الفرق بين وحدات كشف PIN ووحدات كشف APD

يُعدّ كلٌّ من كاشف PIN وكاشف APD (الصمام الثنائي الضوئي الانهياري) في الوحدة البصرية المكوّنين الأساسيين لجهاز استقبال الاتصالات البصرية (ROSA) الذي يحوّل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية. يتميّز كاشف PIN ببنية بسيطة وأداء مستقر، مما يجعله مناسبًا لنقل البيانات عالي الطاقة لمسافات قصيرة. أما كاشف APD ، فيتميّز بحساسية عالية، مما يجعله مناسبًا للكشف عن الضوء الخافت لمسافات طويلة أو في حال وجود فقد كبير، وذلك بفضل آلية التضخيم الداخلي. فيما يلي تحليل مفصّل لكلٍّ منهما:

ثنائي ضوئي PIN

البنية والمبدأ: بنية ثلاثية الطبقات من النوع P، والنوع I (الطبقة الداخلية)، والنوع N. يولّد الضوء الساقط تيارًا ضوئيًا في الطبقة I.

المميزات:

• لا يوجد مكسب داخلي: تتميز عملية التحويل الكهروضوئي بخطية جيدة.
• ضوضاء منخفضة، استهلاك منخفض للطاقة: وذلك بفضل بنيته البسيطة، وقدرته الجيدة على التكيف مع درجات الحرارة المختلفة، وانخفاض جهد التشغيل.
• سرعة الاستجابة السريعة: مناسب للاتصالات عالية السرعة عبر مسافات متوسطة إلى قصيرة.

السيناريوهات القابلة للتطبيق : جهاز كشف رقم التعريف الشخصي مناسب لسيناريوهات النقل قصيرة المدى وعالية السرعة، مثل وحدات جيجابت وعشرة جيجابت الضوئية ومراكز البيانات وشبكات الوصول الضوئية قصيرة المدى.

APD (ثنائي ضوئي للانهيار الجليدي)

البنية والمبدأ: استنادًا إلى بنية PIN، تُضاف "منطقة تضخيم الانهيار" لتحقيق تضخيم الإلكترونات بالانهيار تحت انحياز عكسي عالٍ، مما يوفر كسبًا داخليًا يتراوح بين 10 و100 ضعف. والشرح التفصيلي هو أن PIN يشبه لوحة شمسية عادية، حيث ينتج كمية من الكهرباء تتناسب مع كمية الضوء الساقط عليها. يوجد داخل الثنائي الضوئي الانهياري (APD) مجال كهربائي عالي الجهد. عندما تدخل الفوتونات وتولد إلكترونات، وبسبب المجال الكهربائي القوي للغاية، تتراكم هذه الإلكترونات وتصطدم بإلكترونات أخرى. وهذا ما يسمح له باستشعار إشارات ضوئية ضعيفة للغاية.

المميزات:

• حساسية عالية: قادر على اكتشاف الإشارات الضوئية الضعيفة، مما يؤدي إلى زيادة مسافة الإرسال بشكل كبير.
• مربحيه عاليه: يضخم الإشارة بما يتجاوز الضوضاء الحرارية، وهو مناسب للكشف عن الضوء الضعيف.
• درجة عالية من التعقيد: يتطلب تشغيلًا بجهد عالٍ وهو حساس للغاية لدرجة الحرارة، وعادة ما يتطلب دوائر تعويض درجة الحرارة.

السيناريوهات القابلة للتطبيق: كاشفات الفوتونات APD مناسبة للإرسال لمسافات طويلة للغاية، وشبكات الوصول الضوئية عالية السرعة، والاستقبال بعد مضخمات الألياف، والبيئات ذات الفقد العالي (مثل نهاية OLT في FTTH).

الفرق بين رقم التعريف الشخصي (PIN) وجهاز الحماية من الحوادث (APD)

بصراحة، يكمن الفرق الأساسي بين ميكروفون PIN وميكروفون APD في حساسية الاستقبال. ببساطة، ميكروفون PIN هو "ميكروفون عادي"، بينما ميكروفون APD هو "ميكروفون مزود بوظيفة تضخيم مدمجة".

• PIN يتميز ببنية بسيطة وأداء مستقر، وهو مناسب لنقل الطاقة العالية لمسافات قصيرة؛
• APD يتميز بحساسية عالية وهو مناسب للكشف عن الضوء الضعيف أو فقدان الضوء العالي من خلال آلية كسب داخلية.  

