XGPON BOSA光器件眼圖分析及測試

四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司 段沽坪

四川長虹網(wǎng)絡(luò)科技有限責(zé)任公司 汪濱波 向洪元

本文分析探討了插針XGPON BOSA封裝方式和柔板軟封裝的各自不同點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，提出PCB Layout等長補(bǔ)償改善插針XGPON BOSA封裝方式眼圖質(zhì)量和接收靈敏度的可行性；通過硬件測試驗(yàn)證結(jié)果表明論文提出的PCB Layout等長補(bǔ)償確實(shí)可以較大幅度改善XGPON ONU眼圖質(zhì)量，并提高ONU接收靈敏度。

光通信技術(shù)的不斷發(fā)展，PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）接入技術(shù)趨向于大帶寬、大分光比及長距離的發(fā)展方向，GPON正在向XGPON平滑演進(jìn)。目前使用的10G PON光模塊，大都采用SFP+或者XFP的封裝，金屬外殼散熱效果不佳，需要固定座高成本，不利于大批量推廣使用。因此XGPON BOB（BOSA ON BOARD）技術(shù)是商用的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前備受關(guān)注。

但是BOSA封裝的選擇對于XGPON的性能有著決定性影響。XGPON BOSA封裝主要有插針封裝和柔板貼片軟封裝，插針封裝需要對器件進(jìn)行引腳成型，易于安裝和批量生產(chǎn)，但是性能弱于柔板封裝且不能滿足商用指標(biāo)要求。柔板軟封裝性能好能夠滿足商用指標(biāo)要求，但生產(chǎn)焊接工藝要求高，生產(chǎn)良率和效率低。鑒于以上一些問題，有必要進(jìn)一步對XGPON BOSA插針封裝和柔板貼片軟封裝進(jìn)行深入探討研究，為XGPON ONU的高效高性能生產(chǎn)做鋪墊。

1 XGPON BOSA封裝分析

BOSA與PCB板采用直插式裝配設(shè)計(jì)，并對裝配后的各引腳進(jìn)行焊接和剪腳處理，實(shí)現(xiàn)DIP直插式封裝，不僅簡化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)難度，而且產(chǎn)品的良品率得到大大提升。此外，采用插式封裝結(jié)構(gòu)不但可使XGPON BOSA向小型化發(fā)展，而且可以達(dá)到普通GPON產(chǎn)品一樣高的生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

XGPON上行速率2.48832Gbit/s，下行速率9.95328Gbit/s，在上下行高速率信號下，BOSA的發(fā)射端LD+與LD-插針長短不一致，導(dǎo)致LD+/LD-上高速信號有時(shí)延，插針XGPON BOSA引腳成型如圖1所示。因?yàn)镻CB上激光器發(fā)射端引腳LD+/LD-走線長度相同，而BOSA成型后的LD+/LD-引腳長度不相同，就導(dǎo)致發(fā)射端LD+/LD-信號線總長度不一致。在高速率型號下信號線長短不一致不等長就會導(dǎo)致信號有延時(shí)。

同時(shí)，插針封裝容易導(dǎo)致發(fā)射端阻抗失真，不能保持發(fā)射端LD+/LD-信號線50Ω阻抗要求。柔板軟封裝XGPON BOSA采用的是差分柔板走線，則可以避免上述時(shí)延和阻抗不匹配的兩種問題。所以，BOSA為插針封裝的ONU在眼圖上必然要比柔板軟封裝的ONU差很多。1GPON ONU因?yàn)槠渌俾什桓撸闲兴俾?.244Gbit/s，下行速率2.488Gbit/s，所以在激光器的發(fā)射端不需要要求LD+/LD-等長和滿足阻抗要求。

鑒于上述問題，插針XGPON BOSA引腳成型后的LD+與LD-插針長短不一致可以嘗試通過在PCB上對LD+/LD-線路的Layout走線長度進(jìn)行等長補(bǔ)償。只需要測量出插針BOSA成型剪腳后LD+與LD-兩支引腳的長短差距，就可以知道PCB Layout需要補(bǔ)償?shù)拈L度，這個(gè)差距值就是PCB Layout走線需要補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)值。理論上可以通過上述等長補(bǔ)償來降低高速率信號因?yàn)閭鬏斅窂降拈L度不一致導(dǎo)致的延時(shí)。注意BOSA成型應(yīng)當(dāng)引腳盡量短，剪腳盡量齊整，以此來降低DIP插針封裝的阻抗不匹配問題帶來的眼圖影響。

