Linearverstärker mit Bias-Tee PAM4 bei 140 Gbaud soll Verluste im Testpfad ausgleichen

Anritsu stellt mit dem AH15203A/B einen Linearverstärker für die Charakterisierung optischer Hochgeschwindigkeitskomponenten vor. Für den AH15203A gibt der Hersteller eine Unterstützung von PAM4-Signalen mit bis zu 140 Gbaud sowie einen Frequenzbereich von 200 kHz bis 125 GHz bei –6 dB an. Das integrierte Bias-Tee kann dem HF-Signal eine Bias-Spannung von bis zu 5 V überlagern.

Mit steigenden Datenraten werden auch die elektrischen Testpfade in der optischen Kommunikation anspruchsvoller. Kabel, Steckverbinder, Testadapter und Leiterplatten verursachen frequenzabhängige Verluste und Reflexionen. Bei PAM4-Signalen mit hohen Symbolraten können diese Effekte die Messung eines optischen Modulators stärker beeinflussen als das zu untersuchende Bauteil selbst.

Anritsu stellt mit dem AH15203A/B einen breitbandigen Linearverstärker für die Charakterisierung optischer Komponenten vor. Der Linearverstärker soll PAM4-Signale mit bis zu 140 Gbaud verstärken und optische Bauteile wie Modulatoren ansteuern. Anritsu gibt eine maximale lineare Ausgangsamplitude von 2,0 V_pp an. Die technische Produktinformation nennt außerdem eine Kleinsignalverstärkung von 15,0 dB bei 1 GHz.

Bandbreite von 125 GHz soll Verluste ausgleichen

Für den AH15203A/B spezifiziert Anritsu einen Frequenzbereich von 200 kHz bis 125 GHz. Die obere Grenze ist als –6-dB-Bandbreite angegeben. Das bedeutet, dass der Ausgangspegel bei 125 GHz gegenüber dem Bezugswert bereits um 6 dB abgesunken ist. Die Angabe beschreibt daher nicht eine über den gesamten Frequenzbereich konstante Verstärkung.

Die Bandbreite soll im Messaufbau helfen, Verluste im elektrischen Signalpfad auszugleichen. Bei einem 140-Gbaud-PAM4-Signal liegen die relevanten Spektralanteile nicht gleichmäßig bis 125 GHz ausgedehnt. Für die Signalform sind neben der Bandbreite auch Gruppenlaufzeit, Amplitudenlinearität, Überschwingen, Reflexionen und die Eigenschaften der angeschlossenen Komponenten entscheidend.

Aus der Bandbreitenangabe des Herstellers allein lässt sich noch nicht ableiten, wie gut der Verstärker ein reales 140-Gbaud-PAM4-Signal überträgt. Dafür wären unter anderem Angaben zu S-Parametern, Gruppenlaufzeit, Rückflussdämpfung, Linearität und Kompression erforderlich. Die Verstärkung gibt Anritsu mit 15,0 dB an.

Vier Pegel für zwei Bits pro Symbol

PAM4 verwendet vier Amplitudenstufen und codiert damit zwei Bits pro Symbol. Ein Signal mit 140 Gbaud entspricht theoretisch einer Rohdatenrate von 280 GBit/s. Die Angabe ist nicht mit der Nutzdatenrate einer Ethernet-Verbindung gleichzusetzen. Vorwärtsfehlerkorrektur, Protokolloverhead und die konkrete Übertragungsarchitektur reduzieren die tatsächlich verfügbare Datenrate.

Die vier Pegel liegen zudem enger beieinander als bei einer binären Übertragung. Rauschen, Jitter und Nichtlinearitäten können deshalb die Augenöffnung des Signals verringern und die Entscheidung zwischen den Pegeln erschweren. Ein Linearverstärker im Testpfad muss deshalb nicht nur genügend Spannung liefern, sondern das Signal möglichst ohne zusätzliche Verzerrungen übertragen. Für das Modell gibt Anritsu eine Anstiegs- und Abfallzeit von 5 ps an, die sich auf den Bereich von 20 bis 80 Prozent bezieht.

Bias-Tee kombiniert HF- und Gleichspannungsanteil

Eine wesentliche Ergänzung des AH15203A/B ist das integrierte Bias-Tee. Es kann dem Hochfrequenzsignal laut Anritsu eine Bias-Spannung von bis zu 5 V überlagern. Damit lassen sich das schnelle PAM4-Signal und ein Gleichspannungsanteil über einen gemeinsamen Signalpfad an ein optisches Bauteil führen. Ein solcher Aufbau ist beispielsweise bei Modulatoren relevant, die neben dem Datensignal einen definierten Gleichspannungsarbeitspunkt benötigen.

Das integrierte Bias-Tee kann den Testaufbau vereinfachen, weil externe HF- und DC-Koppelelemente unter Umständen entfallen. Für die Eignung mit einem konkreten Modulator sind jedoch weitere Parameter erforderlich. Dazu zählen insbesondere der maximal zulässige Bias-Strom, die zulässige DC-Leistung, die Eingangsimpedanz des Modulators sowie die Kombination aus Gleich- und HF-Signal. Das Datenblatt nennt eine maximale lineare Ausgangsamplitude von 2,0 V_pp.

Jitter und Leistungsaufnahme

Den Jitter spezifiziert Anritsu in der technischen Produktinformation mit 300 fs typisch und 500 fs maximal. Die Leistungsaufnahme liegt laut Hersteller bei höchstens 1,5 W. Für den Betrieb ist eine separate Stromversorgung mit der Bezeichnung AH15203A-01 vorgesehen.

Anwendungen sind beispielsweise die Charakterisierung optischer Modulatoren für künftige 800-GbE- und 1,6-TbE-Systeme. Dazu gehören Komponenten für IM-DD-Verbindungen und für digitale kohärente Übertragung. Bei IM-DD-Systemen wird die Information über die Lichtintensität übertragen und am Empfänger direkt detektiert. Kohärente Systeme werten zusätzlich Phase und Polarisation des optischen Signals aus.

Der AH15203A/B ist kein vollständiger optischer Sender, sondern ein elektrisches Ansteuer- und Testelement. Er soll ein schnelles Signal aus einem DSP oder einer anderen Signalquelle verstärken und dem zu charakterisierenden elektrooptischen Bauteil zuführen. (heh)

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