기가비트이더넷용(1000base-lx) 광트랜시버개발 - …...-3-제출문...

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중소기업 기술혁신개발사업 최종보고서

기가비트 이더넷용(1000Base-LX)

광트랜시버 개발

(Gigabit Ethernet 1000Base-LX Optical Transceiver)

년 월 일2003 6 30

주 관 기 업 주 테라디안( )

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별지 제 호 서식[ 5 ]

중소기업 기술혁신개발사업 최종보고서

업 체 명주 테라디안( )(Tel:042-476-4800)

주소302-120대전시 서구 둔산동 번지946

기술개발과 제 명

분야:기가비트 이더넷용 광(1000Base-LX)트랜시버 개발

대 표 자 정 낙 진

과제책임자 김 만 식

개발기간년 월 일2002 4 1년 월 일~2002 12 31

위탁기간 없음

계획대비목표달성도(%) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

개 발 완 료 시 기 년 월 일2002 12 31

중소기업기술혁신개발사업운용요령 제 조의 규정에 의하여 최종보고서를 제출21합니다.

붙임 중소기업 기술혁신개발사업 최종보고서 부1. 8 .개발사업비 집행내역보고서 부2. 8 .기술료 납부 동의서 부3. 2 .

년 월 일2003 6 30

주관기업 주 테라디안 직인: ( )

대 표 자 정 낙 진 인: ( )

중소기업청장 귀하

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제 출 문

중소기업청장 귀하

본 보고서를 기가비트 이더넷용 광트랜시버 개발에 관한 중소기“ (1000Base-LX)

업 기술혁신개발사업 개발기간 과제의 최종보고서로" ( : 2002. 4. 1~ 2002. 12. 31)

제출합니다.

년 월 일2003 6 30

주관기업 주 테라디안: ( )

과제책임자 김 만 식:

개발참여기업 :

위탁연구기관 :

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요 약 서 초 록( )

과 제 명기가비트 이더넷용 광트랜시버 개발(1000Base-LX)

( Gigabit Ethernet 1000Base-LX Optical Transceiver)

주 관 기 업 주 테라디안( ) 총괄책임자 김만식

개 발 기 간 월2002.4.1 ~ 2002.12.31 ( 9 )

총개발사업비

천원( )

정부출연금 85,000총개발

사업비174,773

기업부담금현금 36,466

현물 53,307

위탁연구기관

개발참여기업

주요기술용어

개(6~10 )Optical transceiver, Gigabit Ethernet,

기술개발목표1.

본 개발의 목표는 기가비트이더넷에 필수적인 트랜시버의 개발이며 특히 표준제,

품의 전송범위 의 장거리 제품개발에 있음20km~80km .

최대전송거리 : 5km, 10km, 20km, 40km, 80km

사용전원 : 3.3V, 5V

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기술개발의 목적 및 중요성2.

광트랜시버는 광통신에 사용되는 핵심부품이며 저속의 급155Mbps, 622Mbps

제품은 국산화되어 국산시장에 공급되고있지만 급의 장거리 제품은 아1.25Gbps

직 국산화되지 않고 있음 그러나 메트로이더넷의 시장이 급신장하면서 이더넷용.

광모듈의 장거리 제품 수요가 예상됨.

기술개발의 내용 및 범위3.

당사는 기 보유한 급의 트랜시버 설계 및 제조 기술을 바탕155Mbps, 622Mbps

으로 기가비트 급 트랜시버 제품을 개발하고자 함(1.25Gbps) .

장거리용 고출력의 설계 및 제조- laser diode packaging

고감도 설계 및 제조- photo diode packaging

기가비트 송신 수신회로 설계 및 제작- /

차폐 기술- EMI

기술개발 결과4.

기술혁신과제를 통하여 당사는 급 광트랜시버 설계 및 제조 기술을 확1.25Gbps

보하였으며 이를 통하여 제품의 수요에 대응하고자 생산라인을 구축하였고 현재,

는 급의 기가비트 트랜시버 제품을 국내 다수의 장비업체에 공급판매하여80km

억원의 매출을 달성하였음 또한 유럽 미국 일본 등지에서 샘플을 제출하고6 . , ,

초두물량의 수주를 받고 있음.

