Оптический тракт: TOSA, ROSA, BOSA

Уберите корпус, микроконтроллер и EEPROM — и трансивер сведётся к двум вещам: источнику света, который можно быстро переключать, и детектору, который может этот свет прочитать. Всё о дальности, длине волны, типе волокна и цене следует из того, какой источник и какой детектор несёт модуль. Эта страница вводит в оптический тракт; следующие — про лазеры, приёмники, их развитие по форм-факторам и сборку chip-on-board.

Путь сигнала

 SerDes хоста ──► драйвер лазера ──► ЛАЗЕР ──► волокно ──► ФОТОДИОД ──► TIA ──► LA / CDR ──► SerDes хоста
                  (смещение + модуляция)                   (ток)       (напряжение) (чистые данные)

Передача. Драйвер превращает электрические биты хоста в ток, который переключает или модулирует лазер; лазер превращает ток в свет одной длины волны; линза вводит его в сердцевину волокна.
Приём. Линза фокусирует входящий свет на фотодиод, дающий крошечный ток; TIA (трансимпедансный усилитель) превращает его в напряжение; LA (ограничивающий усилитель) доводит его до цифровых уровней, или — у модулей PAM4 — линейный усилитель питает АЦП и DSP; CDR ретаймит результат.

Подсборки

Термин	Состав	Примечание
TOSA — передающая оптическая подсборка	кристалл лазера, мониторный фотодиод, иногда драйвер, линза, отрезок волокна или розетка; у охлаждаемых — TEC и термистор	задаёт длину волны, мощность излучения, коэффициент гашения
ROSA — приёмная оптическая подсборка	фотодиод (PIN или APD), TIA, линза, розетка	задаёт чувствительность, перегрузку, полосу
BOSA — двунаправленная OSA	TOSA и ROSA за одним WDM-фильтром на одном волокне	модули BiDi и PON (1310/1490/1550 нм)
Многоканальная OSA	матрицы лазеров и фотодиодов на 4 или 8 каналов с матрицей линз и ферулой MPO/MT, либо встроенный WDM-мультиплексор (CWDM4/LR4)	параллельные и WDM-модули

Традиционно каждая OSA — герметичный TO-корпус (transistor outline, металлический) или керамическая коробка; массовая параллельная оптика всё чаще использует бескорпусные кристаллы на плате — chip-on-board, — а новейшие конструкции интегрируют модуляторы и детекторы на чипе кремниевой фотоники.

Числа, которые важны

Параметр	Сторона	Смысл	Где видно
Длина волны	Tx	центральная длина волны лазера (850, 1310, 1550, канал CWDM/DWDM)	байты идентификации; Check transceiver
Мощность излучения	Tx	средняя оптическая мощность в волокно (дБм)	DDM Tx power
Коэффициент гашения	Tx	отношение уровней света «1» и «0» (дБ) — чем выше, тем легче детектировать	даташит; в DDM нет
Чирп / ширина линии	Tx	дрожание длины волны при модуляции — ограничивает дальность через дисперсию	выбор конструкции: DFB или EML
Чувствительность	Rx	минимальная мощность для целевой BER (дБм)	порог low Rx alarm
Перегрузка	Rx	максимальная мощность до насыщения приёмника	порог high Rx alarm
Чувствительность фотодиода	Rx	ток на ватт света (А/Вт)	параметр конструкции
Полоса	обе	электрическая полоса — должна превышать ~0,7 × символьной скорости	класс скорости

Бюджет линии = мощность излучения − чувствительность − запас; одно это вычитание — причина, по которой лазер и фотодиод модуля определяют его класс дальности. См. Мультиплексоры CWDM и бюджет линии.

Охлаждаемые и неохлаждаемые

Длина волны лазера дрейфует с температурой (~0,1 нм/°C у DFB). Где длина волны должна быть точной — DWDM, LAN-WDM LR4, дальнобойные EML — TOSA включает термоэлектрический охладитель (TEC) и термистор. Где разнос 20 нм или одиночная длина волны терпят дрейф — SR, LR, CWDM — модули неохлаждаемые, дешевле и экономнее. Температура в DDM — это корпус модуля; некоторые охлаждаемые модули дополнительно сообщают температуру лазера как вспомогательный монитор (Параметры DDM).

Что отказывает и как проявляется

Старение лазера — ток смещения растёт, чтобы удержать мощность, затем выход обрушивается (Отказы).
Деградация приёмника — чувствительность ухудшается; Rx читается нормально, а ошибки растут.
Потери ввода — грязь или разъюстировка в розетке стоят децибелов с обеих сторон (Флап линка).
Отказ TEC у охлаждаемых модулей — длина волны уходит с полосы фильтра.

В CodingBox

Оптический тракт отражается в DDM — мощность Tx, ток смещения Tx (здоровье лазера), мощность Rx (взгляд фотодиода на дальний конец) и температура, — которые CodingBox читает и ведёт в тренде на экране DDM. Байты идентификации, описывающие тракт (длина волны, дальность, коды соответствия), читаются и кодируются в редакторе EEPROM; держите их согласованными с реальными лазером и приёмником модуля.

Дальнейшее чтение

Оптическая упаковка — TO-корпуса, бокс-TOSA, линзы, изоляторы, розетки и стабы; куда уходят деньги юстировки.
WDM внутри модуля — мультиплексоры TFF и AWG, фильтры BiDi, TEC и захваты длины волны; почему LR4 охлаждаемый, а CWDM4 нет.
Электроника модуля — драйвер, TIA/LA, DSP, контроллер и распределение питания по блокам.
Модуляция и DSP — NRZ против PAM4, что делает DSP, гирбоксы, LPO и когерентные модули.
Контроллер и прошивка — MCU за DDM, APC и картой памяти; как реализована защита.
Производство и тестирование — от пластины до закодированного модуля: юстировка, калибровка, прогон, тесты.
Внутри кабелей — что внутри DAC, ACC/AEC и AOC и как кодируются два конца.