電子產(chǎn)業(yè)一站式賦能平臺

PCB聯(lián)盟網(wǎng)

搜索
查看: 33|回復(fù): 0
收起左側(cè)

pSim Plus光電融合仿真案例:相干光收發(fā)器的設(shè)計(jì)與檢測

[復(fù)制鏈接]

451

主題

451

帖子

3428

積分

四級會員

Rank: 4

積分
3428
跳轉(zhuǎn)到指定樓層
樓主
發(fā)表于 2024-9-6 08:00:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
引言相干光通信技術(shù)在電信領(lǐng)域帶來了革命性的進(jìn)步,在靈敏度和頻譜效率方面表現(xiàn)出色。本文將簡介相干光檢測的原理以及相干光收發(fā)器的設(shè)計(jì)。通過 pLogic 的GUI來設(shè)計(jì)并且調(diào)用 pSim Plus 完成仿真。使用的pSim Plus光電融合仿真工具,具備光鏈路和器件仿真接口,進(jìn)行光電融合仿真,使用戶能夠使用單一仿真器完成復(fù)雜的光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析。  S$ t' e2 d  ?6 Y' ?4 w
相干光檢測簡介相干光檢測是先進(jìn)的信號檢測方法,利用相干光源。與傳統(tǒng)的強(qiáng)度檢測方法相比,這種技術(shù)在靈敏度和頻譜效率方面具有顯著優(yōu)勢。
  c9 u+ @4 a& |# B
! w# r7 A! Z# `圖1:相干光收發(fā)器設(shè)計(jì),展示了發(fā)射器(Tx)和接收器(Rx)組件。
: D7 ]/ x% D8 A' ~# O9 F1 T相干光檢測是先進(jìn)的信號檢測方法,利用相干光源。與傳統(tǒng)的強(qiáng)度檢測方法相比,這種技術(shù)在靈敏度和頻譜效率方面具有顯著優(yōu)勢。
$ \, |; X9 N( N! ?5 ~; K9 q
相干光檢測的優(yōu)勢1.高靈敏度相干檢測可以在較低的信噪比下檢測信號,顯著提高系統(tǒng)靈敏度和傳輸距離。
. a, m- u. r' @. s3 t7 Z/ z6 e* `2.高頻譜效率此方法支持各種高階調(diào)制格式,大大提高了頻譜效率。% R) X: c3 a' |- S; ^
3.數(shù)字信號處理(DSP)相干檢測保留了信號的相位信息,允許通過DSP進(jìn)行各種補(bǔ)償和處理,進(jìn)一步增強(qiáng)傳輸性能。/ B8 J$ F% ~1 M. F
相干發(fā)射器設(shè)計(jì)相干光收發(fā)器主要由兩個(gè)部分組成:發(fā)射器(Tx)和接收器(Rx)。讓我們詳細(xì)研究每個(gè)部分。7 F2 S0 v  z+ i: w) V
發(fā)射器(Tx)設(shè)計(jì)
8 m! U3 {% f9 h: G- I2 E/ ~
" t; ^9 F# B) b. @4 M" l, q9 `) A, u
7 M2 F. a: ]. h

0 c9 j$ ]. ~# r" T' b# W3 @2 O% N圖2:發(fā)射器(Tx)設(shè)計(jì),展示了電信號生成、光信號生成和信號調(diào)制組件。4 i5 q: H# W' M6 a& G
相干光系統(tǒng)中的發(fā)射器負(fù)責(zé)生成和調(diào)制光信號。主要包括三個(gè)階段:1.電信號生成:
  • PRBS(偽隨機(jī)比特序列)生成器:產(chǎn)生隨機(jī)比特序列。
  • NRZ(非歸零)轉(zhuǎn)換器:將PRBS信號轉(zhuǎn)換為NRZ格式。
    6 J: r# J0 x* p. J. ]
    2.光信號生成:
  • CW(連續(xù)波)激光器:為光信號調(diào)制提供穩(wěn)定的光源。
  • Y分路器:將光路分成兩個(gè)分支,供給兩個(gè)MZM(馬赫-曾德調(diào)制器)。$ [; ]" K$ `3 z* J0 Y4 g. G4 [
    3.信號調(diào)制:( ?9 W5 `, }( D. X3 F* a+ G
  • MZM:調(diào)制光強(qiáng)度,將數(shù)據(jù)嵌入光載波。
  • 光相移器:調(diào)制光信號的相位。
  • Y合路器:將兩個(gè)光信號合并為單一輸出。
    # @! V# Z' E3 k# B* o( y電信號生成階段創(chuàng)建NRZ調(diào)制的電信號,作為MZM的調(diào)制源。光信號生成階段提供穩(wěn)定的光源,然后分成兩條路徑。在信號調(diào)制階段,MZM調(diào)制光強(qiáng)度,而光相移器調(diào)制相位。最后,Y合路器將兩個(gè)調(diào)制信號合并為單一輸出。
    4 o* V; }( w2 \. K, S. }4 Q2 S接收器(Rx)設(shè)計(jì)" k6 {0 k  p) B2 T

