Aufbau optische Transceiver

Bestandteile eines optischen Moduls

Als grundlegende Komponente in optischen Kommunikationsnetzen dienen optische Sende- und Empfangsgeräte als Medien zwischen verschiedenen Gerätetypen, um Daten zu empfangen und zu übertragen. In diesem Artikel werden die charakteristischen Komponenten vorgestellt, die normalerweise in optischen Transceivern verborgen liegen.

Komponenten optischer Transceiver

Transceiver lassen sich in zwei grundlegende Bestandteile unterteilen: optoelektronische Bauelemente und das PCBA.

Optoelektronische Bauelemente

Die optoelektronischen Bauelemente gelten als Kernkomponenten von Transceivern. Für verschiedene optische Transceiver-Anwendungen werden unterschiedliche Arten von optoelektronischen Bauteilen verwendet.

Die beiden am weitesten verbreiteten Typen optoelektronischer Bauelemente sind Transmitter Optical Sub Assembly (TOSA) und Receiver Optical Sub Assembly (ROSA). Eine Kombination dieser Bauelemente wird in Allzweck-Transceivern verwendet. Nachfolgend erfahren Sie etwas über die Funktionsweise von TOSA und ROSA sowie BiDi-Transceiver.

TOSA

TOSA ist die Komponente innerhalb des Transceivers, die dafür verantwortlich ist, das elektrische Signal in ein optisches Signal umzuwandeln und es dann über den angeschlossenen Lichtwellenleiterstrang zu übertragen. Sie besteht aus einer Lichtquelle (Laserdiode oder lichtemittierende Diode), einer Überwachungsphotodiode sowie einer optischen und elektrischen Schnittstelle. Je nach Anwendung des optischen Moduls oder der Übertragungsdistanz können auch zusätzliche Komponenten wie ein Filterelement mit dem TOSA verwendet werden.

Heutzutage wird in optischen Modulen bevorzugt eine Laserdiode als Lichtquelle eingesetzt. Im Vergleich zu LEDs verbrauchen Laserdioden weniger Strom, liefern aber eine höhere Leistung mit gleichzeitig höherem Kopplungswirkungsgrad. Wegen ihrer langen Lebensdauer und geringen Kosten werden LEDs jedoch auch heute noch für kurze Entfernungen und Übertragungssysteme mit geringer Geschwindigkeit verwendet.

ROSA

ROSA ist die gegenteilige Komponente im Transceiver, die dafür verantwortlich ist, das von dem TOSA des Transceivers der Gegenseite gesendete optische Signal zu empfangen und wieder in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Dieser besteht aus einer Fotodiode sowie einer optischen und elektrischen Schnittstelle.

Wie auch bei TOSA können in Verbindung mit ROSA abhängig von den Übertragungsanforderungen zusätzliche Filter oder Verstärker verwendet werden. Man unterscheidet zwei Arten von Verstärkern: Vorverstärker und Nachverstärker. Der Vorverstärker wandelt das Stromsignal in ein Spannungssignal um und verstärkt es. Der Nachverstärker hingegen empfängt das verstärkte Signal und gibt ein Signal aus, das für die nachgeschalteten digitalen Schaltungen geeignet ist.

Eine Kombination aus TOSA und ROSA wird in einem optischen Transceiver eingesetzt und stellt dessen Kernelemente dar, die es ihm ermöglichen, Daten zu übertragen und zu empfangen.

BOSA in BiDi Transceiver

TOSA und ROSA sind die zentralen Komponenten in unidirektionalen Transceivern, die auf einem Faserstrang senden und auf dem anderen Faserstrang empfangen. In bidirektionalen Transceivern kommt der sog. Bidirectional Optical Sub Assembly (BOSA) zum Einsatz. Dieser ist eine Kombination aus TOSA, ROSA und einem zusätzlichen WDM-Filter.

Durch den WDM-Filter kann der bidirektionale Transceiver die Wellenlängen in zwei getrennte Wellenlängen aufteilen. Anschließend können die Sende- und Empfangsfunktionen auf einem einzigen Faserstrang ausgeführt werden.

PCBA

Während der Begriff PCB die Leiterplatte an sich beschreibt, meint PCBA (Printed Circuit Board Assembly) im Unterschied dazu die Bestückung der Leiterplatte. Im Bestückungsprozess werden verschiedene elektronische Bauelemente (Baugruppen) auf die Leiterplatte montiert. Das können Widerstände, ICs (Integrated Circuits), Kondensatoren, Transformatoren etc. sein. Die Bestückung erfolgt per SMT, THT oder Chip-on-Board (CoB). Für die mechanische Verbindung auf der Leiterplatte durchläuft die PCB mit den bestückten Komponenten in der Regel einen Reflowlötprozess oder Lötpastendruck.

Bei optischen Transceivern wird die Leiterplatte mit den oben beschriebenen Bauteilen bestückt.

Zusammenfassung

Optische Transceiver bestehen aus verschiedenen Komponenten. Der äußere Mantel schützt die empfindlichen elektronischen und optoelektronischen Komponenten. Unidirektionale Transceiver sind mit einem TOSA – zur Umwandlung eines elektrischen Signals in ein optisches Signal – und einem ROSA – zur Umwandlung eines optischen Signals in ein elektrisches Signal – ausgestattet. In BiDi-Transceivern wird ein BOSA verwendet. Dabei sind alle Komponenten eines optischen Transceivers auf eine PCBA gelötet.