EEPW论坛

集成光学/IC模块 -- 将系统级芯片提高到新水平 作者：杰尔系统变送器营销总监Ron Hartmayer先生 不论是网络基础设备供应商还是他们的客户，集成了光学和电子等多种功能的模块都会降低成本、加快产品上市速度。 Metro 是企业接通电信运营商的地方，也是通讯行业中增长最快的领域，但其发展存在不少限制：例如以太网和SONET基础设备供应商都希望获得新产品，以更多、更好、更快地占领metro市场。但在追求速度和性能的同时又寻求更低资本投入和运营成本的解决方案。 集成 - 将多种功能集成于一只芯片或多只模块中 - 正是metro市场以至整个网络中最能节省成本、空间及功耗的方案，当中的变送器(Transponder)即最佳实例。 变送器在一个封装里整合了多种集成电路(IC)和光电元件。以前系统设计师只能将这些功能集中在一块电路板上，这是一个颇费时间的硬件工程设计工作。通过使用变送器而减少系统开发中的元件采购和硬件设计时间，波长分隔复用(WDM)系统、光学加入/调出复用器、路由器、电子交叉连接、IP交换及其它产品的设计师可以节省至少六个月的时间。由此，设计师有更多空间发展具特性的系统级产品。 这些产品还可带来大幅的成本节省。这些变送器模块有助节省设计时间，从而节省与产品设计和制造相关的支出，使设计师能够以具有竞争力的价格将产品更快地推向市场。 与分立器件(discrete devices)相比，变送器在线路卡等电路板中占用的空间少得多。三、四年前分立设计的尺寸相当于一个笔记本的大小，现在通过集成，尺寸已减少到一副扑克牌的体积。由此，设计师可通过更高电源效率的系统处理相同数量的线路，或者在相等大小的系统上处理更多线路。这使系统公司能够帮助客户 (企业级通讯客户和公共网络服务提供商) 降低资金和运营成本。 因此，集成是削减成本、功耗和尺寸的关键，同时可大幅提高传输速率。目前市场上已有的是集成了激光和光检测器等光学部件以及复用器和解复用器 (mux / demux) 的2.5和10Gbps双向变送器。变送器通过优化各种内部部件及相互之间的接口，减少信号损失，从而可提供同类产品中最佳的性能，如抖动控制。 变送器由多种部件组成 - 用于发送的激光器、激光驱动器和复用器以及用于接收的APD或PIN接收器、跨越阻抗放大器、限流放大器和解复用器。变送器进行光信号到电信号的转换，将10Gb的串行数据流转变为速度较低的并行接口，从而极大地简化了线路卡设计。 变送器的市场潜力十分巨大。据Pioneer Consulting估计，以太端口的数量，包括1Gbps和10Gbps，将从2001年的500万个增加到2005年的1.039亿个；GbE设备到2005年将增加10倍，从2001年的大约46亿个增加到2005年的440亿个。 而根据Communications Industry Research的数据，SONET设备的销售，包括metro和长距离传输系统，将从2001年的50亿台增加到2003年的90亿台。 双10Gbps以太网和SONET芯片 展望未来，集成系统将挺进一个新的境界：那时线路卡只包括两块高度集成的模块。这场变革使系统供应商能够依靠软件和更高层的功能进行产品细分。 专家正研究进一步集成的产品，例如系统级芯片(SoC)。SoC实例应用包括变送器中的单片mux/demux。这种变送器可支持10Gbps以太网(GbE)和10Gbps SONET数据传输率。这种在单器件中支持两种协议的能力是企业级LAN与运营商WAN相互融合的革新技术，有助加快metro领域中10GbE和SONET的推出。 10GbE/SONET变送器在概念上是极为简单的，因为变送器无法识别协议，并且实际的数据传输率极为相似。10GbE的速率为10.3125Gbps，而OC-192为9.95328Gbps。由于变送器可支持两种速率，因此可在一只10G线路卡上同时支持SONET和以太网。 集成FEC 变送器要集成的另一个功能是前向误码纠正(FEC)。前向误码纠正是一种基于信息理论的、非常强大的技朮。它通过后续的电信号处理，提高了已接收光信号中信息的透明度。正因如此，FEC利用电气手段为提高光学信号质量提供了一个有效的途径，替代昂贵的和笨重的光学部件，如大功率激光器和高灵敏度光电二极管。由于FEC能够生成更为清晰的信号，它不仅延长了传输链路，也放宽了对这些光学部件的要求，甚至令它们的价格一路下滑。两者都将带来更低成本的网络。 目前，FEC需要使用一个独立的外部芯片，该芯片由某些变送器支持。但系统设计师必须采购和装入两只部件。将FEC集成到变送器中可减少功耗(即发热)、体积和成本。 巨大的"40" 长远地看，更大的挑战是创建可使系统开发商实现40Gbps的集成光电部件。 40Gbps的超高速度将超出半导体技朮的界线，可能要求元器件开发商运用多种材料和晶圆生产技朮。开发商还必须在实际的功耗预算内来应付这样的速度。然后，他们还必须降低成本。根据常规，SONET中下一代设备虽然在传输速率上提高了四倍，但成本不能超出前一代成本的2.5倍。 40Gbps是一项全新的技朮，目前极少有商业出售的部件。除了必须在已确定的成本结构中开发这些部件之外，创建下一代40Gbps子系统或集成产品的公司还必须满足如上所述的对更多功能的需求，使其方案在市场中是真正独一无二的。