    % Q& Y: J; S7 R' d2 D8 q7 o  m圖3:接收器(Rx)設(shè)計(jì),展示了信號傳輸、參考光信號生成和信號分析組件。
    & f$ o" i, f- {( p0 t相干光系統(tǒng)中的接收器負(fù)責(zé)檢測和分析傳輸?shù)男盘。主要包括三個(gè)階段:1.信號傳輸:
  • 濾波器:傳輸入射信號。
  • 分路器:將信號分成兩條路徑,每條路徑連接到單獨(dú)的定向耦合器(DC)。# Y  b/ ]/ y4 u2 `0 x9 a( m  a' I
    2.參考光信號生成:
  • CW激光器:為光信號調(diào)制提供穩(wěn)定的光源。
  • 分路器:將光路分成兩條,每條連接到單獨(dú)的DC。
  • 光相移:在傳輸?shù)紻C之前對一條光路進(jìn)行相位調(diào)制。
  • DC(定向耦合器):耦合和分配信號。
    ' W2 o7 g& `0 S0 d7 \6 p0 E- s& Y3 W3.信號分析:
    : T$ j) @% p, K3 j* [/ a
  • PD(光電探測器):將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
  • 減法器:執(zhí)行差分操作以消除干擾。
  • LP RC濾波器:去除信號中的高頻噪聲。眼圖:評估信號質(zhì)量和失真。
    " ]( r# x+ i7 e5 H9 ]

    " q7 P- \" a- `6 p7 X6 S在信號傳輸階段,入射信號經(jīng)過濾波和分路成兩條路徑。參考光信號生成階段使用CW激光器創(chuàng)建參考信號,然后分路并進(jìn)行相位調(diào)制,再發(fā)送到定向耦合器。在信號分析階段,光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號,然后進(jìn)行處理以去除干擾和噪聲。最后,使用眼圖評估接收信號的質(zhì)量。, x3 J/ n: U' C, V
    眼圖分析2 L+ R$ a# e; k8 ^/ w+ C
    , ]! e* i" b6 u+ S

