40Gb/s OC-768時(shí)鐘信號恢復技術(shù)

有些CRU的設計采用了由靈敏的相位探測器和線(xiàn)性度較好的低相位噪聲壓控振蕩器(VCO)構成的鎖相環(huán)(PLL)技術(shù)，由于其中的兩種器件都具有一定的設計難度，而且PLL方法也存在數據流恢復遺失信息所需重獲時(shí)間較長(cháng)的缺點(diǎn)，為此，美國通信技術(shù)公司(CTI)選擇使用高品質(zhì)因數(Q)的單極介質(zhì)諧振腔濾波器(見(jiàn)圖1)來(lái)構建其CR-40 OC-768/STM-256 CRU。

大多數情況下，OC-48(2.488Gb/s)和OC-192(9.953Gb/s)系統的數據傳輸采用的是不歸零(NRZ)格式。在長(cháng)距離傳輸應用中，采用RZ格式或許更適于處理由光纖傳輸介質(zhì)中的色散現象引起的脈沖展寬問(wèn)題。但對于40Gb/s OC-768傳輸應用來(lái)說(shuō)，傾向選用哪種數據傳輸格式至今還沒(méi)有建立起標準。

與RZ數據不同，NRZ數據在40Gb/s下沒(méi)有一種40Gb/s的元件相對應。40Gb/s NRZ數據的時(shí)鐘恢復需要在CRU的前端設置一個(gè)非線(xiàn)性元件。在OC-192速率下，這種功能一般是靠采用XOR門(mén)以數字的方式實(shí)現的，其兩路輸入中的一路略帶延遲，或通過(guò)觸發(fā)器工作于上升及下降沿來(lái)實(shí)現。由于目前還沒(méi)有能工作于40Gb/s數據率下的XOR和觸發(fā)器，為此，CTI公司為其CR-40 CRU研制出了一種基于寬帶場(chǎng)效應管的倍增器電路。高Q值介質(zhì)諧振腔濾波器，其帶通響應以時(shí)鐘頻率為中心，抑制不需要的頻率，留下低抖動(dòng)的時(shí)鐘信號。

濾波器的Q值應足夠高，以便在長(cháng)時(shí)間不進(jìn)行數據轉換時(shí)，時(shí)鐘信號能保持連續“反應(ringing)”狀態(tài)而沒(méi)有過(guò)多的幅度衰減及相位漂移。濾波器的帶寬應足夠小，以使抖動(dòng)保持最低。插入損耗也要很低以減少把時(shí)鐘信號電壓升至使用電平所需的放大器級數。濾波器的群時(shí)延對溫度的感應變化應保持最小，以使時(shí)鐘相位在所有工作環(huán)境中都保持穩定。濾波器還必須具有極好的寬帶抑制特性，以減少不必要的寄生信號。一般OC-768應用所要求的對寄生信號的抑制性能應好于35dB。由于40Gb/s NRZ數據流的大部分能量集中在DC到35GHz的范圍，因此濾波器應具有覆蓋上述范圍的高抑制性能。

CTI利用柱型介質(zhì)諧振器(放置于特殊設計的腔體內)的混合電磁模來(lái)提高低插入損耗下的負載Q值。CTI的40Gb/s CR-40 CRU，所用濾波器的負載Q值大于2000，等效抖動(dòng)轉移帶寬小于12MHz，產(chǎn)生的抖動(dòng)小于15-mUI均方根(RMS)。比較而言，濾波器的負載Q值在1000或以下時(shí)，雖然也能恢復適當干凈的時(shí)鐘信號，但無(wú)位轉換時(shí)間超過(guò)幾個(gè)100b周期時(shí)，輸出時(shí)鐘信號將無(wú)法保持。而濾波器的Q值大于3000時(shí)，雖然抖動(dòng)性能會(huì )變得極好，但超高的溫度敏感性會(huì )造成不利影響。CTI將Q值優(yōu)化在大約2000，取得了抖動(dòng)性能與頻率的溫度穩定性間的最佳平衡。在0到+70℃的溫度范圍內，濾波器的中心頻率漂移小于3MHz。

器件模塊的數據輸入部分得到了精心設計。這一端口的回波損耗性能必須能夠對上升時(shí)間為數皮秒的數據信號進(jìn)行支持，同時(shí)沒(méi)有太大的波形失真。CR-40單元可以對峰-峰電壓為100mV的低輸入數據電平進(jìn)行處理，同時(shí)還具有+1VDC的峰-峰恒定時(shí)鐘電壓。

CR-40可從+10VDC電源獲取大約150mA的DC電流。對于231-1偽隨機二進(jìn)制序列輸入格式，在100mV的最小輸入數據電平下，單元器件可實(shí)現+1VDC峰-峰電壓的時(shí)鐘頻率輸出。產(chǎn)生的抖動(dòng)一般小于15mUI RMS，抖動(dòng)轉移帶寬小于12MHz。39.813GHz恢復時(shí)鐘信號的典型相噪為-74dBc/Hz，相對于載波的偏移量為10kHz。

時(shí)鐘頻率下輸入和輸出信號的回波損耗一般好于12dB。二次諧波小于-20 dBc，寄生信號小于-40 dBc。