LOS Detection Comparison in Optical Receiver

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まいえかいて
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1 Design Note: HFDN-34.0 Rev. 1; 04/08 MAX3991 を使用した 10Gbps 光レシーバでの正確なロスオブシグナル (LOS) 検出 AAILABLE

2 MAX3991 を使用した 10Gbps 光レシーバでの正確なロスオブシグナル (LOS) 検出 1 はじめにロスオブシグナル (LOS) のモニタは 10Gbps XFP 光モジュールでシステムのディジタル診断を行う場合に必要となります不十分な光パワーを監視することで過度のビットエラーを生じるシステムの欠陥を検出しますリミティングアンプ IC を用いた MAX3991 のクロックおよびデータリカバリは XFP モジュールの 10Gbps レシーバ用に最適化されていますこのデバイスはトランスインピーダンスアンプ (TIA) からの出力信号の振幅を監視する高精度な LOS 検出器を備えていますこの出力信号の振幅は TIA のリニア範囲内でレシーバのピークトゥピーク光パワー ( 光変調振幅すなわち OMA と呼ばれる ) に比例しますモジュールの設計者は所定のビットエラー率 (BER) について LOS のアサートスレッショルドをプログラミングすることができますこのアプリケーションノートでは MAX3991 の LOS 検出器の特長を明らかにし 10Gbps レシーバにおいて指定の BER についての光アサートパワーを設定する方法について説明しますまた低電力レベルでの動作に対する LOS ヒステリシスを増大する方法についても説明しますノイズ限定光レシーバでは信号対ノイズ比と BER は互いにじかに関連します入力ノイズが限定されたレシーバでは BER は受信した信号電力の関数となりますしたがって BER の低下を監視するための高精度なソリューションはリミティングアンプの入力端で信号の振幅を検出することですこれは光パワーレベルが小さい場合に OMA に比例しますこの種の OMA 検出は光トランスミッタに変調制御がなくしたがって温度と経年変化とともに高い消光比を保つことができない場合に重要となります. 3 LOS 検出器の特長 MAX3991 の LOS 検出器は実効値パワー検出器として実装されています簡単な LOS 検出回路図を図 2 に示します SDI Power Detector - LOS TH Gbps レシーバ図 1 は XFP モジュールの代表的な 10Gbps 光レシーバを示しています 10Gbps トランスインピーダンスアンプは光電流を電圧に変換します MAX3991 が信号の振幅とタイミングを復元します ROSA +3.3 TIA GND 図 1. 10Gbps XFP 光レシーバ MAX Gbps CDR with Post Amplifier TH LOS LOL 図 2. MAX3991 の LOS 検出の回路図マキシムの独自設計によって MAX3991 の LOS 検出器は最小の消費電力で高精度かつ高安定性を実現しています固定の制御電圧 TH の場合アサート精度はプロセス温度および電源に対して ±1.5dB よりも優れまたアサート安定性は温度と電源に対して ±10% よりも優れています高精度と高安定性によってモジュール設計者は環境の変動によって再校正を行わなくても光アサートスレッショルドを設定できるようになります MAX3991 のアサート電圧範囲は 15m P-P ~ 50m P-P です望ましいアサートレベルの 10 倍となる制御電圧が TH ピンに加えられてアサートレベルを設定しています図 3 は LOS アサート ( assert ) Page 2 of 5

3 とデアサート ( de-assert ) の電圧対制御電圧 TH の特長を示しています Input for LOS, (mp-p) LOS Amplitude vs. TH TH (m) 図 3. LOS アサート対制御電圧スレッショルド TH によって LOS がアサートされるときの検出電力の想定値を決定しますパワー検出器に固有のノイズがあるためパワー検出器の出力は平均値から変動する可能性がありますこの変動はガウス分布を示し LOS アサートレベルの再現性に影響する場合があります MAX3991 ではガウス分布のパワー検出器出力を測定した標準偏差 σ はおよそ 0.4mrms になりますたとえば想定される平均アサート電圧が 20m P-P の場合デバイスは全体回数の 99.8% について 18.8m P-P ~21.2m P-P (±3σ) の間でアサートされます LOS パワー検出器を使用しない場合 TH ピンを CC に接続することで検出器を無効にすることが可能になり LOS 出力は強制的にローになりますこれによって消費電力が約 15mW 低減されます de assert Hysteresis = 20 log( ) (db) (1) assert 図 3 はアサートおよびデアサートの公称ヒステリシスを示していますパワー検出器内のノイズを考慮すると所望の入力アサート電圧が 15m P-P に近いとまたはこれ未満になると時々チャタリングが生じる可能性があります小電力時における LOS のチャタリングを避けるため図 4 に示すように外付けの抵抗器を使用することでヒステリシスを増大することができます in TH REF 図 4: 外付け抵抗器による LOS ヒステリシスの増大 LOS REF () が外部から印可される電圧であると仮定するとスレッショルド制御電圧 TH は次式によって与えられます : TH ( ) TH ( de assert ) = REF (2) = REF (3) 追加されるヒステリシスは次のようになります : 4 外付け抵抗器による LOS ヒステリシスの増大ディジタル実装であるため MAX3991 には厳しく管理されたヒステリシスが組み込まれています ( 最小 3.5dB~ 最大 3.9dB) これは光ヒステリシスの 1.75dB~1.95dB に相当しますヒステリシスは次式で定義されます : Hysteresis Added REF = 20 log( ) (db) (4) 全ヒステリシスは内部ヒステリシスと式 (4) で与えられる追加ヒステリシスの総和 (db) になります抵抗器は LOS ピンの装荷を防止するために選択します 40kΩ よりも大きな値をお勧めします抵抗器は希望のレベルまでヒステリシスを増大するために選択しますたとえば = 44kΩ = 1.5kΩ REF = 0.3 の場合追加ヒステリシ REF Page 3 of 5