기대효과5.

선진 경쟁사 제품보다 가격경쟁력이 우수하여 국내 장비업체의 당사 제품의 채

택으로 수입 대체 효과가 년 억원 예상되며 년도에는 억원의 수2003 15 , 2004 20

출이 예상됨.

또한 본 과제를 통하여 확보된 기가비트 기술을 기초로 기존 제품보다 소형화된

차세대 제품 개발에 노력하고 있음.

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목 차

제 장 서 론1

제 절 통신용 광모듈의 기술동향1

제 절 기가비트 트랜시버 개발의 중요성2 (1000Base-LX)

제 장 기가비트 트랜시버 제품 개발2

제 절 제품의 개요1

제 절 제품 설계2

제 절 트랜시버 제조3

제 장 기가비트 트랜시버 제품 성능3

제 절 기가비트 트랜시버 전송 평가1

제 절 기가비트 트랜시버 신뢰성평가2

제 장 기술개발 결과4

제 절 양산화 및 사업화1

제 절 기술 확보2

제 장 기대 효과5

부 록 첨부 자료;

제품카달로그

마크인증서사본KT

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제 장 서 론1

제 절 통신용 광모듈의 기술동향1

년대 인터넷의 대중화에 따라서 통신망은 기존의 음성망에서 데이터와 음성이1990

통합되는 통합망으로 발전하면서 많은 데이터의 전송이 필요하게 되었고 이에 따,

라서 광통신 산업이 급속히 성장하게 되었다 광모듈은 광통신 산업의 핵심부품으.

로 응용분야별로 다음과 같은 특징으로 발전하고 있다.

기간전송망용 광모듈1.

기간전송망은 대용량전송과 장거리전송이 필요한 곳으로 단일채널의 속도를 향상시

키는 의 과 여러채널을 한꺼번에 전송하는 용2.5G 10G 40Gbps TDM DWDM→ →

모듈로 구별할 수 있다 현재는 용 모듈과 용 모듈이 상용. TDM 40Gbps DWDM 10G

화되었다.

무선망 및 이동통신망용 광모듈2.

이동통신도 음성전송 위주에서 데이터 전송으로 전환되면서 광중계기 내에 광모듈

을 사용하게 되었다 현재는 아날로그용 광모듈이 대부분이었으나 중계기가 디지털.

로 바뀌면서 또는 의 디지털 광트랜시버가 채택될 것으로 전망1.25Gbps 2.5Gbps

된다.

가입자망용 광모듈3.

현재 또는 등 전화선이나 동축케이블을 이용한 방식이 주종이나 가정까ASDL HFC

지 광섬유를 포설하여 서비스들이 세계 곳곳에서 다양한 형태의 망이 운155Mbps

용 서비스되고 있다 가입자망용 광모듈은 신뢰성보다는 가격이 가장 중요한 요소, .

이며 부품수가 적고 대량생산이 가능한 구조의 광모듈에 대한 연구가 진행되고 있,

다.

구내망용 광모듈4.

망에서 광모듈과 광모듈이 주로 사용되었으나 현재는 전속속도와LAN LED VCSEL

전송거리가 확장되면서 광모듈이 주종을 이룬다 특히 단일모드광섬유에서는LD . LD

를 이용하여 높은 전송속도에서 장거리 전송이 가능하기에 수요가 늘어 나고 있다.

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제 절 기가비트 트랜시버 개발의 중요성2

기가비트 트랜시버의 탄생1.

년 에서 표준을 제정한 이래 으로 잘 알려진1985 IEEE IEEE802 , Ethernet IEEE

표준은 현재 세계에서 가장 많이 사용되는 기술로 정착해왔다 또한802.3 LAN .

보다 배 빠른 으로 그리고 배 빠른 으Ethernt 10 Fast Ethernet 100 Gigabit Ethernet

로 발전해왔다 전송속도가 향상되면서 에서부터는 전송매체로서 광. Fast Ethernet

섬유가 도입되었고 이에 따라서 광모듈이 에 적용되기 시작하였다 또 의LAN . LAN

전송거리가 초기의 에서 로 근래에는 영역까지 확장될수 있도록3km 5km MAN

의 광모듈이 채택되고 있다 단거리 구내망에서는 의 광트랜시버~70km . 100Mbps

그리고 구내망에서 외부망에 접속되는 점에서는 트랜시버가 범용으로 사용Gigabit

되고 있다.

