본 논문은 멀티 채널의 어레이 집적 모듈을 갖는 광트랜시버를 위한 2.5 Gbps 어레이 VCSEL driver의 설계 및 구현에 관한 것이다. 본 논문에서는 광트랜시버에 적용된 1550 nm high speed VCSEL을 드라이브하기 위하여 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정 기술을 이용하여 자동 광전력제어 기능을 갖는 2.5 Gbps VCSEL (수직 공진기 표면 방출 레이저) 드라이버 어레이를 구현하였다. 광트랜스미터의 폭넓은 대역폭 향상을 위해 2.5 Gbps VCSEL Driver에 네가티브 용량성 보상을 갖는 능동 궤환 증폭기 회로를 채용한 결과 기존 토폴로지에 비해 대역폭, 전압 이득 및 동작 안정성의 뚜렷한 향상을 보였다. 4채널 칩은 최대 변조 및 바이어스 전류하에서 1.8V/3.3V 공급에서 140 mW의 DC 전력만 소모하고, 다이 면적은 기존 본딩 패드를 포함하여 $850{\mu}m{\times}1,690{\mu}m$를 갖는다.
본 논문에서는 이더넷 광 네트워크 구현을 위한 핵심 부품인 1.25 Gbps 광전 트라이플렉스 트랜시버 모듈(Opto-electric triplex transceiver module)의 동작성능 안정화를 위하여 모듈내에서 발생되는 전기적 혼신을 해석 및 측정하였으며, 혼신 감소를 위한 가상접지선(Dummy ground line)이 포함된 신호선 구조를 제안하였다. 광전 트라이플렉스 트랜시버 모듈은 전기신호를 광신호로 바꾸어 전송하는 송신부(Laser diode), 디지털 변조되어 입력된 광신호를 전기신호로 변환하는 디지털 수신부 (Digital photodetector)와 고해상도의 CATV (Community antenna or access television) 신호를 수신하는 아날로그 수신부 (Analog photodetector)가 실리콘 기판(Silicon substrate) 상에 하이브리드 집적되어 구성된다. 디지털 수신부와 아날로그 수신부의 수신감도는 각각 BER(Bit error rate) : $10^-{12}$에서 -24 dBm과 44 dB의 신호대잡음비(Signal-to-noise ratio, SNR)에서 -7.7 dBm을 만족해야하므로 모듈 내의 전기적 혼신은 DC에서 3 GHz까지 - 86 dB이하로 유지되어야한다. 전기적 혼신의 해석 및 측정 결과, 실리콘 기판상의 광원과 디지털 광검출기, 디지털 광검출기와 아날로그 광검출기 사이의 거리를 4 mm 이상 확보하며, 가상접지선을 디지털 광검출기와 아날로그 광검출기의 신호선과 $100\;{\mu}m$ 간격으로 설치하였을 경우, -86 dB 이하의 전기적 혼신 레벨을 만족할 수 있음을 확인하였다. 본 논문에서 제안한 가상접지선을 사용하는 방법은 실리콘 기판상에 신호선을 형성할 때 동시에 형성할 수 있으므로 별도의 추가비용 없이 구현할 수 있으며, 단순히 광원 및 광 검출기의 사이간격을 충분히 확보하는 방법에 비하여 실리콘 기판의 크기를 감소시켜 최종 모듈의 크기를 약 $50\%$ 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 논문에서는 광통신용 광모듈 송수신부에 내장하기 위한 155.52 Mbps 단일 칩 및 2 칩에 의한 트랜시버 ASIC을 설계 제작한 다음 전기적 특성을 서로 비교 분석하였다. 단일 칩에서는 트랜스미터와 리시버를 하나의 실리콘 기판에 집적하여 트랜시버를 구현하기 위하여 잡음 및 상호 간섭 현상을 방지하기 위한 배치 상의 소자 격리 방법뿐만 아니라, 전원분리, 가드링, 격리장벽 등을 레이아웃 설계에 적용하였다. 각각의 칩을 사용하여 제작된 두 종류의 광모듈 특성을 서로 비교해 본 결과 단일 칩의 특성도 2 칩 버전에 비해 잡음 발생을 비롯한 전기적 특성 면에서 크게 손색이 없음을 확인할 수 있었다.