4 スは 2.4dB となり全ヒステリシスは約 6dB となります 5 LOS と LOL 出力の組み合わせエラーなく受信できるようにするため受信する光信号は十分なパワーと正しいデータレートが必要となります LOS 検出器は信号電力のみを監視します受信信号の適正レベルを向上するには PLL の LOL( ロックの喪失 ) ステータスを監視することも必要になります LOL 検出器はリカバリクロックとリファレンスクロック間の周波数の違いを比較します入力信号がない場合 PLL ロックの不良を通知するためにかかる時間は内部 CO のドリフトレートによって決まるため予測が難しくなります入力信号に遷移がないときの LOL アサート時刻の不確実さを防止するためユーザは表 I に示すように LOS と LOL の出力を外部で組み合わせることができます表 I. LOL と LOS の機能の組み合わせステータス LOL LOS LOL+LOS 入力信号電力がスレッショルドを超えて PLL がロックされた状態入力信号電力がスレッショルドを超えて PLL がロックされていない状態入力信号電力がスレッショルド未満で PLL がロックされた状態入力信号に遷移がなく最終的に PLL がロックされなくなる MAX3991 の LOS を指定の BER に設定以下の例は次のレシーバパラメータを想定したときの MAX3991 の LOS インジケータの光アサートパワーを設定する方法を示しています : 1. 光感度 :P ave = -18dBm (BER < のとき ) 2. 消光比 :r e = PIN ダイオードの応答性 :0.85A/W 4. TIA トランスインピーダンス利得 :3.0kΩ たとえば BER = 10-3 にて LOS がアサートされるようにしたい場合 MAX3991 のアサートスレッショルドは 26m P-P に設定する必要がありますこれは -21.6dBm の光平均アサートパワーと dBm の光平均デアサートパワーに相当し光ヒステリシスは 1.75dB になりますこの状態を図 5 に示します Signal Power (dbm) -19 平均光パワーと OMA 間の関係は次式 (5) で与えられます OMA re + 1 Pave (dbm) = 10 log( 1000) (5) 2 r 1 表 II はレシーバ内の各点における BER と信号レベルの関係を示していますレシーバの感度はレシーバの入力換算ノイズによって決まるという仮定に基づいています e LOS Output Repeatability P1 Repeatability 図 5. ロスオブシグナル (LOS) の機能 P3 Hystersis Time Time Page 4 of 5

5 表 II. 標準レシーバの符号誤り率と信号レベル BER S p-p /N rms Pave OMA TIA input MAX3991 (dbm) (μwp-p) (μap-p) input (mpp) 結論 MAX3991 は 10Gbps レシーバにおける低 OMA を正確に検出するソリューションを提供しますユーザは特定の BER に対応する LOS アサートインジケータを設定することができます別途ヒステリシスを追加することで小入力信号の LOS を確実に検出することができます Page 5 of 5

NJM78L00S 3 端子正定電圧電源概要 NJM78L00S は Io=100mA の 3 端子正定電圧電源です既存の NJM78L00 と比較し出力電圧精度の向上動作温度範囲の拡大セラミックコンデンサ対応および 3.3V の出力電圧もラインアップしました外形図特長出力電流 10

NJM78L00S 3 端子正定電圧電源概要 NJM78L00S は Io=100mA の 3 端子正定電圧電源です既存の NJM78L00 と比較し出力電圧精度の向上動作温度範囲の拡大セラミックコンデンサ対応および 3.3V の出力電圧もラインアップしました外形図特長出力電流 10 端子正定電圧電源概要は Io=mA の端子正定電圧電源です既存の NJM78L と比較し出力電圧精度の向上動作温度範囲の拡大セラミックコンデンサ対応および.V の出力電圧もラインアップしました外形図特長出力電流 ma max. 出力電圧精度 V O ±.% 高リップルリジェクションセラミックコンデンサ対応過電流保護機能内蔵サーマルシャットダウン回路内蔵電圧ランク V,.V,