PLC スプリッターと FBT スプリッター: データシートを超えた本当のエンジニアリングの違い

FBT と PLC スプリッタの製造方法 - とそれが重要な理由

FBT スプリッタと PLC スプリッタの技術的な違いは、任意の機能チェックボックスによるものではありません。これらは、各テクノロジーの製造方法に直接影響されます。製造プロセスを理解することは、データシートに記載されていない条件下での現場の動作を予測する最も信頼できる方法の 1 つです。

FBTの製造プロセス: ファイバー融着とその限界

FBT (Fused Biconical Taper) スプリッターは、2 本以上の裸の光ファイバーから始まります。保護コーティングが剥がされ、ファイバーが横に並べられるかねじられ、アセンブリがテーパ加工機にクランプされます。--水素炎または CO₂ レーザーは、接触領域を石英ガラスの軟化点に近い約 1,600 ～ 1,700 度 - まで加熱します。加熱中、機械は制御された速度で繊維を縦方向に引き伸ばします。繊維は互いに融合し、対称的な双円錐形を形成します。各端は太く、結合ゾーンでは細いウエストに向かって先細になっています。

1 つのファイバーに入射した光は、ウエスト領域で隣接するファイバーに一時的に結合します。 - と分割比 - を交差する電力の割合は、製造時に設定された 4 つの変数によって決まります。ウエスト径、テーパー長さ、ストレッチ率、ツイスト角度。機械はプル中に出力電力をリアルタイムで監視し、目標比率に達すると停止します。次に、このアセンブリは高温エポキシを使用してガラス毛細管に接着され、その後ステンレス鋼のスリーブに包まれます。

プル{0}}および-モニターの製造の実際的な結果は、物理的に同一の FBT ユニットが 2 つもないということです。生産ロット内では、ウエストの形状がナノメートルスケールで変化し、ポート間の挿入損失の変動が生じ、より高い分割比にカスケードする場合、追加のステージごとにさらに増大します。- 1×2 と 1×4 では、この変動は管理可能です。カスケード接続された 1×2 ステージから構築された 1×8 では、フィールド測定で確認できる 1.5 ～ 2.5 dB のポート-対-の広がりに蓄積されます。

PLC の製造プロセス: フォトリソグラフィー

PLC (平面光波回路) スプリッターは、半導体集積回路の製造に使用されるのと同じ種類のフォトリソグラフィー プロセスを使用して製造されます。ゲルマニウム-ドープまたはリン-ドープされたシリカの薄膜（屈折率が周囲のSiO₂よりわずかに高い）は、火炎加水分解堆積（FHD）または化学蒸着（CVD）を使用してシリコンまたはシリカ基板上に堆積されます。フォトマスクは導波路の形状を定義します。 UV 露光と化学エッチングにより、ガラス層に埋め込まれたチャネル導波路 - 光路が作成されます。

1 つの導波管が 2 つの - に分岐する Y- 分岐点 - は、サブ- ミクロンの精度でフォトマスク レベルで定義されます。 1×32 PLC チップには 31 個の Y- 接合があり、すべては数十個のチップを含む可能性のあるウェーハ上の 1 回のリソグラフィー ステップで同時に製造されます。製造後、ファイバー アレイは UV 硬化接着剤を使用してチップの入力面と出力面に接着され、アセンブリは ABS ハウジング、ラックマウント カセット、またはベア ファイバー形式でパッケージ化されます。{10}

シリカ-オン-構造は、FBT エポキシ接合とは異なり、熱的にも安定しています。導波路のコア、クラッド、基板はすべて、同様の CTE を持つシリカ-系の材料です。熱膨張は構造全体でほぼ一致します。機械的ストレスがかかるエポキシ結合ジョイントはありません。これが、PLC の優れた温度依存損失 (TDL) 仕様の構造上の理由です。-

PLC が FTTH 標準になった理由: 4 つの技術的理由

PLC スプリッタは現在、GPON および XGS-世界中の PON ネットワーク - における新しいスプリッタ設置の大部分を占めており、ほとんどの市場推定によると、新規 FTTH 導入量の年間量の 80% を常に上回っています。この移行はマーケティングによって推進されたものではありません。これは、FBT テクノロジーでは大規模に解決できない 4 つの導入上の影響によって引き起こされました。

