高速宽带，并支持5G移前传/回传服务。

  PON网络是一种树状网络拓扑，使用一根通用光纤连接一个光线路终端(OLT)至运营商中心机房(CO)以服务多个用户。从而产生了一个具有成本效应的部署场景，但它也会影响数据包在网络中的传输方式，即下行流量是网络连续发送，但上行流量是突然传输的(在分配的时间段内，防止冲突)。

  随着10G PON订阅量如火箭般攀升以及首个商用25G PON解决方案的面世，PON技术演进正在加速。不过，在下一代(50G和100G)PON商用之前，还有一些挑战需要解决，尤其是在上游方向。

  快速动态优化上行数据包的信号强度

  上行数据包进入OLT接收机会呈现一个大规模动态的光功率范围，这是由于光学分布式网络不同链路的损耗和光网络终端(ONT)发射器发射功率的不同所导致，而OLT与其连接的ONT之间的距离同样是一个决定因素。

  根特大学和安特卫普大学imec研究小组IDLab模拟/混合信号IC设计高级研究员Gertjan Coudyzer表示：“下一代PON高速传输加剧了这些影响，确保所有接收的OLT数据包具有大致相同的信号强度将是至关重要，而这必须以最小的开销完成，即不超过几十纳秒。我们的新型芯片正是做到了这一点，它使我们最大限度地利用每个数据包和整个网络，最大限度地提高其速度、覆盖范围和吞吐量。”

  展示世界首个上行线性突发模式TIA芯片，兼容 50 Gbit/s NRZ和100 Gbit/s PAM-4调制

  Gertjan Coudyzer表示：“我们验证了芯片的线性突发模式运作，线性不仅影响信号均衡，还为未来的PON PAM-4调制格式铺平了道路，它相比于NRZ可将比特率扩大一倍。这是推动未来全球大规模100G PON部署的第一个突破。”

  IDLab高速收发器项目经理Peter Ossieur表示：“铺设光纤网络是一项巨大的投资。一旦投入使用，运营商希望至少在几十年内保持其网络不受影响。这款芯片也使运营商网络可为未来的升级做好准备，在需要的情况下支持更高的带宽。展望未来，我们期待ITU-T接手这项发展成果，将其纳入标准化制定工作。”

突发模式TIA芯片

  诺基亚贝尔实验室光学系统和器件实验室主管Tod Sizer表示：“新型突发模式跨阻放大器芯片的出现得益于与imec长期卓有成效的合作，也再次确认了诺基亚在高速无源光网络领域的技术领先地位。这款新型芯片的出现是及时的，因为国际电联G.9804正在定义50G上行PON目标。由于其线性，TIA芯片还支持100G flexrate PON使用更高阶调制方式。”

  据了解，该款TIA芯片采用0.13 μm锗硅（SiGe）工艺制备，具有2.5V电流下功耗为275mW(平均)。总体趋稳时间远低于150 ns，满足典型的PON目标前置时间。

  终端用户和中心机房不断扩大的距离

  Peter Ossieur表示：“未来的挑战将与终端用户和中心机房之间日益增长的距离密切相关——因为电信运营商试图将客户基础扩大到更多的农村地区。因此，从相同的OLT灵活地为不同的客户提供不同的PON口味的策略将继续获得动力，这需要新的数字信号处理方法，光接收器的更新，以及日益线性的电路的发展。这些正是我们研究议程上排名靠前的主题;我们继续欢迎合作伙伴对这些问题的投入和参与”

  这项开发工作由VLAIO project SPIC (HBC.2020.2197)支持