一种高性能的光纤互连系统技术方案

本发明专利技术提供一种高性能的光纤互连系统，包括PAM4电接口，变速箱，NRZ光发送与接收单元，NRZ信号的光路。所述系统电口为N/2(N为大于等于2的偶数)路PAM4信号，光口为N路NRZ信号，接收机和发送机更容易处理NRZ光路信号，从而实现高性能的互连系统。本系统接收机和发送机的光路接口均为N路NRZ信号，但电口为N/2路PAM4信号，所以提高了端口密度。本系统能把传统的100G SFP接口改造为下一代100GDSFP或SFP‑DD接口，通信通道密度和速率都提高一倍，同时又向下兼容SFP接口。利用本光纤互连系统的100G SR2AOC有源光缆由多模光纤，变速箱，NRZ接收发送机，光器件组成。该有源光缆能兼容下一代数据中心应用的DSFP/SFP‑DD封装技术，实现两路并行2x50Gbps PAM4信号光电传输。本光通信系统可以实现PAM4模式和NRZ模式的复用。通过切换变速箱的开关，电接口可以为PAM4模式或NRZ模式。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能的光纤互连系统
本专利技术涉及光纤互连方法，属于光电通信
，特别涉及一种高性能的光纤互连系统。
技术介绍
随着5G，大数据，分布式存储，AI，高速计算业务的兴起，数据中心的规模日益增长，数据中心交换系统从10GE/40GE提高到100GE/400GE，服务器接入也从10GE提高到25GE/100GE。基于高吞吐和大带宽的发展趋势，现有100GEQSFP28接口在向下一代100GE接口演进，下一代100GE接口由两个50GE物理接口组成，相对于上一代100GEQSFP28接口，通道数目减半，端口密度增加一倍。下一代100GE接口有两种封装形式：SFP-DD和DSFP。SFP-DD(SmallForm-factorPluggable-DoubleDensity)小形状系数可插拔双密度电气接口可以拓展现有的SFP接口。SFP-DD接口和现有的SFP接口很像，它在现有的SFP接口上增加了一排电气接口。SFP-DD接口是由小形状系数可插拔双密度(SFP-DD)多源协议(MSA)工作组提出。现有的SFP单通道接口广泛应用与高达28Gbps的NRZ或者56Gbps的PAM4中。新型的SFP-DD接口可支持两个通道，每个通道都可支持28Gbps的NRZ或者56Gbps的PAM4，从而两个通道能达到56Gbps或112Gbps的聚合带宽。SFP-DD使通信通道密度和速率都提高一倍，同时又向下兼容SFP接口，有助于满足下一代数据中心互联对数据带宽和通道密度，接口兼容性的需求。DSFP(DoubleSmallForm-factorPluggable)连接器组件，其上排管脚及下排管脚分别设有预设管脚，增加了两个通道，使用者可根据需要，对预设管脚进行定义，扩展了其使用功能。DSFP是个别设备商发起和主推的封装类型，取消了很多控制和指示脚，用软件来读写寄存器，进行通信和控制。有源光缆AOC是ActiveOpticalFiber的简写，它主要用于短距离多通道数据应用中。有源光缆由多模光纤，光收发控制芯片，光器件和光模块组成。有源光缆两边的收发器提供光电转换，光传输和驱动电口的能力，以提高光信号的传输速度和距离，兼容电口规范的性能。在传输形式上，为了满足下一代数据中心互联的应用需求，灵活，低成本的100Gbit/s的速率传输方案被相继提出。主流的使用PAM4调制的2通道x50Gbit/s的传输方式可以降低收发机模块的设计复杂度，面积和功耗消耗。但是这其中有两个问题是系统性能的瓶颈：收发机的调制带宽限制和调制解调过程中的非线性损伤。为了解决这两个问题，基于DSP(数字信号处理)的方案被提出。DSP方案利用判决反馈均衡(DFE)和前向均衡(FFE)来补偿信道的非线性失真。这些方案往往需要很高的计算复杂度和耗费很大的功耗。
技术实现思路
本专利技术提出了一种解决上述问题的光纤互连系统，所述光纤互连系统包括电接口，光路接口，变速箱，NRZ接收发送机，其中，所述系统电口为N/2(N为大于等于2的偶数)路PAM4信号，光路接口信号为N路NRZ信号；所述电接口使用100GDSFP接口或100GDSFP或SFP-DDPAM4电接口单元；输入电口信号为两路50GPAM4信号TX1，TX2，输出电口信号为两路50GPAM4信号RX1，RX2；所述变速箱将输入信号TX1，TX2转化成NRZ信号，由NRZ光发送单元转化为光信号，并且，NRZ接收单元接收光信号，把信号放大后传给变速箱，变速箱生成DSFP或SFP-DD电接口信号RX1，RX2。优选地，所述变速箱包括发送机端变速箱和接收机端变速箱，通过开关和PAM4编码/解码器，使光纤互连电路实现PAM4模式和NRZ模式的复用。优选地，NRZ接收发送机包括NRZ接收机和NRZ发送机，NRZ发送机输入为四通道NRZ信号，经由CTLE连续时间线性均衡器补偿信道衰减后输入到CDR时钟恢复模块，NRZ接收机输入为NRZ光信号，PD光电探测器阵列把光转化成的电流信号，经由TIA跨阻放大器把小信号进行放大，限幅放大器把信号进一步放大，输入到CDR时钟恢复模块。优选地，NRZ发送机中的CDR时钟恢复模块包括相位比较器，环路滤波器，VCO时钟生产器，当用于低速数据输入时，CDR时钟恢复模块通过旁路数据选择器，实现高速模式和低速模式的复用。优选地，CDR相位比较器包括非线性相位比较器或线性相位比较器，CDR时钟恢复和旁路数据由旁路数据选择器进行选择，输出给驱动器driver，驱动器driver集成预加重均衡器，对输出信号进行高频分量的提升，用于补偿光路的衰减；输出信号经由VCSEL激光器转换成光信号。优选地，NRZ接收机中的CDR时钟恢复模块包括相位比较器，环路滤波器，VCO时钟生产器，当用于低速数据输入时，CDR时钟恢复模块通过旁路数据选择器，可以实现高速模式和低速模式的复用。优选地，CDR相位比较器包括非线性相位比较器或线性相位比较器组成；CDR时钟恢复和旁路数据由数据选择器进行选择，输给输出级，输出级集成有前向反馈均衡器对信号进行去加重，去加重保持信号上升沿和下降沿的幅度不变，其它地方信号进行衰减，来补偿电信号的衰减。优选地，发送器机端变速箱包括CTLE连续时间线性均衡，电位判决器和PAM4解码器，PAM4解码器输入信号经CTLE连续时间线性均衡器补偿信道衰减；均衡后的信号，经判决后得到3路NRZ，3路NRZ信号经过解码后得到2路NRZ；一路NRZ作为PAM4的高有效位，直接由切片后的中间一路NRZ信号得到；另外一路NRZ作为PAM4的低有效位，利用切片后的三路输出进行逻辑得到。优选地，接收机端变速箱把两路NRZ合成一路PAM4；PAM4编码器由CML电路实现，一路NRZ信号可以作为高有效位，另外一路NRZ信号可以作为低有效位；两路NRZ输入到CML电路的输入端，电流进行加权，得到PAM4信号。一种使用本光纤互连系统的有源光缆，所述有源光缆包括第一端和第二端，所述第一端和第二端具有光纤互连电路，第一端和第二端之间通过多模光纤连接。本专利技术可以实现PAM4模式和NRZ模式的复用。通过切换变速箱的开关，电接口可以为PAM4模式或NRZ模式。NRZ接收机包括光电探测器，TIA跨阻放大器，限幅放大器，时钟恢复CDR，旁路数据选择器组成。通过旁路数据选择器，接收机可以实现高速模式和低速模式的复用。NRZ发送机包括时钟恢复CDR，旁路数据选择器，驱动器和VCSEL激光器组成。通过旁路数据选择器，发送机可以实现高速模式和低速模式的复用。本专利技术提出了高性能光纤互连系统，能把传统的100GSFP接口改造为下一代100GDSFP或SFP-DD接口。通信通道密度和速率都提高一倍，同时又向下兼容SFP接口。使用本光纤互连系统的100GSR2AOC有源光缆由多模光纤，变速箱，NRZ接收发送机，光器件组成。该有源光缆能兼容下一代本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能的光纤互连系统，其特征在于，所述光纤互连电路包括电接口，光路接口，变速箱，NRZ接收发送机，其中，/n所述系统电接口信号为N/2路PAM4信号，光路接口信号为N路NRZ信号；N为大于等于2的偶数；/n所述电接口使用100G DSFP接口或SFP-DD PAM4电接口单元；/n输入电口信号为两路50G PAM4信号TX1，TX2，输出电口信号为两路50G PAM4信号RX1，RX2；/n所述变速箱将PAM4输入信号TX1，TX2转化成NRZ信号，由NRZ光发送单元转化为NRZ光信号，并且，/nNRZ接收单元接收NRZ光信号，把信号放大后传给变速箱，变速箱把NRZ信号合成PAM4信号，生成DSFP或SFP-DD电接口信号RX1，RX2。/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能的光纤互连系统，其特征在于，所述光纤互连电路包括电接口，光路接口，变速箱，NRZ接收发送机，其中，
所述系统电接口信号为N/2路PAM4信号，光路接口信号为N路NRZ信号；N为大于等于2的偶数；
所述电接口使用100GDSFP接口或SFP-DDPAM4电接口单元；
输入电口信号为两路50GPAM4信号TX1，TX2，输出电口信号为两路50GPAM4信号RX1，RX2；
所述变速箱将PAM4输入信号TX1，TX2转化成NRZ信号，由NRZ光发送单元转化为NRZ光信号，并且，
NRZ接收单元接收NRZ光信号，把信号放大后传给变速箱，变速箱把NRZ信号合成PAM4信号，生成DSFP或SFP-DD电接口信号RX1，RX2。