العناصر	رقم التعريف الشخصي (كاشف عادي)	جهاز كشف الانهيارات الثلجية (APD)
Fالاسم الكامل	إيجابي - جوهري - سلبي	كاشف ضوئي ثنائي الانهيار
عامل التضخيم (الكسب الداخلي)	1: 1 (فوتون واحد لكل إلكترون واحد)	1: M (فوتون واحد يؤدي إلى انهيار جليدي لإنتاج إلكترونات متعددة، من 10 إلى 1000 مرة)
العمل الجهد	منخفض (بضع فولتات)	عالية (من عشرات إلى مئات الفولتات)
Rاللجنة الاقتصادية لأوروباإيفر حساسية	أقل (عادةً في حدود -20 ديسيبل ميلي واط)	مرتفع للغاية (أعلى بمقدار 5-10 ديسيبل من مستوى PIN)
Nسور	منخفض	أعلى (ضوضاء مضاعفة)
Tمسافة الإرسال	مسافة قصيرة/متوسطة (أقل من 40 كم)	مسافة طويلة (≥ 40 كم، مثل ER/Zr)
Tاستقرار درجة الحرارة	الخير	ضعيف (يتطلب تعويض درجة الحرارة)
التكلفة/السعر	رخيص	عملية مكلفة (معقدة)
Tolerance	قوي ولا يحترق بسهولة	هش للغاية (يحترق بسهولة بفعل الضوء القوي)

كيفية اختيار جهاز كشف رقم التعريف الشخصي (PIN) أو جهاز كشف جهاز الحماية من السرقة (APD)؟

تُعدّ مسافة الإرسال العامل الحاسم الذي يُحدد نوع الكاشف المستخدم. وعادةً ما تُقسّم هذه المسافة على 40 كيلومترًا ، حيث يُستخدم كاشف PIN للمسافات القصيرة، بينما يُستخدم كاشف APD للمسافات الطويلة.

• مسافة الإرسال أقل من 40 كم: كاشف رقم التعريف الشخصي، نظرًا لمسافة الإرسال القصيرة والضوء القوي بما فيه الكفاية، فإنه لا يتطلب تضخيمًا إضافيًا.
• بعد انتقال ≥40km: كاشف الفوتونات APDبسبب المسافة الطويلة التي تبلغ عدة عشرات من الكيلومترات، يصبح الضوء ضعيفًا للغاية، ومن الضروري استخدام جهاز APD، وهو "جهاز التقاط عالي الحساسية"، لقراءة البيانات وضمان معدل خطأ البت.

وحدة كشف رقم التعريف الشخصي (مسافة قصيرة إلى متوسطة)

سلسلة 10G SFP+: 10 جيجا - SR (300 م، MMF) 10GBASE-LRM(220 م، MMF) 10GBASE-LR (10 كم، SMF)

سلسلة 25 غ / 40 غ / 100 غ: SR4 / SR10 (مسافة قصيرة، ألياف متعددة الأنماط) LR4 / CWDM4 (2 كم / 10 كم، SMF)

سلسلة BiDi: جهاز إرسال واستقبال ثنائي الاتجاه أحادي الألياف بطول 10 كم/20 كم

وحدة كاشف APD (مسافة طويلة)

سلسلة 10G SFP+: 10GBASE-ER (40km) 10 جيجابايت - ZR (80km) 10G SFP+ 60 كم / 100KM (وحدة اتصالات بعيدة المدى غير قياسية)

سلسلة 25 غ / 100 غ: 100G ER4 / ZR4 (40 كم - 80 كم) 25G ER (40km)

شبكة PON (FTTH): استخدم وحدة FTTH PON في نهاية OLT (من أجل تغطية ما يصل إلى 32 أو 64 مستخدمًا وضمان نقل بصري لمسافة 20 كم، يجب استخدام APD)

تذكير هام

معايير الحكم : راجع قسم "حساسية جهاز الاستقبال" في دليل التعليمات.

• إذا كانت القيمة تتراوح بين -14 ديسيبل و -18 ديسيبل، فعادةً ما تكون PIN.
• إذا كانت القيمة تتراوح بين -23 ديسيبل و -30 ديسيبل، فهي بالتأكيد APD.

محظورات التشغيل: نظرًا لحساسية جهاز APD الشديدة، فإن استخدام سلك توصيل قصير لربط وحدتين بعيدتي المدى (مثل وحدة بمدى 80 كم) سيؤدي إلى زيادة الحمل على جهاز APD بشكل فوري وتلفه بشكل دائم. يجب تزويد الوحدات بعيدة المدى بمخففات ضوئية بقدرة 10-15 ديسيبل أثناء الاختبار.

خاتمة

إذا كانت الخسارة الإجمالية للوصلة عالية (طول الألياف، العديد من وصلات اللحام)، فإن APD هو الخيار الوحيد؛ أما إذا كان مجرد اتصال داخلي داخل غرفة الكمبيوتر، فإن PIN فعال من حيث التكلفة.

النماذج المذكورة أعلاه هي للاسترشاد فقط. في حال وجود أي اختلافات، يُرجى إجراء تحليل مُفصّل بناءً على الوضع الفعلي. على سبيل المثال: لماذا تستخدم بعض وحدات SFP-10G-ER الضوئية بسرعة 40 كيلومترًا كاشفات PIN؟