PIC Studio 功能与应用：CWDM光收发器设计原理与实践

  PIC Studio 功能与应用：CWDM光收发器设计原理与实践

  随着数据中心流量的不断扩大，所需的连接带宽也在不断增加。硅光子技术已经成为一种能够满足这些连接需求的技术，它具有高容量和高性价比的平台，许多接口标准和多源协议 (Multi-Source-Agreements, MSA)已经形成，以应对400G市场，其中每个都非常适合硅基光子技术。其中CWDM4 MSA[2]的目标是在数据中心应用中，运行达2公里的低成本100G光接口的通用规范。该MSA使用CWDM(粗波分复用)技术，将4个通道的25Gb/s光复用到双工单模光纤(SMF)上并解复用。在本文中，利用pLogic搭建链路并通过 pSim进行链路仿真，演示了CWDM硅基光电子收发器的设计和仿真案例，它由以所有4个波长通道为中心的激光器、微环调制器 (MRM )和波分复用器(MUX)以及解复用器(DEMUX)组成，可以仿真背靠背(Back-to-Back)以及加上短距离光纤之后的传输质量。pLogic以及pSim均为国产EDA软件PIC Studio光电融合设计全流程的模块。

图1：国产EDA软件 PIC Studio光电融合设计全流程

  链路功能说明

  CWDM是一种适用于短程WDM传输系统的实用技术。在本文中，CWDM光收发器的结构可分为两部分。一种是CWDM多路复用/解复用系统，另一种是带NRZ-OOK信号系统的CWDM 收发器。

  关于CWDM(解)复用器，利用pLogic搭建(解)复用器原理图，如下图所示，激光源用作从光网络分析仪(ONA_1)的op_4端口发送的光源。分光器(SPLT_1)用于将激光源从一个端口分离到四个端口。四个激光源用作光源以发射到多路复用器(MUX_2)。解复用器(MUX_1)用于分离四个波长。最后，使用四个ONA_1检测器来检测接收信号。

  图2：利用pLogic搭建(解)复用器原理图

  关于带NRZ-OOK信号系统的CWDM光收发器，利用pLogic搭建，如下图所示，伪随机比特序列(PRBS_4)和不归零码(NRZ_4)，用于产生随机通断键控(OOK)信号。在NRZ_4之后，一部分被发送到眼图(eye_1)作为参考信号，另一部分被用作MRM的电端口(RING_1)，以通过低通RC滤波器滤除高频信号。连续激光器(CWL_5)作为光源发射到环1的光端口。这种设置被称为一组发射机(Tx)侧。有四组Tx侧发射到光复用器(MUX_3)。通过MUX_3后，四个端口合并为一个端口。然后，光纤(FIBER_1)用于短距离(2km)传输这些光信号。使用解复用器(MUX_4)以将这些信号从一个端口分离到四个端口。Pin光电探测器(PIN_2)用于将信号从光信号转换为电信号。低通RC滤波器(LPF_5)用于滤除高频信号。最后，利用眼图分析传输信号通过整个系统后的质量。从光电探测器到分析仪，这种设置称为接收器(Rx)侧。

  图3：利用pLogic搭建NRZ-OOK信号收发系统原理图

  工作原理说明

  在 pLogic中，连接每个器件的导线后执行仿真，模拟结果将显示如图所示。结果表明， 有四个传输波长(1278.64nm、1298nm、1318nm、1338.58nm)，最大功率约为-6dB。

  图4：CWDM(解)复用器的仿真结果

  关于带NRZ-OOK信号系统的CWDM光收发器，通过pSim仿真可得到如图所示结果。传输距离为2km后，结果表明眼图是开放和清晰的。细节的自定义器件的操作方法、参数以及仿真设置在「基于pSim的硅基光电子集成链路设计」教程中都有详述，在此不赘述。

  图5：通过pSim仿真可得到 CWDM(解)复用器的仿真结果