如何消除在TOSA发射器中光器件主动对齐的要求

MACOM

云数据中心容量扩张的速度，已经大大推动和改变了传统的网络架构和设备的生命周期模式。数据中心规模的快速增大和呈指数级增长的传输数据量需要更快和更远距离的互连。以前低成本的铜缆足以连接交换机和服务器，但现在需要支持更长的距离和更高的速度，光纤网络变得必不可少。

这为整个光网络互联行业带来挑战，需要降低光网络连接成本并缩短开发周期，同时增加产能，以满足对网络互连前所未有的需求，如何通过最新的硅光集成平台消除在TOSA发射器中光器件主动对齐的要求，简化器件校准步骤，从而大大降低了产品化的成本呢？MACOM专注于开发产品系列组件解决方案，服务于广大的光模块厂商，使我们的客户能够研发满足云数据中心部署要求的光模块。对此光互连问题解决方案分享如下。


今天的云数据中心和企业网采用4个光波长实现100Gbps的通信速率。如图所示，四个波长收发器在发射和接收方向都使用四套电气和光器件。在这个光模块内，TOSA包括CDR和驱动芯片，还有四个直调激光器，透镜和一个多路复用器，ROSA由解复用器，透镜，4个光电探测器和TIA以及CDR芯片组成，当今模块设计成本和产量的关键问题是所有这些有源器件都需要进行多路复用器和解复用器的光耦合，光耦合需要使用透镜做主动对准，并测量光功率以实现最大偶和功率，在这个过程中，器件需要不断调整直到找到最佳位置，然后通过胶水固化。另外，制造步骤还包括校准光性能和模块测试，对于每一个模块，还需要用非常昂贵的测试设备给每个激光器设置偏置和驱动电压，同时监视输出眼图，从中可以看到，行业需要更好的解决方法。硅光集成平台回应了这一挑战，显著地降低了所需器件的数量，而且不需要昂贵且费时的对齐，校准和测试步骤，L-PIC和R-PIC平台将所有有源光器件以及多路复用器和解复用器集成到了一个硅芯片上，这意味着TOSA和ROSA的生产不再需要复杂的主动对准，从而大大简化了模块的校准和测试步骤。


如图所示，硅光发射器采用MACOM专有的自对准EFT技术，将四个MACOM的EFT激光器集成到硅片上，使用配套的控制器和驱动芯片，模块的微处理器可以监视和控制激光器的输出功率，并校准和调整调制器的参数，以达到所需的输出性能，配套的控制器和驱动器芯片是与L-PIC和R-PIC同时设计的，从而减少了设计整个收发器的时间和风险。通过消除对分立器件的主动校准，提供主动校准以及内置自检功能，MACOM的自对准技术与其配套的芯片，一起有效地降低了制造成本，提高了生产产量。让我们来看一下这种自对准校准和自检的功能，我们演示的MACOM的CWDM4 L-PIC 发射器，评估板包括L284CN L-PIC发送器，配套011095控制器芯片和37053调制器驱动芯片，控制器和驱动器芯片通过I2C总线与微处理器通信，在GUI界面上，我们可以控制所有激光器的偏置电压以及调制器和多路复用器，产品的固件内内置了许多功能。我们通过选择所需的输出功率和消光比来自动校准设备的功能，在这里我们输入这些参数，我们选择--4dBm的输出功率和5dB的消光比，通过按下校准按钮，芯片组合将协调工作以达到指定的性能，从中可以观察到，L--PIC通过扫描各个调谐器件，在其性能范围内进行调整，同时固件会找到最佳的激光功率和调制器设置，以尽可能低的功耗实现所需的性能。MACOM将提供固件和GUI界面给我们的客户用于评估和开发，客户也会在生产中使用固件，模块封装之后微处理器会启动自动校准和内置自检，然后将校准好的设置保存在模块的ROM中，这种生产模式需要较小的测试设备
并减少了制造周期，从而增加了产量。该器件调整好之后，我们可以看到使用硅光集成平台实现的漂亮的眼图，在这组100GbpsCWDM4芯片组合，除了解释自动校准和自检的同时，MACOM也通过新的硅光集成芯片，满足了数据中心对宽带的不断增长的需求，这些应用包括PRISM PAM-4 DSP PHY芯片，提供100Gbps互连的53G波特单通道芯片组合，全模拟200Gbps芯片组合和用于400Gbp互连的53G波特四通道芯片组合，使用MACOM  PAM 4技术和硅光集成电路的下一代100G模块的完整解决方案，将在2017年底对客户提供样品，下一代基于硅光集成电路的芯片组合，具有以上讨论的优点，包括减少组件数量，消除传统的对光器件主动对准的需要，并通过自校准和内置测试提供最低的制造成本，配套的芯片组也可以用于传统的基于EML激光的应用，单波长100Gbps是推动数据中心光网络市场的下一个主导技术。
关于MACOM
MACOM是一家新生代半导体器件公司，集高速增长、多元化和高盈利能力等特性于一身。公司通过为光学、无线和卫星网络提供突破性半导体技术来满足社会对信息的无止境需求，从而实现全面连通且更具安全性的互联网络。

如今，MACOM推动着各种基础设施的建设，让数百万人在生活中每时每刻都能方便地沟通、交易、旅行、获取信息和参与娱乐活动。我们的技术提高了移动互联网的速度和覆盖率，让光纤网络得以向企业、家庭和数据中心传输以前无法想象的巨大通信量。

MACOM技术支持下一代雷达，可用于空中交通管制和天气预报，并有助于现代网络战场上的任务取得成功，从而保卫我们所有人的安全。

MACOM是世界领先通信基础设施、航空航天与国防公司的首选合作伙伴，借助其顶尖团队和丰富的射频、微波、毫米波和光波半导体产品，可帮助这些公司解决网络容量、信号覆盖、能源效率和现场可靠性等领域内的最复杂挑战。

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