ポートの均一性: 単なる仕様ではなく、加入者のエクスペリエンスの問題

GPON アクセス ネットワークでは、共有 OLT ポート上のすべての加入者が光パワー バジェットをめぐって競合します。 1×32 スプリッタが最良のポートに 17.0 dB、最悪のポートに 19.5 dB の損失を与える場合、最悪のポートの加入者は、ファイバ減衰とコネクタ マージンに使用できるリンク バジェットが 2.5 dB 少なくなります。典型的なケーブル損失が発生する 20 km の到達距離では、これらの加入者には基本的に予算が残りません。それらの ONT は感度の限界で動作します。コネクタの汚れやスプライスの劣化が 0.5 dB 増加すると、受信しきい値を完全に下回ります。

ISP NOC は、これを原因不明の加入者品質クラスタ - として認識します。これは、トラブル チケット率が平均より高く、ODN に明らかな障害がなく、OLT からは OTDR トレースがきれいに見える、隣接する家のグループです。--根本原因 - 不均一な分割 - はスプリッターのデータシートに埋もれており、調達時に十分に読んだ人はいません。

共有パラメータ: ファイバ減衰=15 km × 0.35=5.25 dB コネクタ損失=4 コネクタ × 0.3=1.20 dB 接続損失=8 スプライス × 0.07 =0.56 dB 小計 (共有)=7.01 dB 加入者 A (最良のポート - PLC 1×32): スプリッタ IL=17.0 dB 合計リンク損失=24.01 dB ← 3.99 dB マージン vs . 28 dB バジェット ✓加入者 B (最悪のポート - カスケード FBT 1×32): スプリッタ IL=19.5 dB (均一性偏差) 総リンク損失=26.51 dB ← マージンは 1.49 dB のみ残っています ⚠ 1 つのダーティ コネクタ → +0.5 dB=27.01 dB - マージンが極めて薄い

波長依存性: 多世代 PON に対する FBT の制限-

FBT スプリッターは構造上、波長に敏感です。-エバネッセント結合率は次の関数です。V-パラメータ（正規化周波数）、これは波長に依存します。設計波長では、結合が最適化されます。異なる波長 -、たとえば 200 nm 離れた - では、結合比がシフトし、挿入損失が増加します。標準的な FBT 製造ユニットは、1310 nm、1490 nm、および 1550 nm 用に最適化されています。 1270 nm (XGS-PON アップストリーム) または 1577 nm (XGS-PON ダウンストリーム) については指定されていません。

これは、GPON-から-XGS-PON へのアップグレードを計画しているネットワーク、または加入者の移行中に既存の GPON ONU を維持しながら XGS-PON を今すぐ展開するネットワークにとって重要です。の波長共存シナリオこの場合、スプリッタは 1270、1310、1490、1550、および 1577 nm をすべて低く等しい損失で通過させる必要があります。 PLC スプリッタはこれを変更せずに処理します -。その 1260 ～ 1650 nm のフラットな応答は 5 つの波長すべてをカバーします。この役割の FBT スプリッタは、設計外の波長で損失が増加し、追加のリンク バジェットを消費し、共存が完全に妨げられる可能性があります。{10}

熱挙動: データシートが埋める数値

温度依存損失（TDL）-は、動作温度が測定基準（通常 25 度）から変化するときに挿入損失がどのように変化するかを表します。 FBT と PLC ではメカニズムが根本的に異なります。

FBT スプリッターの場合:カップリング領域を結合しているエポキシは、約 60 ～ 100 ppm/度で膨張します。シリカガラスは 0.55 ppm/度で膨張します。この CTE の不一致は、温度変化が起こるたびにカップリングのウエストに異なる機械的歪みがかかることを意味します。結合比 -、したがって分割比と挿入損失 - は温度とともに変化します。 1×4 での FBT スプリッターの TDL 測定値は、通常、-5 度から +75 度の動作ウィンドウにわたって 0.3 ～ 0.8 dB の範囲になります。 1×8 以上 (カスケード) では、TDL は各ステージにわたって蓄積されます。

PLC スプリッタの場合:導波路、基板、蓋はすべてシリカ-系の材料です。光学構造内の CTE の不一致は無視できます。 -40 度から +85 度にわたる標準 PLC スプリッタの測定 TDL は、光リンク バジェットの観点から、通常 0.02 ～ 0.05 dB - であり、事実上ゼロです。

