XGPON BOSA光器件眼图分析及测试

四川九洲电器集团有限责任公司 段沽坪

四川长虹网络科技有限责任公司 汪滨波 向洪元

本文分析探讨了插针XGPON BOSA封装方式和柔板软封装的各自不同点和优缺点，提出PCB Layout等长补偿改善插针XGPON BOSA封装方式眼图质量和接收灵敏度的可行性；通过硬件测试验证结果表明论文提出的PCB Layout等长补偿确实可以较大幅度改善XGPON ONU眼图质量，并提高ONU接收灵敏度。

光通信技术的不断发展，PON（无源光网络）接入技术趋向于大带宽、大分光比及长距离的发展方向，GPON正在向XGPON平滑演进。目前使用的10G PON光模块，大都采用SFP+或者XFP的封装，金属外壳散热效果不佳，需要固定座高成本，不利于大批量推广使用。因此XGPON BOB（BOSA ON BOARD）技术是商用的关键技术之一，目前备受关注。

但是BOSA封装的选择对于XGPON的性能有着决定性影响。XGPON BOSA封装主要有插针封装和柔板贴片软封装，插针封装需要对器件进行引脚成型，易于安装和批量生产，但是性能弱于柔板封装且不能满足商用指标要求。柔板软封装性能好能够满足商用指标要求，但生产焊接工艺要求高，生产良率和效率低。鉴于以上一些问题，有必要进一步对XGPON BOSA插针封装和柔板贴片软封装进行深入探讨研究，为XGPON ONU的高效高性能生产做铺垫。

1 XGPON BOSA封装分析

BOSA与PCB板采用直插式装配设计，并对装配后的各引脚进行焊接和剪脚处理，实现DIP直插式封装，不仅简化了生产工艺，降低了生产难度，而且产品的良品率得到大大提升。此外，采用插式封装结构不但可使XGPON BOSA向小型化发展，而且可以达到普通GPON产品一样高的生产效率，降低产品的生产成本。

XGPON上行速率2.48832Gbit/s，下行速率9.95328Gbit/s，在上下行高速率信号下，BOSA的发射端LD+与LD-插针长短不一致，导致LD+/LD-上高速信号有时延，插针XGPON BOSA引脚成型如图1所示。因为PCB上激光器发射端引脚LD+/LD-走线长度相同，而BOSA成型后的LD+/LD-引脚长度不相同，就导致发射端LD+/LD-信号线总长度不一致。在高速率型号下信号线长短不一致不等长就会导致信号有延时。

同时，插针封装容易导致发射端阻抗失真，不能保持发射端LD+/LD-信号线50Ω阻抗要求。柔板软封装XGPON BOSA采用的是差分柔板走线，则可以避免上述时延和阻抗不匹配的两种问题。所以，BOSA为插针封装的ONU在眼图上必然要比柔板软封装的ONU差很多。1GPON ONU因为其速率不高，上行速率1.244Gbit/s，下行速率2.488Gbit/s，所以在激光器的发射端不需要要求LD+/LD-等长和满足阻抗要求。

鉴于上述问题，插针XGPON BOSA引脚成型后的LD+与LD-插针长短不一致可以尝试通过在PCB上对LD+/LD-线路的Layout走线长度进行等长补偿。只需要测量出插针BOSA成型剪脚后LD+与LD-两支引脚的长短差距，就可以知道PCB Layout需要补偿的长度，这个差距值就是PCB Layout走线需要补偿的数据值。理论上可以通过上述等长补偿来降低高速率信号因为传输路径的长度不一致导致的延时。注意BOSA成型应当引脚尽量短，剪脚尽量齐整，以此来降低DIP插针封装的阻抗不匹配问题带来的眼图影响。

2 实验样机对比测试

2.1 测试方案

采用XGPON ONU两种样机进行实验测试，分别验证两种样机的眼图质量和接收灵敏度：1号样机对应无等长补偿的插针XGPON BOSA，如图1所示，左边是无补偿的PCB Layout，右边是对应的电路板实物BOB部分截图；2号样机对应LD+/LD-经过PCB等长补偿的插针XGPON BOSA，如图2所示，图2左边对LD+/LD-经过PCB等长补偿的PCB Layout，右边是对应的电路板实物BOB部分截图。

2.2 眼图和灵敏度测试结果

插针XGPON BOSA引脚成型，如图1所示，因为BOSA的发射端LD+与LD-插针长短不一致，导致LD+/LD-上高速信号有时延，需要在PCB上进对LD+/LD-信号线进行等长补偿，补偿值经测试为150mil，补偿后的PCB Layout如图2所示。因为LD+/LD-引脚之间是插针形式，阻抗无法匹配到50Ω，会导致信号眼图失调。经过安捷伦示波器DCA-X 86100D测试，1号和2号XGPON ONU样机的眼图分别如图3和图4所示。

图1 插针BOSA Layout和实物电路板

图2 等长补偿的BOSA Layout和实物电路板

图3 1号样机眼图

图4 2号样机眼图

如图3所示，1号样机电路板眼图数据显示眼图margin余量不超过7%，眼图高/低电平线粗、有双眼皮，上/下降沿超标，眼图随机抖动Rjms超过14ps以上。如图4所示，2号样机电路板眼图数据显示眼图margin余量约为18%，眼图高/低电平清晰，但是上升沿有双眼皮，眼图随机抖动Rjms为10-12ps左右。两台样机眼图数据显示插针封装的BOSA眼图比较差，而经过等长补偿的2号样机眼图数据比1号样机要好，有比较大的改善，眼图margin余量有明显的的改善，眼图质量有较大提升。

针对两台样机的眼图差异，分别验证两台样机的灵敏度，可以使用思博伦Spirent TestCenter专用网络数据分析仪器进行测试检测。经测试1号样机在OLT下行光-20dbm以下会出现下行丢包，1号样机的灵敏度基本为-20dbm左右；2号样机在OLT下行光-28dbm以下会出现下行OLT侧个别丢包，2号样机的灵敏度基本为-28dbm左右。经过等长补偿的2号样机灵敏度要比1号样机好，在灵敏度上有比较大的改善，经过印制线等长补偿的2号样机基本能满足商用要求。

结论：经过对2种XGPON BOSA封装的ONU机器进行眼图和灵敏度验证测试，得出如下结论：经过PCB Layout等长补偿确实可以较大幅度改善XGPON ONU眼图质量，提高机器接收灵敏度。

ONU眼图影响因素有很多，通过补偿等长线路减少时延以及插针封装的剪脚尽量短且平整降低阻抗匹配的失调，这些只是其中一些优化手段和技巧，插针封装的XGPON BOSA商用生产之路还有待于进一步探讨改进和完善。