    0 F! H/ G! b; f" P% g0 @. w5 f圖4:眼圖1和2,展示了信號質(zhì)量和失真分析。# M7 h: L: ~0 E+ L8 u" h: @; K
    眼圖是評估光通信系統(tǒng)性能的重要工具。提供了信號質(zhì)量的可視化表示,有助于識別各種類型的信號失真。, \1 s( J( q2 I6 L' J$ t& K, y& I) l
    圖中可以看到兩個(gè)眼圖。這些圖是通過將接收信號的多個(gè)比特疊加在一起而創(chuàng)建的。結(jié)果的圖案類似于眼睛,因此得名。" B8 q* |8 z+ e4 M) @+ {
    眼圖分析的關(guān)鍵方面包括:1.眼圖開口:圖中中央的清晰區(qū)域。較大的開口表示信號更干凈,噪聲和失真較少。* l/ Z. d. L* c& C' W4 l& M$ W
    2.抖動:由眼圖交叉點(diǎn)處線條的粗細(xì)表示。抖動越小,線條越細(xì),表示時(shí)序穩(wěn)定性更好。  I. x7 i  \' H- q" ]1 |
    3.上升和下降時(shí)間:由轉(zhuǎn)換的斜率表示。斜率越陡,表示上升和下降時(shí)間越快,通常這是理想的。8 N& k  r, U, b
    4.幅度變化:由眼圖上下電平的粗細(xì)表示。電平越細(xì),表示幅度噪聲越小。
    2 Q4 J" q$ R  M通過比較圖中的兩個(gè)眼圖,我們可以評估不同系統(tǒng)配置的相對性能或識別信號傳輸中的潛在問題。7 x# X% k" N$ \5 k
    結(jié)論相干光檢測和收發(fā)器設(shè)計(jì)代表了光通信技術(shù)的重大進(jìn)步。通過利用相干光混合和先進(jìn)的信號處理技術(shù),這些系統(tǒng)與傳統(tǒng)方法相比,提供了更高的靈敏度和頻譜效率。
    8 {, k% K% c" m$ I& C我們探討的相干光收發(fā)器設(shè)計(jì)展示了發(fā)射器和接收器中電子和光學(xué)組件之間復(fù)雜的相互作用。從電信號的生成到光載波的調(diào)制,從這些信號的接收到分析,每個(gè)階段在確保高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸中都發(fā)揮關(guān)鍵作用。! q9 j4 t/ \$ k. [
    隨著我們對通信網(wǎng)絡(luò)中更高數(shù)據(jù)速率和更長傳輸距離的需求不斷增加,相干光系統(tǒng)將發(fā)揮越來越重要的作用。通過理解本文討論的原理和設(shè)計(jì),工程師和研究人員可以繼續(xù)推動光通信可能性的邊界,為未來更先進(jìn)、更高效的系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。0 E4 Z# N( p5 J% z

    8 Y( {: x/ Q" c& E+ }, G, W6 y6 `! W5 G* k* p2 H3 D: m4 z
    - END -
    3 P, w4 i' F% {3 `
    5 a* y7 X' H" K/ }, m- l# y軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應(yīng)用,PIC Studio都可提升您的工作效能。
    0 w. T/ v2 j6 w* E% A. j點(diǎn)擊左下角"閱讀原文"馬上申請
    , A8 ]- P: J8 t8 U9 o+ ~  G
    ; i5 S% B# L# q- @2 s歡迎轉(zhuǎn)載
    6 Z9 M8 ]. ^! ]! ~
    6 A# V/ C- o; H( l1 c* M9 f# C轉(zhuǎn)載請注明出處,請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息!
    7 U+ ]* A  T. f$ k
    . l: Z6 X, n& W# V4 U; X7 V" C) W0 s  c' l9 L9 f; Q% u( U

    8 ]; M4 m. @+ p* G" o0 h# d- s / y# ~8 f6 |4 n1 j6 @/ y
    + f! B" e4 A, d, T" e
    關(guān)注我們: k7 Y+ G& [* r
    ; l' O2 h9 c6 K
    3 z9 g$ e7 \, e2 H9 |5 ^( s1 `
    1 k# Y0 M; I  t  k6 U5 _/ ~
    $ e. \. S9 m, V
    2 B5 {# o0 a! N# I

    : E* T/ B% V4 _3 E - E# E' g; b! B  X& Z
                         
    9 G& j/ D( @1 {, P3 I
    ( q7 ~/ x) t7 t6 z
    4 X( \4 E  q; B* C+ D; a# x/ b& s
    ) |  t# s. N; L- s6 D( L& L4 h6 L
    關(guān)于我們:
    " z( `, j3 b3 r+ Q深圳逍遙科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動化(EDA)的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件,提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分別針對光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù),廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作,推動特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。! o6 W" B5 A6 v( g# X/ r% e

    8 i( N9 s3 {: Z; L0 H* X' Fhttp://www.latitudeda.com/1 X- p! Y2 T1 b  T  R& x! l+ h
    (點(diǎn)擊上方名片關(guān)注我們,發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容)
  • 發(fā)表回復(fù)

    您需要登錄后才可以回帖 登錄 | 立即注冊

    本版積分規(guī)則

    關(guān)閉

    站長推薦上一條 /1 下一條


    聯(lián)系客服 關(guān)注微信 下載APP 返回頂部 返回列表