熱と均一性の比較: 実際の分割比にわたる FBT と PLC。

スケーラビリティと障害リスクの複合化

1×32 FBT 構成を構築するには、メーカーはバイナリ ツリーで複数の 1×2 ステージをカスケード接続する必要があります。1×2 の 5 ステージが 32 個の出力を生成します。各段階では、独自の機械的接合、エポキシ接着、接合点、公差の積み重ねが導入されます。-保守的な故障数-により、31 個の内部 1×2 ユニットにわたるインターフェースに寄与するため、31 個のフォトリソグラフィーで定義された Y- 接合と 2 つのファイバー-対-接合点を備えた PLC チップよりもはるかに独立した故障モードを持つシステムが生成されます。

これが、1×32 以上の FBT スプリッターの MTBF データが同等の PLC ユニットの MTBF データよりも大幅に低い理由です。 Telcordia GR-1221-CORE 認定テスト - は、受動部品を 85 回の熱サイクル、機械的振動、湿熱、湿気調整シーケンスにさらすもので、スプリッター技術の選択を検証するために通信事業者やサードパーティのテスト機関によって使用されています。これらの認定キャンペーンのデータは、1×8 を超えるカスケード FBT アセンブリが、同じテスト条件下で同等の PLC ユニットよりも高い割合で熱サイクル基準を満たさないことを一貫して示しています。

FBT スプリッターが依然として工学的に意味をなす場合

技術的に健全な立場は、「FBT は悪く、PLC は良い」というものではありません。それは、「FBT は特定のシナリオに適したツールであり、PLC は 1×8 以上のその他すべてに適したツールである」です。これらのシナリオを理解することが、エンジニアリングの判断とベンダーのマーケティングを分けるものになります。

監視用の非対称光タップ

FBT の製造では、5/95、10/90、20/80、30/70 の任意の結合比が可能です。 PLC テクノロジーは、デフォルトで等しい-比率分割を生成します - PLC で非対称比率を構築するには、入手可能な専用のチップ設計が必要ですが、より高価です。信号の 90 ～ 95% を通過させながら、OTDR モニターまたは光パワー メーター用にライブ ファイバー リンクからわずかな割合の電力を抽出するモニタリング タップ - が必要なアプリケーションの場合、FBT 1×2 非対称カプラがコスト最適化されたソリューションです。-。

この使用例は、OLT フレームでの OTDR モニタリング ポート、増幅 CATV リンクでのインライン電力モニタリング、保護回路での光スイッチ モニタリングに使用されます。{0}

1550 nmのCATV RFオーバーレイ

GPON+CATV ハイブリッド導入では、波長分割マルチプレクサ (WDM カプラ) を使用して、1550 nm RF アナログ信号がデジタル PON 波長と一緒に PON ファイバに追加されます。 CATV 信号を PON ファイバーに結合する OLT フレームの WDM カプラーは、通常、FBT- ベースのデバイス - です。これは、正確に 2 つの波長ウィンドウに最適化された 1×2 非対称デバイスであるためです。この特定の 1×2 アプリケーションでは、FBT WDMカプラー標準のままです。

従来のネットワーク拡張機能と予算の厳しい 1×2 アプリケーション-

1×2 スプリットが 1 つのドロップ ポイントから 2 つの加入者世帯にサービスを提供し、全体のネットワーク設計が 1310/1550 nm のみで動作する（XGS-PON の移行は計画されていない）、資本予算が非常に厳しい田舎の ISP 導入では、コストの観点から FBT 1×2 が防御可能な選択肢となります。ユニットあたりの節約は実際のものです。- 1×2の分割比での温度リスクは1×32の場合よりも低くなります。また、通信事業者が従来の波長のみを維持するためのしっかりとした文書化された計画を持っている場合、波長制限は適用されません。

FBT アプリケーションの概要

アプリケーション タイプ別のエンジニアリング ベースの推奨事項。{0}屋内の=温度-管理された環境。

データシート比較の隠れた問題

エンジニアが 2 つのスプリッタ データシートを比較するときは、通常、挿入損失（標準値と最大値）、リターン ロス、ポート間のポート均一性、動作温度範囲を比較します。{0}{1}これらの数字はどれも、調達を決定するために実際に知る必要があることを教えてくれません。データシートには記載されていないことは次のとおりです。