2 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)對比測試

2.1 測試方案

采用XGPON ONU兩種樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，分別驗(yàn)證兩種樣機(jī)的眼圖質(zhì)量和接收靈敏度：1號樣機(jī)對應(yīng)無等長補(bǔ)償?shù)牟遽榅GPON BOSA，如圖1所示，左邊是無補(bǔ)償?shù)腜CB Layout，右邊是對應(yīng)的電路板實(shí)物BOB部分截圖；2號樣機(jī)對應(yīng)LD+/LD-經(jīng)過PCB等長補(bǔ)償?shù)牟遽榅GPON BOSA，如圖2所示，圖2左邊對LD+/LD-經(jīng)過PCB等長補(bǔ)償?shù)腜CB Layout，右邊是對應(yīng)的電路板實(shí)物BOB部分截圖。

2.2 眼圖和靈敏度測試結(jié)果

插針XGPON BOSA引腳成型，如圖1所示，因?yàn)锽OSA的發(fā)射端LD+與LD-插針長短不一致，導(dǎo)致LD+/LD-上高速信號有時(shí)延，需要在PCB上進(jìn)對LD+/LD-信號線進(jìn)行等長補(bǔ)償，補(bǔ)償值經(jīng)測試為150mil，補(bǔ)償后的PCB Layout如圖2所示。因?yàn)長D+/LD-引腳之間是插針形式，阻抗無法匹配到50Ω，會導(dǎo)致信號眼圖失調(diào)。經(jīng)過安捷倫示波器DCA-X 86100D測試，1號和2號XGPON ONU樣機(jī)的眼圖分別如圖3和圖4所示。

圖1 插針BOSA Layout和實(shí)物電路板

圖2 等長補(bǔ)償?shù)腂OSA Layout和實(shí)物電路板

圖3 1號樣機(jī)眼圖

圖4 2號樣機(jī)眼圖

如圖3所示，1號樣機(jī)電路板眼圖數(shù)據(jù)顯示眼圖margin余量不超過7%，眼圖高/低電平線粗、有雙眼皮，上/下降沿超標(biāo)，眼圖隨機(jī)抖動(dòng)Rjms超過14ps以上。如圖4所示，2號樣機(jī)電路板眼圖數(shù)據(jù)顯示眼圖margin余量約為18%，眼圖高/低電平清晰，但是上升沿有雙眼皮，眼圖隨機(jī)抖動(dòng)Rjms為10-12ps左右。兩臺樣機(jī)眼圖數(shù)據(jù)顯示插針封裝的BOSA眼圖比較差，而經(jīng)過等長補(bǔ)償?shù)?號樣機(jī)眼圖數(shù)據(jù)比1號樣機(jī)要好，有比較大的改善，眼圖margin余量有明顯的的改善，眼圖質(zhì)量有較大提升。

針對兩臺樣機(jī)的眼圖差異，分別驗(yàn)證兩臺樣機(jī)的靈敏度，可以使用思博倫Spirent TestCenter專用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析儀器進(jìn)行測試檢測。經(jīng)測試1號樣機(jī)在OLT下行光-20dbm以下會出現(xiàn)下行丟包，1號樣機(jī)的靈敏度基本為-20dbm左右；2號樣機(jī)在OLT下行光-28dbm以下會出現(xiàn)下行OLT側(cè)個(gè)別丟包，2號樣機(jī)的靈敏度基本為-28dbm左右。經(jīng)過等長補(bǔ)償?shù)?號樣機(jī)靈敏度要比1號樣機(jī)好，在靈敏度上有比較大的改善，經(jīng)過印制線等長補(bǔ)償?shù)?號樣機(jī)基本能滿足商用要求。

結(jié)論：經(jīng)過對2種XGPON BOSA封裝的ONU機(jī)器進(jìn)行眼圖和靈敏度驗(yàn)證測試，得出如下結(jié)論：經(jīng)過PCB Layout等長補(bǔ)償確實(shí)可以較大幅度改善XGPON ONU眼圖質(zhì)量，提高機(jī)器接收靈敏度。

ONU眼圖影響因素有很多，通過補(bǔ)償?shù)乳L線路減少時(shí)延以及插針封裝的剪腳盡量短且平整降低阻抗匹配的失調(diào)，這些只是其中一些優(yōu)化手段和技巧，插針封裝的XGPON BOSA商用生產(chǎn)之路還有待于進(jìn)一步探討改進(jìn)和完善。