40Gb/s OC-768時鐘信號恢復(fù)技術(shù)

有些CRU的設(shè)計采用了由靈敏的相位探測器和線性度較好的低相位噪聲壓控振蕩器(VCO)構(gòu)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(shè)計難度，而且PLL方法也存在數(shù)據(jù)流恢復(fù)遺失信息所需重獲時間較長的缺點，為此，美國通信技術(shù)公司(CTI)選擇使用高品質(zhì)因數(shù)(Q)的單極介質(zhì)諧振腔濾波器(見圖1)來構(gòu)建其CR-40 OC-768/STM-256 CRU。

大多數(shù)情況下，OC-48(2.488Gb/s)和OC-192(9.953Gb/s)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用的是不歸零(NRZ)格式。在長距離傳輸應(yīng)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(xiàn)象引起的脈沖展寬問題。但對于40Gb/s OC-768傳輸應(yīng)用來說，傾向選用哪種數(shù)據(jù)傳輸格式至今還沒有建立起標準。

與RZ數(shù)據(jù)不同，NRZ數(shù)據(jù)在40Gb/s下沒有一種40Gb/s的元件相對應(yīng)。40Gb/s NRZ數(shù)據(jù)的時鐘恢復(fù)需要在CRU的前端設(shè)置一個非線性元件。在OC-192速率下，這種功能一般是靠采用XOR門以數(shù)字的方式實現(xiàn)的，其兩路輸入中的一路略帶延遲，或通過觸發(fā)器工作于上升及下降沿來實現(xiàn)。由于目前還沒有能工作于40Gb/s數(shù)據(jù)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效應(yīng)管的倍增器電路。高Q值介質(zhì)諧振腔濾波器，其帶通響應(yīng)以時鐘頻率為中心，抑制不需要的頻率，留下低抖動的時鐘信號。

濾波器的Q值應(yīng)足夠高，以便在長時間不進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時，時鐘信號能保持連續(xù)“反應(yīng)(ringing)”狀態(tài)而沒有過多的幅度衰減及相位漂移。濾波器的帶寬應(yīng)足夠小，以使抖動保持最低。插入損耗也要很低以減少把時鐘信號電壓升至使用電平所需的放大器級數(shù)。濾波器的群時延對溫度的感應(yīng)變化應(yīng)保持最小，以使時鐘相位在所有工作環(huán)境中都保持穩(wěn)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(yīng)用所要求的對寄生信號的抑制性能應(yīng)好于35dB。由于40Gb/s NRZ數(shù)據(jù)流的大部分能量集中在DC到35GHz的范圍，因此濾波器應(yīng)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(shè)計的腔體內(nèi))的混合電磁模來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，等效抖動轉(zhuǎn)移帶寬小于12MHz，產(chǎn)生的抖動小于15-mUI均方根(RMS)。比較而言，濾波器的負載Q值在1000或以下時，雖然也能恢復(fù)適當干凈的時鐘信號，但無位轉(zhuǎn)換時間超過幾個100b周期時，輸出時鐘信號將無法保持。而濾波器的Q值大于3000時，雖然抖動性能會變得極好，但超高的溫度敏感性會造成不利影響。CTI將Q值優(yōu)化在大約2000，取得了抖動性能與頻率的溫度穩(wěn)定性間的最佳平衡。在0到+70℃的溫度范圍內(nèi)，濾波器的中心頻率漂移小于3MHz。

器件模塊的數(shù)據(jù)輸入部分得到了精心設(shè)計。這一端口的回波損耗性能必須能夠?qū)ι仙龝r間為數(shù)皮秒的數(shù)據(jù)信號進行支持，同時沒有太大的波形失真。CR-40單元可以對峰-峰電壓為100mV的低輸入數(shù)據(jù)電平進行處理，同時還具有+1VDC的峰-峰恒定時鐘電壓。

CR-40可從+10VDC電源獲取大約150mA的DC電流。對于231-1偽隨機二進制序列輸入格式，在100mV的最小輸入數(shù)據(jù)電平下，單元器件可實現(xiàn)+1VDC峰-峰電壓的時鐘頻率輸出。產(chǎn)生的抖動一般小于15mUI RMS，抖動轉(zhuǎn)移帶寬小于12MHz。39.813GHz恢復(fù)時鐘信號的典型相噪為-74dBc/Hz，相對于載波的偏移量為10kHz。

時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。