テスト波長の罠

FBT スプリッターのデータシートでは、デバイスが最適化される波長である 1310 nm および/または 1550 nm - での挿入損失が指定されています。 1270 nm (XGS-PON アップストリーム) または 1577 nm (XGS- PON ダウンストリーム) で同じデバイスが 0.5 ～ 2.0 dB の追加挿入損失を示す可能性がありますが、これはサプライヤーが測定したことがないため、データシートのどこにも記載されていません。

PLC スプリッタのデータシートでは、1260 ～ 1650 nm 帯域全体にわたる挿入損失を指定する必要があります。信頼できるサプライヤーは、デバイスが全帯域にわたって平坦であることを示すスペクトル応答グラフを提供しています。未確認のサプライヤーは 1310 nm で単一の数値を提供しています。構築から 6 年後に同じ ODN に XGS-PON を導入する場合、その違いは重要になります。

通常と最大 - リンク バジェットを決定する数値はどれですか?

リンク バジェットの計算は、最大挿入損失の仕様であり、標準的なものではありません。標準 IL 17.0 dB、最大 IL 17.7 dB の 1×32 PLC スプリッタ (Telcordia GR-1209-CORE) は 17.7 dB に予算を設定する必要があります。標準値と最大値の間の 0.7 dB の差は、緊密なクラス B+ リンクではわずかではありません。

公開されている比較表の多くは、FBT と PLC の両方の典型的な値のみを示しています。これは、FBT のより広い許容範囲を隠すことで FBT をお世辞にし、保守的に予算を組んだ場合の PLC の利点を過小評価します。

スプリッターの仕様には表れないコネクターの影響

ベア ファイバ PLC スプリッタ チップは、優れた挿入損失を備えています。{0} 8 ペアの SC/APC コネクタがパッケージ化された同じチップには、その損失とコネクタ インターフェイス損失 - が結合ペアごとに通常 0.2 ～ 0.5 dB かかります。 1×32 では、ラックマウント PLC カセットには 33 個のコネクタ インターフェイス (1 つの入力、32 つの出力) が搭載されています。ペアあたり 0.2 dB であっても、これは 6.6 dB のコネクタ バジェット - で、リンク マージン全体のほぼ半分に相当します。

軽減策は、すべてのコネクタ ペアの端面の品質管理です。{0}すべてを要求する工場で終端されたピグテール-そしてパッチコードスプリッター アセンブリの端面は 100% 検査されています-IEC 61300-3-35、挿入損失が 0.3 dB 以下、リターン ロスが 50 dB (APC) 以上が合格基準です。調達 RFQ で端面検査証明書を要求してください-。これは商品サプライヤーの間で標準的な慣行ではないため、明示的に指定する価値があります。

クリーン ルーム テストでは把握できないこと-

スプリッターの工場テストは、校正されたファイバー接続と安定した電源を備えたクリーン ルーム内で 23 ± 2 度で実行されます。現場の条件は次のとおりです。夏には 55 度の屋外キャビネット、隣接する道路交通からの年間 {{4} 回の振動イベント、20% から 95% RH までの湿度サイクル、雨の中で手袋を着用した技術者がコネクタを嵌合します。データシート番号は参照点です。フィールド番号は、その基準からシフトする平均と、大幅に広がる裾を持つ分布です。

実際の意味は、マージン - を適用することです。具体的には、経験豊富な ODN エンジニアが経年劣化や修理のために確保している 3 dB の緊急マージンです。理論上の予算制限の 1 dB 以内で動作するリンクは、長期的に機能するデプロイメントではありません。-これは、試運転に合格し、18 か月後に最初の劣化したコネクタで障害が発生するデプロイメントです。-

安価な PLC スプリッタが屋外キャビネットで失敗する理由

PLC スプリッタ テクノロジは、-40 度から +85 度の動作に対して仕様化されています。すべてのサプライヤーのすべての PLC スプリッターが実際にこれらの制限で仕様内で動作するわけではありません。アーキテクチャは健全です。商品の価格帯での製造管理は、そうでない場合もあります。