기가비트 트랜시버 시장의 급성장2.

년 기가비트 트랜시버가 출시되고 년 표준이 제정되면서1997 1998 Gigabit Gigabit

시장은 급속히 성정하여 왔다 그리고 기가비트 이더넷의 성공으로. Ethernet

은 영역에 국한된 기술이라기 보다는 이제 과 을 연결하는 기Solution LAN MAN WAN

술로 진화되고 있다 또 급의 의 표준화가 제정되고 광모듈이. 10Gbps ethernet 10G

상용화되면서 은 더욱더 시장을 확대해 나갈 것으로 예상된다Gigabit Ethernet .

시장조사 전문기관인 가트너에 따르면 통신사업자와 네크워크 서비스업체의 매출액

을 합한 세계 메트로이더넷시장의 매출규모는 년 약 억달러에서 매년2002 70 100%

이상 급격히 성장하여 년에는 억달러에 이를 것으로 전망하고 있다2004 330 .

국내의 경우도 작년부터 파워콤과 두루넷을 처음 서비스에 들어가고 잇따라 와KT

데이콤도 신규 아파트와 인근 게임방을 대상으로 메트로이더넷 서비스를 실시하PC

고 있으며 가격적인 잇점으로 금년 하반기에도 계속해서 신규투자가 이루어질 전망

이다.

또한 광모듈은 기술이 요구되는 저장장치 네트워Gigabit Ethernet Fiber Channel

크 에서도 흔히 쓰이는 제품으로 매년 의 높은 성(SAN, Storage Area Network) 20%

장이 예측되고 있다.

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국산 장비 국산 광모듈의 부재3. ,

그러나 국내에서는 네트워크장비쪽은 매우 취약하여 년까지는 대부분의 국내2001

장비 및 모듈 시장이 외국 기업에 장악되고 있는 실정이다 년 말부터 토종 장. 2001

비업체가 장비개발에 성공하면서 점차 국산장비의 시장점유율이 높아지고 있지만

가입자쪽의 장비가 대부분이다 특히 전송이 가능한 광트랜시버 모듈이 상. Gigabit

용화되어있지 않고 대부분 수입에 의존하고 있는 실정이다.

그러므로 기가비트급 광트랜시버의 국산화는 매우 시급한 과제가 아닐 수 없다.

장거리용 광모듈의 수요4.

특히 이 메트로 영역으로 침투하면서 기존 이더넷의 전송거리가 표준Ethernet 5km

에서 매트로망의 요구거리인 를 커버할 수 있는 기가비트 트랜시버의 제품의30km

수요가 급증할 것으로 기대되고 있다.

당사는 년 중소기업 기술혁신개발 과제를 통하여 로 까지 전2002 1.25Gbps 80km

송거리 제품을 국내 최초로 개발하였으며 일부 제품은 판매가 지속적으로 증80Km ,

가하고 있어서 시장 선점하고 있는 상태이며 앞으로 이상의 장거리 전송 제, 30km

품 수요 증가를 감안하여 생산안정화 및 생산능력확충에 전력을 다하고 있다.

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제 장 기가비트 트랜시버 제품 개발2

제 절 제품의 개요1

본 과제의 개발품인 급 광트랜서버는 에 적용되는 광1000Base-LX Gigabit Ethernet

모듈로서 규격과 외형에 대한 표준이 세계적으로 통일되어 있다.

규격 표준 의 부분: IEEE 802.3 1000Base-LX

외형 표준 : MSA (1x9 SC duplex transceiver)

제품 개요1.