TO-can 레이저 다이오드를 사용한 광송수신기 모듈의 주파수 대역의 특성을 관찰하였다. 레이저 다이오드의 등가회로를 추출하기 위한 R-L-C변수는 임피던스 분석기를 이용하였다. 칩콘덴서를 사용하여 패키지내의 도선에 의한 인덕턴스 성분과의 임피던스 정합을 시도하였으나 저주파수 대역에서 공진으로 인한 경사가 발견되었다. 표면실장 형으로 소자를 구성하여 사용함으로써 공진주파수를 이동시켜 원하는 주파수 대역에서 공진 경사를 제거할 수 있었다.
본 논문에서는 광원이 불필요하며 단일 광섬유를 통하여 양방향 전송이 가능한 base station용 광송수신기 모듈을 제안하였다. 제안한 시스템에서는 써큘레이터와 Mach-Zehnder 변조기로 구성된 ring-type의 base station에서 central office로부터 하향 전송된 광신호의 일부를 재사용하여 상향신호 전송에 사용한다. 시스템의 성능을 평가하기 위해서 IS-95 CDMA 신호 전송을 통한 ACPR 특성과 14개의 캐리어 신호 전송을 통한 CNR을 측정하였다.
본 논문에서는 $0.35{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 2.5 Gbps로 동작하는 광 송수신기를 설계하였다. 광 송수신기의 구성을 보자면, 전기 신호를 빛 신호로 전환하여 주는 레이저 다이오드(LD) 구동부와 레이저 다이오드에서 나오는 빛 신호를 수신하여 이를 다시 전기 신호로 바꿔주는 포토 다이오드(PD) 구동 부분으로 구성된다. LD 구동부는 LD의 문턱전류 이상을 공급하는 바이어스 부분과 신호레벨의 모듈레이션 전류를 공급하는 부분으로 구성된다. 디자인된 송신기는 바이어스 전류를 10 mA 정도 공급하여주며, 모듈레이션 전류를 15 mA 정도 공급한다. 수신기는 current decision 부분과 output buffer 부분으로 구성되어 PD로부터 나오는 전류를 다시 디지털 레벨의 전압신호로 바꾸어 주며 디자인된 수신기는 넓은 동작 영역을 가진다.
In this paper, we designed, constructed and evaluated the system for the FTTH suited to a residence and apartment using CWDM-PON techniques. These systems have capacity to service at 100Mbps rate to 384 users in the same breath. Also, the services include the internet, CATV, IPTV and wireless LAN. In the case of wire network, the data could be transmitted by UTP cable and optical fiber and case of wireless one, the data transmitted using WLAN. The distance between the cental office and the user is 20km and the data rate is 100Mbps maximum. Of course, the optical network used just one fiber optical core. For the basic material, we obtained the characteristics of optical transceiver module, Mux/Demux and transmission qualities depends on the environment.
The wide-band spiral inductor to be monolithically integrated on the AlN substrate as a choking inductor for a compact 10 Gb/s optical transmitter applications is investigated. In order to reduce the parasitic capacitance limiting the choking bandwidth, the AlN substrate is partially etched away, which is analyzed by using an equivalent circuit model. The measured $S_{21}$ transmission response of the fabricated inductor is suppressed as low as -10 dB in the frequency range of 5 to 16 GHz.
최근 유무선 데이터 트래픽 증가에 따른 추가 설비 비용 등의 증대는 수익성이 정체된 통신 산업체에 부담을 가중시키고 있다. 폭증하는 신규 서비스 대응과 산업체의 수익성을 동시에 확보하기 위해서 기존 망자원의 효율화 증대 및 고성능화하기 위한 방안으로 Optical SDN 시스템 및 부품 기술경쟁이 심화되고 있다. 본고에서는 이러한 요구 사항을 해결하고 국내 광네트워크 산업의 재도약을 위한 광부품 기술개발로써, 미래부 주관 차세 대통신 네트워크 산업 원천기술개발 사업인 'Optical SDN 구현을 위한 Metro용 Port-agnostic 광송수신 기술 개발'에 대한 기술을 소개하고 과제의 주요 연구 목표 및 내용인 100G coherent 광송수신 기술, 핵심 요소 부품기술에 대하여 소개함으로써, 향후 과제에서 개발 진행 중인 기술과 연계된 국내 광부품 산업체들이 고려해야할 주요 글로벌 기술 이슈 사항들과 본 과제에서 중점적으로 수행중인 내용을 간략히 소개하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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