ont-size:12px;"> 對(duì)GPON（吉比特無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）系統(tǒng)中處于用戶終端的ONT（光網(wǎng)絡(luò)終端）設(shè)備的材料成本進(jìn)行了深入分析，從理論上確定了BOB（板載光收發(fā)子組件）方案為最優(yōu)方案,；介紹了BOB方案的技術(shù)難點(diǎn)與解決辦法,；給出了此方案各方面硬件指標(biāo)（如電磁兼容性,、光接口指標(biāo)等）的驗(yàn)證結(jié)果，結(jié)果表明,，BOB方案可以在降低設(shè)備成本的前提下滿足GPON ONT各項(xiàng)指標(biāo),。
引言
PON（無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）作為一款高效的寬帶接入技術(shù)，目前已成為各大電信運(yùn)營(yíng)商的主推業(yè)務(wù),。PON方案遵循的標(biāo)準(zhǔn)主要有ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）提出的GPON（吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)）標(biāo)準(zhǔn)以及IEEE（美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）提出的EPON（以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）標(biāo)準(zhǔn)這兩種,。由于GPON標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光接口等指標(biāo)的定義相對(duì)EPON標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，支持此標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備的價(jià)格也相對(duì)較高,，而過高的設(shè)備成本一度成為限制GPON大規(guī)模商用的門檻,。
從GPON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以看出，ONT（光網(wǎng)絡(luò)終端）設(shè)備的數(shù)量與OLT（光線路終端）設(shè)備的數(shù)量比達(dá)到32∶1,、64∶1,，甚至128∶1，因此整個(gè)GPON系統(tǒng)的成本取決于ONT,，若能降低ONT設(shè)備的成本,，則GPON方案整體成本將會(huì)大為減少。
1.GPON ONT硬件成本分析
目前各設(shè)備制造商在進(jìn)行GPON ONT硬件設(shè)計(jì)時(shí)所采用的典型架構(gòu)如圖1所示,。2012年國(guó)內(nèi)各大系統(tǒng)制造商對(duì)GPON ONT光模塊的招標(biāo)價(jià)格約為125元人民幣,，而整個(gè)GPON ONT的成本約為280元人民幣，由此看來光模塊的采購(gòu)成本接近系統(tǒng)總成本的45%,。如果能有效降低這一部分的成本,，將能極大地降低系統(tǒng)的總成本。下面進(jìn)一步分析光模塊的成本結(jié)構(gòu),，尋找其中可降成本的部分,。
光模塊各組件的成本構(gòu)成如表1所示。表中,，占光模塊成本近一半的器件元件為實(shí)現(xiàn)光/電和電／光信號(hào)轉(zhuǎn)換,、放大的光學(xué)器件，其成本構(gòu)成如表2所示,。器件中用于光/電轉(zhuǎn)換的APD（雪崩光電二極管）探測(cè)器管芯及TIA（跨阻放大器）與用于電/光轉(zhuǎn)換的DFB（分布反饋）式激光器二極管管芯主要由三菱,、住友等日系企業(yè)供應(yīng)，其價(jià)格一直居高不下,，而國(guó)產(chǎn)管芯質(zhì)量有待提高,，為了保證光模塊性能，占光學(xué)器件成本80%的管芯目前還無(wú)法替代,。光學(xué)器件的其他部分,，如結(jié)構(gòu)件、濾光片等是保證上下行波長(zhǎng)路徑正確的關(guān)鍵部件,，不能省略,，且其成本已經(jīng)很低,，除非結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)商以零利潤(rùn)銷售，因此目前無(wú)其他辦法降低光學(xué)組件輔料的成本,。