PLC と FBT のどちらを選択するか: 意思決定の枠組み

選択プロセスは単一の軸で決定されるものではありません。- 5 つの変数は個別に選択を制約するため、一緒に評価する必要があります。

変数 1 - 分割率

スプリット比率が支配的な変数です。 1×4 未満: 環境条件を考慮すれば、両方のテクノロジーが実行可能です。 1×8 以上の場合: PLC が唯一防御可能なエンジニアリングの選択肢です。 1×32 または 1×64 では、カスケード接続された FBT アセンブリが PLC チップと同等のパフォーマンス、信頼性、または波長カバレージを提供するシナリオはありません。これはコストのトレードオフではありません - 機能の境界です。

変数 2 - デプロイメント環境

動作温度が +70 度を超えるか、-5 度未満になる設置場所 - (大陸性気候における屋外キャビネット、空中クロージャー、台座を含む) - には、分割比に関係なく、PLC が必須の仕様です。 FBT の温度仕様は保守的なマージンではありません。これは、エポキシの CTE の不一致がカップリング比の不安定メカニズムとなる時点での、技術の実際の工学的限界です。これはグレーゾーンではありません。

変数 3 - の将来の波長計画

ODN が 1310/1490/1550 nm 以外の波長を導入する将来のテクノロジーに対応する場合は、PLC が必要です。これには、XGS-PON (1270/1577 nm)、50G PON (1340～1380 nm 範囲)、NG-PON2 (複数の調整可能な波長) が含まれます。 ODN インフラストラクチャの耐用年数が 20- 年であり、XGS- PON がほとんどの地域ですでに主流の導入標準であることを考えると、新しい波長が導入されないという前提は、設計時に明示的にレビューする必要があります。これは安全なデフォルトではありません。

変数 4 - のメンテナンス哲学

迅速な障害分離が重要であるネットワーク-は、加入者によって測定-障害イベントごとの影響-により測定され、OTDR の可視性の理由から、単一ステージの 1×64 PLC よりも分散ステージごとに 1×8 のカスケード PLC を優先する必要があります。- 1 つの 1×8 ステージでの障害は 8 つのサブスクライバに影響しますが、単一の配布ポイントに分離できます。 1 つの 1×64 で障害が発生すると、64 すべてに影響があり、複数のアクセス ポイントからの OTDR 作業が必要になる場合があります。スプリッタ テクノロジの選択は、ODN アーキテクチャの選択と相互作用します。 2 つの決定は一緒に行う必要があります。

変数 5 - の予算境界

PLC スプリッタは、ポート数が少ない場合、FBT よりもユニットあたりのコストが高くなります。 FBT のコスト上の利点は 1×8 以上ではなくなり、PLC のポートあたりのコストは同等かそれ以下になります。- 1×32 および 1×64 の場合、PLC は技術的な利点に加えて、カスケード接続された FBT よりも出力ポートあたりのコストが安くなります。 1×8 を超える FBT の予算の正当性は通常、カスケード アセンブリのコスト、追加のコネクタ、より高い故障率、およびより短い有効耐用年数を考慮せずに、FBT の単価と PLC の単価を比較することに依存します。

START │ §─ スプリット比 1×2 それとも 1×4? │ §─ はい → 非対称比または CATV タップが必要ですか? │ │ §─ YES → FBT (アプリケーション-に適合するユニットを指定) │ │ └─ NO → PLC を優先します。屋内1×2でFBT可 │ lux─ NO (1×8以上) → PLCが必要。フォームファクタの選択: │ §─ 屋外キャビネット / アンテナ → ABS ボックス PLC、IP67、−40/+85 度 │ §─ ラック-マウント CO / ヘッドエンド → ラックマウント カセット PLC │ §─ MDU ビルディング ライザー → ミニ-モジュールまたはブロックレス PLC │ lux─ 高密度データセンター → LGX カセット PLC │ └─ ODN は対応しますXGS-PON、50G PON、または CATV オーバーレイですか? └─ はい → PLC のみ (フル-帯域 1260 ～ 1650 nm が必要)

GPON および XGS{0}}PON ネットワークの PLC スプリッタ フォーム ファクタ

PLC スプリッタは 5 つの主要なフォーム ファクタで利用でき、それぞれが異なる設置環境と密度要件に適しています。チップの物理的性質はすべてのフォーム ファクターで同一です - 選択は純粋にパッケージング、取り付け、および設置を保守するフィールド技術者のアクセス ワークフローに関するものです。

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よくある質問

Q: PLC スプリッターは常に FBT スプリッターより優れていますか?