2.根据权利要求1所述的光纤互连电路，其特征在于，所述变速箱包括发送机端变速箱和接收机端变速箱，通过开关和PAM4编码/解码器，使光纤互连电路实现PAM4模式和NRZ模式的复用。


3.根据权利要求1所述的光纤互连电路，其特征在于，NRZ接收发送机包括NRZ接收机和NRZ发送机，
NRZ发送机输入为四通道NRZ信号，经由CTLE连续时间线性均衡器补偿信道衰减后输入到CDR时钟恢复模块，
NRZ接收机输入为NRZ光信号，PD光电探测器阵列把光转化成的电流信号，经由TIA跨阻放大器把小信号进行放大，限幅放大器把信号进一步放大，输入到CDR时钟恢复模块。


4.根据权利要求3所述的光纤互连电路，其特征在于，NRZ发送机中的CDR时钟恢复模块包括相位比较器，环路滤波器，VCO时钟生产器，
当用于低速数据输入时，CDR时钟恢复模块通过旁路数据选择器，实现高速模式和低速模式的复用。


5.根据权利要求4所述的光纤互连电路，其特征在于，CDR相位比较器包括非线性相位比较器或线性相位比较器，
CDR时钟恢复和旁路数据由旁路数据选择器进行选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙双，王祚栋，毛蔚，白昀，
申请(专利权)人：飞昂创新科技南通有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32