由表1可知,，外殼、插針,、PCB與控制芯片這幾部分占光模塊總成本近30%,，而這幾部分的功能與光/電轉(zhuǎn)換無(wú)關(guān)，可全部歸為輔料,。若有辦法直接將這部分輔料去掉，無(wú)疑可顯著降低光模塊成本,，進(jìn)而降低整個(gè)系統(tǒng)的成本,。
光模塊成本構(gòu)成中的DFB與APD芯片，在光/電轉(zhuǎn)換中也起著至關(guān)重要的作用,。DFB芯片的功能是將ONT系統(tǒng)發(fā)給光模塊的高速數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)光的電流信號(hào),；APD芯片的功能是將探測(cè)器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的高速數(shù)字信號(hào)送至ONT系統(tǒng)。這兩類芯片目前主要被歐美企業(yè)所壟斷,，雖然國(guó)內(nèi)專家也成功研制出了類似產(chǎn)品,，但目前尚未在市場(chǎng)上得到大規(guī)模的應(yīng)用。
光模塊與光學(xué)器件成本構(gòu)成
2.降低成本方案
在上一節(jié)中提到了一種通過去掉光模塊輔助材料來降低光模塊成本的思路,，現(xiàn)在繼續(xù)討論這一思路的可能性,。光模塊與GPON ONT系統(tǒng)一樣，內(nèi)部也是在PCB上焊接各種元器件,，如果在系統(tǒng)PCB上能騰出足夠的空間,，將光模塊上的電路全部布置在系統(tǒng)PCB上，則插針,、外殼和PCB這3種輔料完全可以省去,。另一個(gè)輔助材料是光模塊電路中的主控芯片MCU（微控制單元），其主要功能是控制APD升壓電路,、存儲(chǔ)BOSA（光收發(fā)組件）調(diào)制信息與DDM（數(shù)字診斷信息）以及向GPON遠(yuǎn)端系統(tǒng)片上系統(tǒng)芯片上報(bào)DDM 等3項(xiàng)功能,。理論上，控制APD升壓電路可由帶數(shù)/模轉(zhuǎn)換功能的BOSA驅(qū)動(dòng)芯片來實(shí)現(xiàn),；信息的存儲(chǔ)可由系統(tǒng)遠(yuǎn)端設(shè)備上的閃存來完成,；而上報(bào)DDM 的功能則可通過由系統(tǒng)遠(yuǎn)端設(shè)備片上系統(tǒng)芯片直接從閃存中讀取來實(shí)現(xiàn)。也就是說,，MCU的各項(xiàng)功能在BOB（板載光收發(fā)子組件）電路中均可由已有的其他模塊來實(shí)現(xiàn),，因此在電路中可省去光模塊MCU，僅保留BOSA,、光發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊,、光接收限制放大模塊和APD 升壓電路,。目前業(yè)內(nèi)簡(jiǎn)稱上述方案為BOB方案。
2.1 BOB方案的技術(shù)難點(diǎn)
BOB相對(duì)于傳統(tǒng)光模塊的最大不同在于其將光學(xué)器件直接焊接在系統(tǒng)PCB上,。光模塊的PCB外形充分考慮了BOSA的結(jié)構(gòu),，其階梯型外形可以使BOSA的發(fā)送端、接收端管腳以最短距離焊接在焊盤上,，從而避免了管腳過長(zhǎng)帶來的電感增加或阻抗不匹配,。而GPON ONT系統(tǒng)的PCB上并無(wú)此特殊設(shè)計(jì)，同時(shí)要求系統(tǒng)的外殼與PCB邊緣緊密契合,，若按光模塊的方式將BOSA 管腳分別焊接在PCB板正反面,，則需要重新設(shè)計(jì)外殼與PCB毛坯，為避免改動(dòng)外殼與PCB,，BOSA只能以插焊的形式焊接在PCB上,。而由于BOSA特殊的結(jié)構(gòu)，發(fā)送端與接收端的管腳互相垂直,，若將其中一面焊在PCB上,，另一面則將遠(yuǎn)離PCB插孔，焊接時(shí)此面的管腳就必須加長(zhǎng),。如何放置BOSA器件,、將影響減至最小是需要首先考慮的問題。另外,，BOSA 光電轉(zhuǎn)換電路中的高速信號(hào)對(duì)電磁干擾的屏蔽也因去掉了金屬外殼而需要額外處理,。
2.2 解決辦法
