國產(chǎn)FPGA助力長跨度光纖傳輸系統(tǒng)
1、光纖傳輸系統(tǒng)發(fā)展
光纖傳輸系統(tǒng)由PDH發(fā)展到SDH,再到后來的WDM系統(tǒng),從最初的單波長通道發(fā)展到多波長通道,光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量在不斷提高,光纖傳輸系統(tǒng)未來會繼續(xù)沿著超高速、超大容量、超長距離傳輸?shù)姆较虬l(fā)展。
光纖在長距離傳輸時(shí),存在一定的損耗和色散,導(dǎo)致光信號能量降低,為了加長通信距離需要在通信線路中設(shè)置一定數(shù)量的中繼器,以便使衰減的光信號強(qiáng)度得到補(bǔ)充。中繼器都是采用光-電-光的轉(zhuǎn)換方式,即O/E/O變換,具有成本高、系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性降低等缺欠。80年代末至90年代初,研制成摻鉺光纖放大器(EDFA)代替長距離光纖通信系統(tǒng)中傳統(tǒng)的光-電-光混合式中繼器,奠定了高速大容量WDM光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)。這項(xiàng)技術(shù)不僅解決了衰減對光網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與距離的限制,更重要的是它開創(chuàng)了1550nm頻段的波分復(fù)用,從而使超高速、超大容量、超長距離的波分復(fù)用(WDM)、密集波分復(fù)用(DWDM)、全光傳輸、光孤子傳輸?shù)瘸蔀楝F(xiàn)實(shí),是光纖通信發(fā)展史上的一個(gè)劃時(shí)代的里程碑。光纖放大器在光纜電視(CATV)、光纖傳感、空間光通信、光雷達(dá)、光加工等技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。使用光纖放大器可大大提高光纖傳輸系統(tǒng)的容量和單跨段傳輸距離,在骨干網(wǎng)傳輸中,光纖放大器的應(yīng)用可以大大減少長途干線系統(tǒng)的再生中繼器的數(shù)量。
圖 光纖放大器在CATV傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用
圖 光纖放大器在DWDM系統(tǒng)中的應(yīng)用
2、長跨度光纖傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵器件
—光纖放大器
光纖放大器一般由增益介質(zhì)、泵浦光和輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)組成,目前光纖放大器主要有摻鉺光纖放大器(EDFA)、半導(dǎo)體光放大器(SOA)和拉曼光纖放大器(RFA)三種。根據(jù)光纖放大器在光線路中的位置和作用,一般分為前置放大器(PA)、線路放大器(LA)和功率放大器(BA)三種?,F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于長距離、大容量、高速率的相干光系統(tǒng)、光孤子通信系統(tǒng)、WDM或OFDM系統(tǒng)、光纖CATV系統(tǒng)、特種專用系統(tǒng)(雷達(dá)多路數(shù)據(jù)復(fù)接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋╊I(lǐng)域,用作功率放大、中繼放大、前置放大。
圖 摻鉺光纖放大器(EDFA)模型
3、基于億海神針系列FPGA應(yīng)用案例
— EDFA
中科億海微億海神針系列FPGA邏輯資源覆蓋9K~130K,可以用于實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖放大器EDFA的控制電路功能。我司億海神針系列FPGA的典型應(yīng)用案例如下圖所示,其中FPGA可實(shí)現(xiàn)壓控恒流源的高速PID控制,TEC溫控系統(tǒng)的PID控制,并完成與上位管理單元的通信功能。
圖 FPGA在EDFA上應(yīng)用架構(gòu)圖
優(yōu)勢:
1)基于光纖放大器的應(yīng)用場景復(fù)雜,多為客戶定制產(chǎn)品,產(chǎn)品研發(fā)周期較長,利用FPGA實(shí)現(xiàn)的光纖放大器,可根據(jù)不同用戶場景需求進(jìn)行電路參數(shù)的快速多樣性研發(fā)設(shè)計(jì),加快研發(fā)進(jìn)度;
2)FPGA的靈活性設(shè)計(jì)平臺,提高研發(fā)效率,進(jìn)而可以降低產(chǎn)品研發(fā)成本;
3)光纖放大器控制電路部分多為實(shí)時(shí)性控制功能,利用FPGA可提高控制信號的響應(yīng)速度;
4)對電路參數(shù)變化、激光器性能變化適應(yīng)性好,一定程度上加強(qiáng)了通用性;
5)利用FPGA控制,系統(tǒng)更加容易擴(kuò)展,提升了可靠性。
公司情況
中科億海微電子科技(蘇州)有限公司,是中國科學(xué)院“可編程芯片與系統(tǒng)”研究領(lǐng)域的科研與產(chǎn)業(yè)化團(tuán)隊(duì),按照國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略,發(fā)起成立的以“可編程邏輯芯片與可重構(gòu)系統(tǒng)”為技術(shù)特色的高新技術(shù)企業(yè)。公司堅(jiān)持全正向設(shè)計(jì)技術(shù)路線,自主研制具有高可靠性的嵌入式可編程電路IP核、可編程邏輯芯片、EDA軟件與可重構(gòu)系統(tǒng),提供具有高性能和自適應(yīng)計(jì)算的行業(yè)解決方案和集成電路設(shè)計(jì)服務(wù),具有較完善的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)體系。
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