제품명 : 1.25Gbps Optical Transceiver

모델명 : TV883xx /TV885xx , xx=LX, 10, 20, 40, 80

제품 외형 : 1x9 pin SC-duplex (MSA)

그림 기가비트 트랜시버 제품 사진1)

기 능 기가비트 디지털 광 송신 및 수신:

전송속도 : 1.25Gbps

전송거리 : 5kmr, 10km, 20km, 40km, 80km

동작전압 : 3.3V or 5V

사용 분야 매트로이더넷 스토리지 네트웍: Gigabit Ethernet, ,

고 객 네트워크 장비업체 스토리지 장비업체 메트로이더넷장비업체: , ,

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가 급. 125Gbps Optical Transceiver (5km )


모델명 : TV883LX / TV885LX

그림 기가비트 트랜시버 제품 사진 급2) (5km )



전송거리 : 5km meter @SMF(9/125), 550meters @MMF(50/125)


특 징 :

고출력 적용함 작은 스펙트럼 선폭 채택 낮은 소모전력 고감도 수신회로FP-LD , ,

나 급. 1.25Gbps Optical Transceiver (10km )


모델명 : TV88310 / TV88510

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전송거리 : 10km meter @SMF(9/125),


특 징 :


다 급. 1.25Gbps Optical Transceiver (20km )

제품명 1.25Gbps Optical Transceiver

모델명 : TV88310 / TV88510


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특 징 :


라 급. 1.25Gbps Optical Transceiver (40km )


모델명 : TV88340 / TV88540






특 징 :

적용함 높은 광출력 높은 구동능력 채택 고감도 및1310nm DFB-LD , , LDD PD chip

수신회로

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마 급. 1.25Gbps Optical Transceiver (80km )


모델명 : TV88380 / TV88580






특 징 :

광화이버 손실이 최소인 대역의 적용함1550nm DFB-LD ,

높은 광출력 높은 구동능력 채택, LDD

고감도 및 수신회로PD chip

차폐용 적용EMI Shielding clip

적용Metalized plastic case

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제 절 제품 설계2

트랜시버 외형설계1.

트랜시버 설계 및 제조를 위해서는 복합적인 분야의 기술이 필요하며 아래의 표는

트랜시버를 구성하는 각 구성품에 대한 기능을 나타낸다.

표 트랜시버의 구성품 및 기능1.

구성품 기능 세부 구성품

TOSA에서 출력되는 광을 멀티모드 광섬유로laser diode

빛을 전달시키는다 외부 커넥터 체결 구조. ferrule

LD chipmonitor PD chipTO-canHousing

ROSA광섬유에서 나온 빛을 에서 전류로 변환되고PD chip이 전류를 가 증폭하여 를pre-AMP post-AMP신호를 보낸다 외부 커넥터 체결 구조. ferrule

PD chipPre-AMPTO-canhousing

LD driver입력신호에 따라서 이 빛을 내도록 에LD chip LD전류를 공급하는 기능을 한다.

Integrated Circuit

Post-AMP에서 나온 신호를 정형화하여 로pre-AMP Post-amp

신호를 전달함Integrated Circuit

Case

각종 구성품간의 조립성 및 기능을 유지하도록지지 연결 보호를 한다/ / .외부 커넥터 체결 구조

고정PCB, TOSA, ROSA

상판 하판,

그림 트랜시버의 구성도7)

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트랜시버의 케이스는 표준 광커넥터와 체결이 가능하도록 플라스틱으로 제작SC

되었고 플라스틱 사출성형으로 제조된다 케이스의 중요 부위는 가 안착되는. TOSA

부위와 커넥터 접속과 관계된 후크의 형상이다 또한 트랜시버의 외형은 에 의. MSA

하여 국제규격으로 인정된 치수를 만족시켜야 한다.

표 트랜시버의 외형 치수 규격2.

그림 트랜시버 케이스 도면 하판8) ( )

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트랜시버 설계2. TOSA/ROSA

가 설계. TOSA

는 에서 발생한 빛을 로 광결합시키는 구조를 갖고 있으TOSA laser diode fiber stub

며 보통 두 가지 타입의 종류가 있다 그림 는 구조이고 그림 는. 1 LD align type 2

이다 본 개발에서는 의 숫자를 절감하고 생산성이fiber align type . metal housing

좋은 으로 설계하였다fiber align type .