BOSA激光器管芯與探測(cè)器管芯的垂直結(jié)構(gòu)使得在將其焊接到ONT系統(tǒng)PCB時(shí)無(wú)法令兩端的管腳都為最短。從焊接難度來看,，選擇BOSA一端緊貼PCB焊接,，而另一端彎曲管腳后再焊接到PCB上的“直立”焊接方式，比側(cè)面緊貼PCB,，兩端管腳均平行于PCB,，再?gòu)澢附拥絇CB上的“平躺”焊接方式更容易實(shí)現(xiàn)。并且“直立”焊接至少保證了一端的管腳最短,，另一端可通過調(diào)節(jié)匹配電路來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配,。從BOSA器件相互垂直的結(jié)構(gòu)可知，將探測(cè)器面緊貼PCB焊接,，而光纖接口與PCB面平行,，這個(gè)方向更利于BOSA的尾纖在PCB板上的放置。綜上分析,，可確定采用探測(cè)器管腳緊貼PCB焊接,、激光器管腳彎折90°后再焊接到PCB上的方法來安裝BOSA器件。雖然這種焊接方法會(huì)導(dǎo)致激光器管腳比較長(zhǎng),，但是長(zhǎng)引腳帶來的影響可通過在激光器引腳線上加入LR補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路來解決,，如圖2所示,。該網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)較大的高頻阻抗，同時(shí)對(duì)小于工作頻率的信號(hào)表現(xiàn)出較低的阻抗,，這樣能使激光器輸出較快的上升沿下降沿速率［1］,。LR值的選取有經(jīng)驗(yàn)可循，電感值可在15～30nH 間變化,，電阻值的范圍是15～30Ω,。
上文提到BOB方案需要增強(qiáng)電磁兼容性，其在PCB上的實(shí)現(xiàn)方法如圖3所示,。從圖中可以看到,，探測(cè)器與收發(fā)合一芯片間的模擬信號(hào)線用接地的銅皮包裹，表層包住走線的銅皮通過過孔與PCB板內(nèi)的地層連接,。這些銅皮可以有效吸收外界對(duì)這對(duì)模擬信號(hào)線的干擾,，同時(shí)也可避免輻射對(duì)外產(chǎn)生影響。
3.樣機(jī)測(cè)試及結(jié)果
BOB方案相對(duì)于以往使用光模塊的GPON ONT,，主要區(qū)別在于光接口電路與電磁兼容性，我們對(duì)BOB樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試,，測(cè)試結(jié)果如下：
?。?）光眼圖
BOB 樣機(jī)光接口發(fā)送端眼圖采用Agilent 86100C光示波器抓取，如圖4所示,。由圖可知,，在保留30%富裕量的情況下，疊加3029次后的眼圖仍然符合ITU－T G.984.2中規(guī)定的模板［2］,。
圖4 BOB方案光發(fā)送端眼圖
?。?）EMC（電磁兼容性）
GPON ONT設(shè)備與BOB方案相關(guān)的EMC主要表現(xiàn)在設(shè)備輻射發(fā)射指標(biāo)上。BOB樣機(jī)在國(guó)家光電子信息產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的測(cè)試結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn),，設(shè)備輻射發(fā)射的測(cè)試結(jié)果分別如圖5,、圖6所示。測(cè)試結(jié)果符合歐洲對(duì)通信設(shè)備輻射發(fā)射指標(biāo)規(guī)定的EN55022：2008［3］標(biāo)準(zhǔn),。
圖5 BOB設(shè)備水平方向輻射發(fā)射的測(cè)試結(jié)果
圖6 BOB設(shè)備垂直方向輻射發(fā)射的測(cè)試結(jié)果
4.結(jié)束語(yǔ)
目前,，BOB 方案已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)多家GPON ONT設(shè)備制造商關(guān)注。對(duì)該方案進(jìn)行功能和性能指標(biāo)測(cè)試后得出的結(jié)果表明,，該降低成本的方案在切實(shí)降低了設(shè)備成本的情況下,，其數(shù)據(jù)傳輸性能以及EMC指標(biāo)仍完全符合通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該方案適用于使用光模塊作為上聯(lián)口的GPON ONT設(shè)備,。