ساختار شبکه های توزیع

در این بخش ما ساختار شبکه توزیع را ارائه می دهیم ، و جزئیات مشخصات هر یک از اجزای سازنده در سیستم: فعال است دستگاه های الکترونیکی الکترونیکی (منبع VCSEL خارجی و پین ردیاب) ، منفعل راهنماهای موج ، مدارهای رابط (درایور و گیرنده). دومی به شدت نمایندگی می کنند قطعات حیاتی برای عملکرد پیوند کلی و به ویژه نیاز دارند طراحی دقیق یک شبکه توزیع ساعت نوری ، که در شکل نشان داده شده است. 2.2 ، به یک تک نیاز دارد منبع فوتونی بهمراه یک ساختار موجبر متقارن مسیریابی به a تعداد گیرنده های نوری در گیرنده ها سیگنال نوری با سرعت بالا است به یک الکتریکی تبدیل شده و در اختیار شبکه های برق محلی قرار می گیرد. از این رو درخت اصلی نوری است ، در حالی که درخت ثانویه الکتریکی است. امکان پذیر نیست از همان زمان سیگنال نوری را تا سطح گیت منحصر به فرد هدایت کنید هر نقطه افتادگی به مدار گیرنده ای نیاز دارد که سطح و نیرو را مصرف می کند. بنابراین سیگنال ساعت به صورت نوری به تعدادی از نقاط افتاده هدایت می شود منطقه ای را پوشش دهید که قسمت آخر توزیع ساعت روی آن انجام شود .

توسط درخت ساعت ثانویه الکتریکی. اندازه مناطق توسط محاسبه توان مورد نیاز برای ادامه در حوزه نوری و مقایسه آن را به توان مورد نیاز برای توزیع بیش از منطقه در حوزه الکتریکی. تعداد نقاط توزیع ساعت (در شکل 64) بسیار مهم است

پارامتر در سیستم کلی H- نوری جهانی برای دستیابی به حداقل تلفات نوری بهینه سازی شد با طراحی شعاع خم تا حد ممکن بزرگ. برای 20 mm عرض می میرند و 64 گره خروجی در H-tree در حالت فناوری 70nm ، کوچکترین شعاع انحنای (r3 در شکل 2.2) 625μm است ، که منجر به خم شدن خالص ناچیز می شود .

VCSEL ها (لیزرهای سطح عمودی حفره ای) قطعاً بیشترین میزان را دارند ساطع کننده های بالغ برای اتصالات درون تراشه یا تراشه به تراشه. VCSEL های تجاری ، وقتی در ولتاژ کاملاً بالای 1.5 ولت مغرض است ، می تواند نوری ساطع کند قدرت نظم چند مگاوات در حدود 850 نانومتر ، با بازدهی برخی 40٪ جریانهای آستانه معمولاً در محدوده mA هستند. با این حال ، اساسی است

نیازهای لیزرهای نیمه هادی یکپارچه در کاربردهای اتصال نوری - سایپرز ، باشگاه دانش اندازه کوچک ، عملیات لیزر آستانه پایین و عملکرد یک حالته هستند (یعنی فقط یک حالت در طیف بهره مجاز است). علاوه بر این ، واقعیت که VCSEL ها نوری را به صورت عمودی منتشر می کنند ، اتصال را آسان تر می کند. واضح است که اگر VCSEL بخواهد ، تلاش قابل توجهی از جامعه تحقیقاتی لازم است

برای موج ، در عرصه اتصال نوری بر روی تراشه به طور جدی رقابت کنید ، بازده و جریان آستانه در همان دستگاه. طول موج بلند ، و VCSEL های کم آستانه تازه شروع به ظهور می کنند (به عنوان مثال ، a 1.5μm ، 2.5Gb / s VCSEL قابل تنظیم [5] و جریان آستانه 850nm ، 70μA ، VCSEL سازگار با CMOS با قطر 2.6μm گزارش شده است [11]. در نهایت با این حال ، اتصال نوری به احتمال زیاد از یکپارچه استفاده می کند منابع ریز همانطور که در بخش 2.5 توضیح داده شده است ، زیرا این دستگاهها ذاتاً بهتر هستند .

به منظور بهینه سازی فرکانس و عملکرد اتلاف توان پیوند کلی ، آشکارسازهای نوری باید دارای راندمان کمی بالا ، ذاتی بزرگ باشند پهنای باند و ظرفیت کوچک انگلی. عملکرد آشکارساز نوری است با محصول بازده پهنای باند اندازه گیری می شود. دستگاه های متداول III-V PIN از دو محدودیت اصلی رنج می برند. در یک از طرف دیگر ، ظرفیت نسبتاً زیاد آنها در واحد سطح منجر به محدودیت در طراحی مدار رابط تقویت کننده رسانایی. از سوی دیگر، به دلیل ساختار عمودی آن ، بین عملکرد فرکانس آن معامله وجود دارد و کارایی آن (بازده کوانتومی افزایش می یابد و پهنای باند کاهش می یابد)

ردیاب های نوری فلزی نیمه هادی فلز (MSM) گزینه دیگری را ارائه می دهند ردیاب های نوری PIN معمولی. AnMSMphotodetector شامل یکپارچه سازی شده است تماس های فلزی در بالای یک لایه جذب. به دلیل جانبی بودن آنها ساختار ، ردیاب های نوری MSM به دلیل کم بودن ، پهنای باند بسیار بالایی دارند

ظرفیت و امکان کاهش زمان حمل و نقل حامل. با این حال، پاسخ دهی معمولاً در مقایسه با ردیاب های نوری PIN کم است [4]. MSM دیودهای نوری با پهنای باند بیشتر از 100 گیگاهرتز گزارش شده است.

