В эпоху, когда информация распространяется со скоростью света, оптические модули, как «мост» сетевых коммуникаций, выполняют важную задачу преобразования электрических и оптических сигналов, позволяя быстро передавать данные по оптоволокну. За стабильной работой оптических модулей стоит «невидимый страж» — технология Clock Data Recovery (CDR). Хотя она нечасто упоминается общественностью, она играет жизненно важную роль в области оптических коммуникаций. Сегодня давайте раскроем тайну CDR и посмотрим, как она обеспечивает точную передачу данных.

Что такое восстановление данных часов (CDR)?

Восстановление тактовой частоты и данных (CDR) имеет две основные задачи: восстановление тактового сигнала и восстановление сигнала данных. В оптической системе связи передатчик кодирует сигнал данных и тактовый сигнал вместе и отправляет их. Однако при передаче на большие расстояния сигнал будет искажаться и ослабляться из-за таких факторов, как потери в волокне, дисперсия и внешние шумовые помехи, а тактовый сигнал и сигнал данных станут нечеткими.

Технология CDR подобна искусному «восстановителю». Она может отделить и восстановить исходный тактовый сигнал и сигнал данных из полученного искаженного сигнала. Тактовый сигнал обеспечивает временную привязку для считывания и обработки данных, как метроном в группе, позволяя передаче и обработке данных происходить упорядоченным образом; сигнал данных несет фактическую информацию, которую нам нужно передать, например, содержимое веб-страницы, видео, файлы и т. д. Только путем точного восстановления этих двух сигналов мы можем гарантировать, что принимающая сторона точно восстановит данные отправляющей стороны и добиться эффективной и надежной связи.

Как работает CDR

Принцип работы CDR включает в себя множество сложных и деликатных связей и в основном реализуется с помощью ключевых технологий, таких как фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ) и выборка данных.

Во-первых, после того, как полученный сигнал поступает в схему CDR, начинает работать фазовая автоподстройка частоты. Фазовая автоподстройка частоты состоит из трех основных частей: фазового детектора (PD), петлевого фильтра (LF) и генератора, управляемого напряжением (VCO). Фазовый детектор отвечает за сравнение разности фаз между компонентом синхронизации во входном сигнале и выходным сигналом синхронизации генератора, управляемого напряжением, и преобразование этой разности фаз в сигнал напряжения. Петлевой фильтр фильтрует сигнал напряжения, чтобы удалить высокочастотный шум и получить плавное управляющее напряжение. Генератор, управляемый напряжением, регулирует собственную частоту колебаний и фазу в соответствии с этим управляющим напряжением, так что он постепенно синхронизируется с компонентом синхронизации во входном сигнале. Благодаря непрерывному сравнению и настройке фазовая автоподстройка частоты в конечном итоге блокирует тактовую частоту и фазу входного сигнала и восстанавливает точный тактовый сигнал.

После восстановления тактового сигнала входной сигнал данных дискретизируется с использованием этого точного тактового сигнала в качестве тактового сигнала выборки. Дискретизация в оптимальное время выборки сигнала данных позволяет минимизировать частоту ошибок битов, вызванных искажением сигнала, тем самым восстанавливая исходный сигнал данных и завершая весь процесс восстановления тактовых данных.

Важность CDR в оптических модулях

В практическом применении оптических модулей важность технологии CDR очевидна. С ростом сценариев высокоскоростной связи, таких как 5G и центры обработки данных, скорости передачи данных становятся все выше и выше, от 10G и 25G до сегодняшних 100G, 400G и даже выше. В такой высокоскоростной среде передачи даже небольшое искажение сигнала может привести к большому количеству ошибок данных, серьезно влияя на качество связи.

Технология CDR может эффективно преодолеть проблему целостности сигнала при высокоскоростной передаче, гарантируя, что оптический модуль всегда будет поддерживать стабильную и надежную работу при высокоскоростной передаче данных на большие расстояния. Она не только повышает точность передачи данных и снижает частоту ошибок по битам, но и повышает адаптивность оптического модуля к различным средам передачи и качеству сигнала, позволяя оптическому модулю нормально работать в сложных и меняющихся сетевых средах, обеспечивая надежную техническую поддержку для требований к низкой задержке и высокой пропускной способности сетей 5G и быстрого обмена большими объемами данных в центрах обработки данных.

Тенденция развития технологии CDR

С непрерывным развитием оптических коммуникационных технологий к технологии CDR также предъявляются более высокие требования. В будущем технология CDR будет развиваться в направлении более высокой скорости, меньшего энергопотребления и меньших размеров. С одной стороны, для того, чтобы удовлетворить растущий спрос на сверхскоростную передачу данных, CDR должна иметь возможность обрабатывать высокоскоростные сигналы и непрерывно преодолевать существующее узкое место скорости; с другой стороны, в крупномасштабных сценариях применения, таких как центры обработки данных, снижение энергопотребления стало ключевым требованием, и новая маломощная технология CDR поможет снизить энергопотребление и эксплуатационные расходы оборудования. В то же время, поскольку интеграция оптических модулей становится все выше и выше, схемы CDR также должны быть дополнительно уменьшены в размерах, чтобы адаптироваться к более компактным требованиям к конструкции. Кроме того, ожидается, что технологии искусственного интеллекта и машинного обучения также будут интегрированы в область CDR, оптимизируя производительность CDR с помощью интеллектуальных алгоритмов, чтобы она могла быстрее и точнее реагировать на сложные и изменяющиеся сигнальные среды.

Как одна из основных технологий для стабильной работы оптических модулей, технология восстановления данных часов (CDR) играет незаменимую роль в области оптической связи. Она как молчаливый герой за кулисами, охраняющий точную передачу данных точными «руками» и создающий для нас эффективную и стабильную сеть связи. Благодаря постоянным инновациям и развитию технологий CDR будет продолжать совершенствоваться и привносить больше возможностей в отрасль оптической связи.