A: 屋外または可変温度環境で、多世代 PON テクノロジー プランを使用した 1×8 以上の FTTH 加入者分散の場合: はい。-より高い分割比での FBT の技術的制限 -、カスケード障害のリスク、-不均一なポート、温度依存の損失-、および波長の制限 - は、パフォーマンスのわずかな違いではありません。これらはアーキテクチャ上の制約であり、大規模な現場の問題になります。 CATV オーバーレイ用の 1×2 非対称モニタリング タップまたは WDM カプラーの場合、FBT は依然として適切なツールです。

Q: 分割比が低い場合、PLC スプリッタのユニットあたりのコストが FBT よりも高くなるのはなぜですか?

A: PLC の製造には、CVD または FHD 成膜システム、フォトリソグラフィ ステッパー、高精度ファイバー アレイ ボンディング ステーションなど、資本コストの高いウェハ製造装置が必要です。{0}}ウェーハあたりのコストはウェーハあたり数十個のチップにまたがって償却されますが、固定コストにより、数の少ないユニット（1×2、1×4）は単純なテーパー マシンで製造された FBT ユニットよりも高価になります。- 1×8 を超えると、経済性が逆転します。単一の PLC チップがカスケード接続された FBT ユニットのバイナリ ツリーを置き換え、ポートあたりの PLC コストが FBT と同等の構成を下回ります。- 1×32 により、PLC は通常、同等の FBT カスケード アセンブリよりも出力ポートあたりのコストが低くなります。

Q: FBT スプリッターは GPON ネットワークをサポートできますか?

A: はい、ネットワークが 1310/1490/1550 nm でのみ動作する場合、適度な温度の屋内環境での 1×2 および 1×4 分割の場合は可能です。 FBT スプリッタは、同じ ODN 上で XGS- PON (1270/1577 nm) を確実にサポートできず、カスケードなしでは高い分割比 (1×32、1×64) をサポートできないため、信頼性と均一性に関する重大な問題が発生します。ほとんどの GPON オペレータは、特に GPON ODN がアップグレード パスで XGS- PON と共存する必要があるため、ディストリビューション レイヤ分割のために PLC にすでに移行しています-。

Q: 屋外での使用に適したスプリッターのタイプはどれですか?

A: PLC スプリッタ、屋外キャビネット、空中クロージャ、およびペデスタル アプリケーション用。標準的な FBT の動作温度範囲 (-5 度から +75 度) は、大陸性気候での屋外キャビネットの使用には不十分です。エポキシ-結合FBT構造は、この範囲外の温度で測定可能な挿入損失ドリフトを示し、夏の直射日光では屋外キャビネットは定期的に+75度を超えます。 -40 度から +85 度の定格を持つ PLC スプリッター、IP67 密閉 ABS ハウジング、および GR-1221-CORE 認定は、屋外配電アプリケーションの標準仕様です。

Q: PLC スプリッターを購入する際にはどのような認証が必要ですか?

A: 通信{0}}グレードの受動コンポーネントの最小ベースラインは、Telcordia GR-1209-CORE（パフォーマンス要件）および Telcordia GR-1221-CORE（信頼性認定要件）です。データシートの請求だけでなく、サードパーティの認定ラボから認定テスト レポートをリクエストしてください。さらに、屋外に設置されるユニットについては IEC 60529 IP67 定格、およびすべてのコネクタ終端については IEC 61300-3-35 端面検査への準拠が必要です。

Q: 1×32 と 2×32 PLC スプリッタの違いは何ですか?

A: 1×32 スプリッターには 1 つの入力ポートと 32 の出力ポートがあります。 2×32 には 2 つの入力ポートがあり、それぞれが入力段での 3 dB パワー スプリットを通じて 32 個の出力ポートすべてに電力を供給します。 2×32 構成は、2 つの独立した OLT ポートまたは 2 つのファイバー ルートが同じディストリビューション ノード - に電力を供給する必要がある場合に使用され、出力ファイバー数を 2 倍にすることなく冗長性または容量拡張を提供します。 2×32 の挿入損失は、1×32 (入力 1×2 段) よりも約 3.5 dB 高くなります。 2 倍の加入者接続数を提供するわけではありません。