그림 의 구조9) LD align type TOSA

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그림 의 구조10) fiber align type TOSA

구조는 등Fiber align type TO-can housing, Receptacle housing, stub housing

개의 과 등의 광부품으로 구성된3 metal housing LD TO-can, fiber stub, sleeve

다 각각의 하우징은 이 가능하도록 계열의 메탈로 절삭가공 하여. laser welding SUS

제작하고 용접되는 부위의 가공정도는 의 정밀도로 정밀 가공된다 특히5um .

그림 실물사진 전송용11) TOSA (10km )

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그림 실물사진 전송용12) TOSA (40km/80km )

나 설계. ROSA

는 외부 커넥터에서 출사되는 광을 에ROSA(Rx Optical Sub-Assembly) PD chip

효율적으로 입사 되도록하고 은 수광면적이 크기때문에 와 같은 정PD chip sleeve

밀부품을 사용하지 않아도 된다 아래의 그림은 구조이다. ROSA .

그림 실물사진 전송용13) ROSA (10/20/40km )

그림 실물사진 전송용14) ROSA (80km )

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트랜시버 구동회로 설계3.

가 송신회로.

송신회로의 기능은 외부에서 트랜시버로 입력되는 전기적인 데이터 신호를 laser

로 전달해주는 기능과 의 광출력이 온도에 따라 변하는 것을 보상diode laser diode

하기 위하여 해주는 기능을 수행한다 아래의 그림은auto power control(APC) . LD

용 와 그리고 의 연결도이다driving IC laser diode monitoring photo diode .

그림 기가비트용 송신회로15)

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나 수신회로.

수신회로의 기능은 트랜시버의 에 입력되는 광을 전기 신호로 변화하여 적정ROSA

한 전압 크기의 전기적인 데이터를 트랜시버 밖으로 송출하는 기능을 수행한다 그.

러므로 수신회로는 적은 신호도 에러 없는 데이터 검출을 위하여 수신용 photo

의 출력을 증폭하는 와 의 출력을 적정한 전압 크기의 전기diode pre-amp pre-AMP

신호의 바꾸어 주는 로 구성된다 또 는 신호의 유무를 판limiting AMP . limiting AMP

단하는 의 단자에 를 출력한다 본 개발품에서는TTL level Signal Detector flag .

와 사이의 를 최소화하기 위하여 외부의 전자기장pre-AMP limiting AMP EMI noise

을 효율적으로 차단하도록 구리 소재의 판재를 이용하여 차폐를 실시하였다.

그림 기가비트용 수신회로16)

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제 절 트랜시버 제조3

트랜시버 제조 기술1.

트랜시버 제조 공정은 먼조 와 를 레이저용접기를 이용하여 조립하고TOSA ROSA

각각의 광특성을 측정한다 또 설계된 구동회로를 로 제작하고 저항 캐패시터. PCB ,

등과 구동 를 조립한다 이 완성되면 와 를 납땜으로 연결한다 그IC . PCB PCB OSA .

다음은 조립된 트랜시버에 전압 또는 을 인가하고 광특성을 튜닝하기 위하(3.3V 5V)

여 레이저다이오드의 광출력과 소광비 조정 저항의 값을 조정한다 출력파형을. Eye

계측기로 마스크 테스트를 실시한다diagram .

수신기 특성의 중요한 파라미터인 최소수신감도를 측정한다.

전송용 기가비트 트랜시버2. 20km

그림 기가비트 트랜시버 내부 전송용17) (20km )

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제 장 기가비트 트랜시버의 성능 평가3

제 절 기가비트 트랜시버 성능평가1

전송 특성1.

그림 트랜시버의 전송후의20) TV83520 Back-to-Back Eye

그림 트랜시버의 전송후의21) TV83520 20km Eye

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그림 트랜시버의 전송후의22) TV83580 Back-to-Back Eye

그림 트랜시버의 전송후의23) TV83580 80km Eye

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제 절 기가비트 트랜시버 신뢰성 평가2

개발된 트랜시버의 환경시험을 위하여 온도구간에 따라서 그러고 전압의 변동에 따

라서 특성이 규격을 만족하는 지를 확인하였다 아래의 표들은 각 측정포인트에서.

의 측정값을 나타낸 것이다.

