A 40 Gb/s Optical Bus for Optical Backplane Interconnections
A 40 Gb/s Optical Bus for Optical Backplane Interconnections
复制标题
用于光背板互连的 40 Gb/s 光总线
DOI：
10.1109/jlt.2014.2306983
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发表时间：
2014
影响因子：
4.7
通讯作者：
Bamiedakis N
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bamiedakis N
近年来，光学技术在板级互连中的应用受到了极大的关注。 特别是聚合物多模波导，构成了高容量光学背板的一种有前途的技术，因为它们可以成本有效地集成到传统的印刷电路板（PCB）上。本文介绍了第一个光学背板演示的基础上使用PCB集成聚合物多模波导和再生共享总线架构。背板演示器由市售的低成本电子和光子元件形成在传统的FR 4基板上，并包括通过原型再生器单元互连的两个光电（OE）总线模块。该系统通过四个光通道实现连接卡之间的互连，每个光通道以10 Gb/s的速度运行。总线扩展是通过3R再生器单元级联OE总线模块来实现的，因此克服了光学总线拓扑在可连接到总线的卡的最大数量方面的固有限制。详细的设计，制造和组装的不同部分，这个光学总线背板和相关的光学和数据传输特性的研究报告。OE总线模块的光学层包括四通道三卡波导布局，与VCSEL/PD阵列和带状光纤兼容。所有板上光路的插入损耗低于13 dB，通道内串扰低于−29 dB。实验证明，在输入端未对准的情况下，从总线输入端到所有相应总线输出端的信号分布具有鲁棒性，而1 dB输入端对准公差约为±10 μm。OE总线模块的电气层包括1×4 VCSEL和PD阵列的基本驱动电路以及相应的控制和功率调节电路。总线模块的光学层和电气层之间的接口通过简单的OE连接器实现，该连接器能够实现端射式光耦合进出板上聚合物波导。背板演示器在每个光通道上实现了10 Gb/s的无差错（BER < 10）数据传输，因此在任何连接的卡之间实现了40 Gb/s的聚合互连容量。
Optical technologies have received large interest in recent years for use in board-level interconnects. Polymer multimode waveguides in particular, constitute a promising technology for high-capacity optical backplanes as they can be cost-effectively integrated onto conventional printed circuit boards (PCBs). This paper presents the first optical backplane demonstrator based on the use of PCB-integrated polymer multimode waveguides and a regenerative shared bus architecture. The backplane demonstrator is formed with commercially-available low-cost electronic and photonic components onto conventional FR4 substrates and comprises two opto-electronic (OE) bus modules interconnected via a prototype regenerator unit. The system enables interconnection between the connected cards over four optical channels, each operating at 10 Gb/s. Bus extension is achieved by cascading OE bus modules via 3R regenerator units, overcoming therefore the inherent limitation of optical bus topologies in the maximum number of cards that can be connected to the bus. Details of the design, fabrication, and assembly of the different parts of this optical bus backplane are presented and related optical and data transmission characterisation studies are reported. The optical layer of the OE bus modules comprises a four-channel three-card waveguide layout that is compatible with VCSEL/PD arrays and ribbon fibres. All on-board optical paths exhibit insertion losses below 13 dB and intra-channel crosstalk lower than −29 dB. The robustness of the signal distribution from the bus inputs to all respective bus output ports in the presence of input misalignment is demonstrated, while 1 dB input alignment tolerances of approximately ±10 μm are obtained. The electrical layer of the OE bus modules comprises the essential driving circuitry for 1×4 VCSEL and PD arrays and the corresponding control and power regulation circuits. The interface between the optical and electrical layers of the bus modules is achieved with simple OE connectors that enable end-fired optical coupling into and out of the on-board polymer waveguides. The backplane demonstrator achieves error-free (BER < 10) 10 Gb/s data transmission over each optical channel, enabling therefore, an aggregate interconnection capacity of 40 Gb/s between any connected cards.
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