Nelle nostre applicazioni pratiche, abbiamo scoperto un fenomeno: la maggior parte dei moduli SFP in fibra da 1.25 G utilizza rivelatori PIN anziché rivelatori APD. Perché?
Ci sono principalmente due ragioni:
- La sensibilità dei ricevitori PIN è sufficiente a soddisfare gli standard di trasmissione 1.25G (ad esempio, per brevi e medie distanze).
- I fotodiodi a valanga (APD) hanno un costo più elevato e richiedono circuiti di polarizzazione complessi, risultando quindi poco convenienti a basse velocità di trasmissione. Sono utilizzati principalmente per le comunicazioni a lunga distanza con velocità di trasmissione pari o superiori a 10G.
Di seguito viene illustrato il confronto delle principali differenze:
| Tipo di ricevitore | PIN (fotodiodo) | APD (Fotodiodo a valanga) |
| Sensibilità del ricevitore | Bassa (sufficiente per brevi distanze a 1.25G) | Estremamente elevato (in grado di amplificare segnali luminosi deboli) |
| Tensione di funzionamento | Bassa (di solito 3.3 V sono sufficienti) | Alta (da decine di volt a centinaia di volt) |
| Costo | Lavorazione artigianale economica e di qualità | Processo di produzione costoso e complesso |
| Complessità del circuito | Semplice (basta ingrandire) | Complesso (richiede un circuito aggiuntivo di compensazione del bias APC/ATC) |
Differenze specifiche tra PIN e APD
Differenze di costo e strutturali
- Ricevitore PIN: struttura semplice, tecnologia matura e molto bassa productcosto ionico.
- ricevitore APDLa struttura è complessa, richiede un controllo di processo estremamente rigoroso e il chip stesso è costoso.
- Circuito periferico: Il funzionamento degli APD richiede una polarizzazione ad alta tensione di decine o addirittura centinaia di volt, il che richiede la progettazione aggiuntiva di un circuito di elevazione della tensione e di un circuito di compensazione della temperatura, aumentando significativamente il costo complessivo dell'hardware.
Corrispondenza dei requisiti di prestazione
- La domanda di 1.25G: Moduli ottici 1.25G (come Gigabit Ethernet, Fiber Channel) sono in genere utilizzati per trasmissioni a breve distanza o intermedie entro 20 chilometri.
- Sensibilità sufficiente: Entro questo intervallo di distanza, la sensibilità del ricevitore PIN (generalmente intorno a -20 dBm) soddisfa pienamente i requisiti di ricezione del segnale.
- Uso eccessivo: Il principale vantaggio degli APD è la loro altissima sensibilità (fino a -30 dBm o inferiore), che viene utilizzata per le trasmissioni a lunga distanza (oltre 40 chilometri). L'utilizzo degli APD su brevi distanze è considerato eccessivo in termini di prestazioni.
Potenza ottica satura e rischio di bruciature
- Punto di sovraccarico minimo: Il fotodiodo a valanga (APD) è molto delicato e una potenza ottica in ingresso leggermente superiore (generalmente superiore a -6 dBm o -10 dBm) può causare saturazione o addirittura il danneggiamento del dispositivo. Se utilizzato per trasmissioni a breve distanza, è necessario aggiungere un attenuatore in fibra ottica.
- PIN è più resistente: La potenza ottica di saturazione del ricevitore PIN è generalmente superiore a 0 dBm, con un'elevata resistenza agli urti ottici. Nelle reti a breve distanza non richiede attenuatori ottici aggiuntivi, risultando quindi più sicuro e pratico da utilizzare.
Consumo di energia e calore
- PIN: Bassa tensione di funzionamento (solitamente 3.3 V), consumo energetico estremamente ridotto e bassa generazione di calore.
- APD: L'alimentazione ad alta tensione aumenta significativamente il consumo energetico complessivo e la generazione di calore del modulo, il che non favorisce la miniaturizzazione e l'implementazione ad alta densità dei moduli ottici.
Quando i moduli SFP da 1.25 G utilizzeranno anche l'APD?
Solo quando il modulo ottico 1.25G deve raggiungere distanze di trasmissione ultra lunghe (come 40 km, 80 km o superiori) , a causa dell'enorme perdita della fibra, il segnale ottico che raggiunge il ricevitore è molto debole e viene utilizzato un ricevitore APD per ottenere un "guadagno a valanga", migliorando così la sensibilità di ricezione da -30 dBm a -37 dBm.
Conclusione
In quanto maturo e sensibile ai costi product, scegliendo un ricevitore PIN con basso costo, circuito semplice e non si brucia facilmente è la soluzione ottimale per la selezione del mercato e della tecnologia di Moduli ottici 1.25G, pur rispettando gli standard di prestazione. I rivelatori APD diventano una scelta necessaria solo a velocità di trasmissione più elevate come 10G/40G/100G, o in collegamenti a lunghissima distanza (oltre 40 km) dove la sensibilità del ricevitore diminuisce a causa dell'aumento delle velocità.
FAQ
Il modulo SFP-1.25G-ZX100 che ho acquistato ha un rilevatore PIN, come indicato nel datasheet, con potenza di trasmissione 0 ~ +5 dB e sensibilità del ricevitore -28 ~ -3 dBm. Utilizza effettivamente un ricevitore PIN? C'è un errore nella descrizione?
Secondo la tua descrizione, è altamente probabile che sia stato utilizzato un ricevitore APD per la distanza di 100 km, poiché con i ricevitori PIN convenzionali è quasi impossibile raggiungere i -28 dBm senza costose amplificazioni ottiche o processi estremi. Questo valore è già al limite delle capacità operative dei ricevitori APD.
Per un modulo ottico gigabit da 120 km ho bisogno di un rilevatore PIN o APD?
Ad una velocità di 1.25 Gbps, la sensibilità tipica degli APD varia da -28 dBm a -32 dBm, mentre il limite dei ricevitori PIN è di circa -20 dBm a -24 dBm, quindi è necessario utilizzare i rivelatori APD.
Per un ricetrasmettitore in fibra ottica da 1.25 GHz e 40 km, è consigliabile utilizzare rivelatori PIN o APD?
Per ricetrasmettitori in fibra ottica con una portata di 40 km, si raccomanda vivamente l'utilizzo di rivelatori PIN anziché APD. Poiché il budget di collegamento viene duplicato, non è necessario aggiungere attenuazione ottica e il costo risulta inferiore.
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