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应用于通信领域集成化光电和电子线路

发表日期：2005-2-14

　　随着集成时代的到来，集成在通信行业呈现了一个新的意义－－通信系统内光电技术的集成。这种系统级的观点同时也对通信器件产生着冲击。事实上，光器件的设计正在多方面体现出基于硅的集成化电子线路。

　　基于光纤的配置已从核心网络扩展到边缘网络，继而成为超过距离、大城市、海底、接入网的基础。光器件与通信ICs集成的主要的驱动力有：

　　尺寸：更小的封装对下一代通信系统的重要性。光网内，速度与信道数的增长，致使更小、更快、更低成本的器件解决方案成为解决问题的关键。把光器件与IC集成在更小的封装内可以节省机箱直至最终的中心局内宝贵的空间资源。设计者把持续增加的数量封装在一个单一的单元内（32、64甚至128个端口）的主要优点是每一部分都有完整的激光器、调制器、和其它用于支援的芯片。过去的几年中，光网络行业正从几乎完全基于分离的光电部分的设计向用模块系统为用户提供尺寸、性能、质量或其他优点的应用升级。

　　时机：在高速发展、高速数据的通信市场，要想取得可观收益，缩减产品发展的周期是其中首先要考虑者之一。代表了更高级的集成化器件节省了OEM和系统设计者大量的发展和检测周期，同时提高了系统的性和可靠性。在市场的每一个级别，从服务供应商到系统集成商和器件制造商，提供更高级集成产品的能力，对减少整个发展时间和工程费用取得成功的市场份额都是一个关键因素。例如，杰尔系统的一个OC-48转发器模块，把一个发送器、接收器的一个16信道的复用器/解复用器整合在一个小的封装内，用户购买预装和调试好的产品，而不是散装的激光器、驱动器、激光发射二极管、光检测器、以及需要组装和检测的驱动器和网络接口IC的整合，通过购买如杰尔系统的模块，系统集成商/供应商能够获得完全合格的能实现屏蔽，散热、多互接及组装问题的解决方案，可以让设计人员集中在对公司来说更价值的工作上。

　　速度：光器件和通信IC已首先在拥有高速通信网的大城市进行整合，这种整合也变得越来越重要；集成光/电正在成为营运商利用最低每比特花费来获是巨大带宽的标准手段。但是，光/IC的集成，已超出大城市领域，进入长距离或超出大城市领域，进入长距离或超长距离网络的核心/边缘部分，以及接入网的电信和数据通信部分。当整个系统速度升级到40Gbit/s（或高于40Gbit/s）时，通信子系统的性能将着重依赖于光和IC器件的进一步集成，以其在保持所要求的光特性的同时，提高阻抗的匹配，减少性能隐患，并且最小化由高速电子所引起的寄生电子噪音。为提高速度，器件的尺寸进一步缩小，符合对先进封装技术的要求。同时，当光网络的复杂性继续增加，控制发射信号的光处理向下行的电子信息的需求也会增加。

　　成本：与标准的电子产品相同，光电行业更高级别的集成会进一步降低成本，通过把半导体理论体系和制造技术用于光领域，供应商期望继续增加生产和降低生产成本，进一步把光转化为集成化的电路市场模型；这样的话，成本的连续下降会令产品在产生速度、应用、单元体积和市场时机上更好地发展。

　　以上种种驱动力可推动波分复用（DWDM）、光核心/大城市交换机、及边缘路由器的发展，从中取得收益。如今，一个DWDM系统依靠不同的光波长可载80个独立信道或每一个信道传送更多的信息，而每一以长可传送10Gbit/s的数据。然而，随着技术的提高，可载160信道且速率为40Gbit/s技术已经诞生。光核心/大城市交换机和边缘路由器都是光-电－光（OEO）中的基本点和连接点，在这里，光域中作为光子被传送的数据在电子域中需转化为电子才能进行路由、交换、或者其他智能化功能。把通信流量从一个网络转送以另一个网络的光核心/大城市交换机，特别要求把一个大的输入通道分解成多个小的通道，并把每一个小通道转化成进行处理和交换的电子城，然后反过执行这个过程。当光传输速率增加的时候，通信半导体行业也随着能够进行更高处理速度，在设备和结构上作出相应的改革，提升至可处理更高数据速率（40Gbit/s）。相似的变化也发生在光路边缘，分插复用器允许网络运营商增加核心网络流量或者从核心网络取出数据流放入本地网中，但这种设备仍需和以前核心网运行增长速度相兼容。

　　集成化光电电路道路沿几个不同的相关路径是一个自然的技术进步过程，其中之一是半导体处理技术，令性能不断南昌市，而成本和尺寸不断下降，半导体处理也正从硅向硅－锗，铟－磷化物，锂－铌，及其它基本材料与掺染材料相结合的材料演进，而这些材料可支持所需的交换速度。

　　过去铟－磷化物材料一直在光器件领域内占有主导地位，但将来的进步将依赖于混合材料，处理、及系统级别设计结合在一起的能力，这也是为了适当地把IC和光电功能集成和封装在单个的器件中。

　　一个相关的题目是“混合信号技术”，通常是用来描述把模拟和数字电路集成在同一电路板，同时也适用于把光（激光器、光二极管等）和电子（放大器、信号校正仪）线路置于同一电路板上，由诸如杰尔系统制造并推出的集成化模块的OTPO/IC“混合信号”性能是十分可靠的，许多供应商试图把光器件与相关的电子驱动器和线路集成在一起，融合在单个基片上，诸如杰尔系统等许多公司都在努力寻找调制解调器和手机市场推向更高的集成化程度，并朝着单芯片解决方案迈进。长远来看，光电市场将会朝高度集成化的高速网络构件发展。

　　第三种正在进步的演进技术是制造。光产品组装是供应商和OEMS所面对的最难的挑战之一。在电子世界中，连接是用电线来完成的。在光世界中，连接是通过光纤、自由空间、波导来导向的。通过更高程度的集成化器件和少量光纤附件来减少光连接的复杂性是促进整个行业的主要方法。另外，大多数光产品要求手工安装操作，但是众所周知，在半导体行业，迅速提高连贯性和可靠性时，自动化制造和安装操作是降低成本的关键，自动化操作也是取得高容量的基本要素。

　　快速的技术革新，更短的产品循环周期、及日益增加的网络和通信器件的复杂度，都使用户要求光电结合和集成化的电路解决方案。这些集成化的IC/光电解决方案，在推出新的通信设备方面，有减少时间和开发成本的优点。因此，系统设计者和基于光电通信市场取得优势的OEM需要留意四个独立领域内有特长的多才能合作者。电子特长：基于设计和处理都将是未来的关键，因为高速的光网络将继续驱动更高的IC性能要求来克服网络瓶颈。光电特长将继续在下一代产品设计中担当主要作用。不仅新的设备如下一代DWDM将会推动光传输的性能，而且与电子更紧密的集成将会推动下一代设备，并强制散热、功率、尺寸的改良、及费用的减少。只有同时掌握电子和光电性能的制造商才能够推动集成化程度，也只有那些在半导体制造、处理技术、自动化制造设备动力方面都拥有特长的厂商才能结合光和电方面的特长，给OEM和系统设计者提供具有真正效益的下一代模块。

　　最后，当核心和边缘网络越来越向高性能网络转化时，通信系统知识将是设计连接以太网、ATM、IP、SONET、Fiber Channel基础设施产品和其他推动下一代通信系统应用于接入、大城市、及广域网方面技术的关键。

摘自《光电产品世界》2001.11

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