LCV ضریب اتصال بین منبع فوتونیک و نوری است راهنمای موج در حال حاضر روشهای مختلفی برای جفت شدن تیر وجود دارد از لیزر به موجبر نوری ساطع می شود. در این تحلیل ما فرض 50٪ بهره وری اتصال از LCV از منبع به یک حالت واحد راهنمای موج LW از دست دادن انتقال هدایت موج مستطیل شکل در واحد فاصله است قدرت نوری به دلیل ابعاد کوچک موجبر و شاخص بزرگ تغییر در رابط هسته / روکش در موجبر Si / SiO2 پراکندگی دیواره جانبی منبع غالب ضرر است (شکل 2.3a). برای راهنمای موج ساخته شده توسط لی [10] با زبری 2 نانومتر محاسبه شده افت انتقال 1.3dB / سانتی متر است. LB از دست دادن خمش است ، که به اختلاف ضریب شکست بسیار وابسته است Δ بین هسته و محیط روکش. در راهنماهای موج Si / SiO2 ، Δ است نسبتاً زیاد و بنابراین با توجه به این محدودیت نوری قوی ، شعاع خم شوید ممکن است به اندازه چند میکرومتر کوچک باشد. همانطور که در شکل دیده میشود. 2.3b ، تلفات خمشی مرتبط با موجبر نوار یک حالت واحد است اگر شعاع انحنا بزرگتر از 3μm باشد ، ناچیز است.

LY از دست دادن اتصال دهنده Y است و به بازتاب و پراکندگی بستگی دارد میرایی در مسیر انتشار و محیط اطراف. برای بالا اختلاف شاخص شاخص ، ضررهای شاخه Y را به طور قابل توجهی هدایت می کند کوچکتر از ساختارهای کم Δ است و تلفات شبیه سازی شده کمتر از آن است 0.2dB در هر تقسیم [14]. LCR از دست دادن اتصال از موجبر به گیرنده نوری است. دستیابی به آن با استفاده از مواد و روشهای موجود در حال حاضر امکان پذیر است

تقریباً 100٪ بهره وری اتصال از هدایت کننده موج به گیرنده نوری. در این تجزیه و تحلیل کارایی اتصال 87٪ (LCR =) فرض می شود مدارهای رابط نوری الکترونیکی CMOS با سرعت بالا بلوک های اساسی هستند به رویکرد اتصال نوری. اتلاف توان الکتریکی پیوند توسط این مدارها تعریف می شود ، اما مدار گیرنده است که بیشترین تأثیر را دارد چالش های جدی طراحی. توان تلف شده توسط درایور منبع عمدتا است

توسط جریان بایاس منبع تعیین می شود و بنابراین به دستگاه وابسته است. بر از طرف گیرنده ، بیشتر قدرت گیرنده به مدار می رسد ، در حالی که فقط کسر کمی برای دستگاه ردیاب کننده فوتو مورد نیاز است.

مدارهای درایور منبع به طور کلی از جریان استفاده می کنند طرح مدولاسیون برای کار با سرعت بالا. منبع همیشه باید باشد مغناطیسی بالاتر از جریان آستانه آن توسط یک سینک جریان MOS برای از بین بردن روشن شدن تأخیرها ، به همین دلیل منابع با آستانه پایین بسیار مهم هستند (ارقام سفارش 40μA [7] گزارش شده است). سینک فعلی سوئیچ تعدیل می شود شبکه توزیع جریان عبوری از منبع و در نتیجه نوری خروجی توان تزریق به موجبر. مانند بیشتر مدارهای حالت جریان ، زیاد است از آنجا که ولتاژ بر روی منبع نسبتاً نگه داشته می شود ، می توان به پهنای باند دست یافت خازن های ثابت و انگلی در این گره باعث کاهش تأثیر بر روی گره می شوند .

اولین معیار برای تعریف عملکرد پیوند الکترونیکی است کیفیت انتقال سیگنال مورد نیاز ، نشان داده شده توسط نرخ خطای بیت (BER) و به طور مستقیم به نسبت سیگنال به نویز گیرنده نوری متصل می شود. برای تراشه اتصال به شبکه ، BER 10 a15 قابل قبول است. برای محاسبه مورد نیاز قدرت سیگنال در گیرنده ، ویژگی های مدار گیرنده باید از شماتیک سطح ترانزیستور استخراج شود ، که از تولید می شود مشخصات آشکارساز نوری (پاسخ R ، Cd ، Idark جریان تاریک) و از فرکانس کاری مورد نیاز با استفاده از روش شرح داده شده در بخش 2.3. برای BER داده شده و برای سیگنال نویز مرتبط با فوتودیود و مدار transimpedance حداقل قدرت نوری مورد نیاز گیرنده برای کار با احتمال خطای داده شده می توان با استفاده از Morikuni محاسبه کرد .

آموزش مهندسی برق نوری ,گیرنده ,اتصال ,منبع ,جریان ,vcsel ,مورد نیاز ,پهنای باند ,اتصال نوری ,سرعت بالا ,جریان آستانه منبع