표 신뢰성시험 결과3. (Module TV83520)

Test ConditionsTested

sample

Passed

samples

Supply Voltage

Dependence

4.75V

5.0V

5.25V

11

11

11

11

11

11

Temperature Dependence25℃

70℃

11

11

11

11

Temperature cycle test

(short term)

Dwell points -20,25,85℃

dwell 30min., inc. 1 /min,℃

4 cycle

11 11

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표 의 온도와 전압 특성4. TV83320 (25°C & 4.75V)

표 의 온도와 전압 특성5. TV83320 (25°C & 5.0V)

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표 의 온도와 전압 특성6. TV83320 (25°C & 5.25V)

표 의 온도와 전압 특성7. TV83320 (85°C & 4.75V)

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표 의 온도와 전압 특성8. TV83320 (85°C & 5.0V)

표 의 온도와 전압 특성9. TV83320 (85°C & 5.25V)

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제 장 기술 개발 성과4

제 절 양산화 및 사업화1

본 기술혁신과제를 통하여 개발된 기가비트 트랜시버 설계 및 제조 기술은 현재 양

산을 위하여 생산라인 설치를 완료하였으며 기존의 선진업체에서 수입에 의존하고

있는 국내 장비업체에 공급되고 있다 본 과제의 개발에 착수할 당시만 해도 국내.

의 기가비트 시장은 초기 진입 단계에 있으나 이제는 하나로통신 등 국내 망사KT,

업자가 기가비트를 활용한 메트로이더넷을 일반 아파트에 까지 공급을 확대하면서

시장규묘가 급팽창하고 있는 상황이다 본 과제를 통한 기가비트 트랜시버 제조 기.

술의 확보는 기술확보라는 측면에서 그리고 사업화 성공이라는 측면에서 모두 좋은

결과를 보이고 있다.

제 절 기반 기술 확보2

장거리용 기가비트 트랜시버의 설계 및 제조 기술을 개발하여 국내 최초의 상용제

품을 하였다 이상의 전송거리를 위한 기가비트 트랜시버기술에는 기존의. 80km

급 저속 트랜시버의 기술보다 한 단계 업그레이된 기술이 필요한데155M/622Mbps ,

이 기술은 급의 광트랜시버의 설계에도 적용될 수 있는 기반 기술이다 또2.5Gbps .

한 차대세 트랜시버로 각광을 받고 있는 트랜시버의 개발에도Small Form Factor

많은 도움이 될 것이다.

고출력의 기술laser diode packaging

기가비트급 송 수신회로 설계기술/

기술EMI shielding

저잡음 수신회로 설계 기술

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제 장 기대 효과5

기가비트 트랜시버 기술 개발을 통하여 국내 최초로 전송이 가능한 트랜시버80km

의 상용화하여 현재 양산 중에 있다 개발된 제품은 가격경쟁력과 품질이 우수하여.

국내 광통신용 장비업체에 본격적으로 공급되고 있어 국내 통신망의 핵심부품으로

사용되고 있다 광전송장비에서 재료비 비중이 큰 광모듈을 우수한 가격경쟁력으로.

국내 장비업체에 공급되므로 국내 업체의 해외 수출에도 많은 도움이 되리라 예상

된다.

그리고 장거리용 제품의 수출도 현재 진행 중인데 유럽 미국 일본 등 여러 업체에, ,

서 제품 문의 및 샘플 요청이 있으며 몇 개의 업체로 부터는 샘플 시험을 통과하여

초두물량을 납품하고 있다 아직 수출액은 미미하지만 년 말까지 만불 이상. 2003 20

의 수출과 년 만불 이상의 수출이 가능할 것으로 예측된다2004 100 .

부록 첨부 자료;

제품 카달로그1.

-. TV83xLX, TV83x10, TV83x20

-. TV83x40, TV83x80

마크 인증서 사본2. KT

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Gigabit Ethernet Transceiver TV83XXX(1000BASE-LX)

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Gigabit Ethernet Transceiver TV8XXXX(1000BASE-LX)

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신기술 인증서 제조기술- Gigaboit Enthernet (1000Base-SX.,LX) Transceiver

기가비트이더넷용(1000base-lx) 광트랜시버개발 - …...-3-제출문...

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