光模塊知識(shí)總體介紹

1、光模塊知識(shí)總體介紹2感謝您長(zhǎng)期對(duì)Gigac的支持與厚愛(ài)3光收發(fā)一體模塊定義光收發(fā)一體模塊由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射部分是：輸入一定碼率的電信號(hào)經(jīng)內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)芯片處理后驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器（LD）或發(fā)光二極管（LED）發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號(hào)，其內(nèi)部帶有光功率自動(dòng)控制電路，使輸出的光信號(hào)功率保持穩(wěn)定。接收部分是：一定碼率的光信號(hào)輸入模塊后由光探測(cè)二極管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。經(jīng)前置放大器后輸出相應(yīng)碼率的電信號(hào)，輸出的信號(hào)一般為PECL電平。同時(shí)在輸入光功率小于一定值后會(huì)輸出一個(gè)告警信號(hào)。Gigac目前提供100M到10全系列光收發(fā)模塊，用戶可根據(jù)自己的網(wǎng)絡(luò)需求選

2、擇所需要的。目前常規(guī)通用的光模塊主要包括：光發(fā)送器，光接收器，Transceiver（光收發(fā)一體模塊）以及Transponder（光轉(zhuǎn)發(fā)器）。4光收發(fā)一體化模塊的分類：1.Transceiver（光收發(fā)一體模塊） Transceiver的主要功能是實(shí)現(xiàn)光電/電光變換，常見(jiàn)的有：SFP.GBIC.XFP等。2.Transponder（光轉(zhuǎn)發(fā)器） Transponder除了具有光電變換功能外，還集成了很多的信號(hào)處理功能，如：MUX/DEMUX、CDR、功能控制、性能量采集及監(jiān)控等功能。常見(jiàn)的Transponder有：200/300pin，XENPAK，以及X2/XPAK等。5光模塊的主要參數(shù)1.傳

3、輸速率傳輸速率傳輸速率指每秒傳輸比特?cái)?shù)，單位Mb/s或Gb/s。Gigac的光模塊產(chǎn)品涵蓋了以下主要速率：百兆、千兆、2.5G、4.25G和萬(wàn)兆。2.傳輸距離傳輸距離光模塊的傳輸距離分為短距、中距和長(zhǎng)距三種。一般認(rèn)為2km 及以下的為短距離，1020km 的為中距離，30km、40km 及以上的為長(zhǎng)距離。光模塊的傳輸距離受到限制，主要是因?yàn)楣庑盘?hào)在光纖中傳輸時(shí)會(huì)有一定的損耗和色散。注意 損耗是光在光纖中傳輸時(shí)，由于介質(zhì)的吸收散射以及泄漏導(dǎo)致的光能量損失，這部分能量隨著傳輸距離的增加以一定的比率耗散。色散的產(chǎn)生主要是因?yàn)椴煌ㄩL(zhǎng)的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)速度不等，從而造成光信號(hào)的不同波長(zhǎng)成分由于

4、傳輸距離的累積而在不同的時(shí)間到達(dá)接收端，導(dǎo)致脈沖展寬，進(jìn)而無(wú)法分辨信號(hào)值。 因此，用戶需要根據(jù)自己的實(shí)際組網(wǎng)情況選擇合適的光模塊，以滿足不同的傳輸距離要求。63.中心波長(zhǎng)中心波長(zhǎng)中心波長(zhǎng)指光信號(hào)傳輸所使用的光波段。目前常用的光模塊的中心波長(zhǎng)主要有三種：850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段。850nm波段：多用于2km短距離傳輸1310nm和1550nm波段：多用于中長(zhǎng)距離傳輸，2km以上的傳輸。光纖類型1.光纖模式（光纖模式（FiberMode）按光在光纖中的傳輸模式可將光纖分為單模光纖和多模光纖兩種。多模光纖(MMF，Multi Mode Fiber)，纖芯較粗，可傳多

5、種模式的光。但其模間色散較大，且隨傳輸距離的增加模間色散情況會(huì)逐漸加重。多模光纖的傳輸距離還與其傳輸速率、芯徑、模式帶寬有關(guān)，具體關(guān)系請(qǐng)參見(jiàn)表1 2。7單模光纖(SMF，Single Mode Fiber)，纖芯較細(xì)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊。2.光纖的端面與直徑光纖的端面與直徑按照光纖連接器連接頭內(nèi)插針端面分：PC，SPC，UPC，APC按照光纖連接器的直徑分：3，2, 0.983.光纖接口連接器類型光纖接口連接器類型接口連接器用于連接可插拔模塊及相應(yīng)的傳輸媒質(zhì)。光纖連接器是光纖通信系統(tǒng)中不可缺少的無(wú)源器件，它的使用使得光通道間的可拆式連接成為可能，既方便了光

6、系統(tǒng)的調(diào)測(cè)與維護(hù)，又使光系統(tǒng)的轉(zhuǎn)接調(diào)度更加靈活。按照光纖的類型分： 單模光纖連接器（一般為G.652 纖：光纖內(nèi)徑9um，外徑125um）， 多模光纖連接器（一種是G.651 纖其內(nèi)徑50um，外徑125um；另一種是內(nèi)徑62.5um，外徑125um）； 按照光纖連接器的連接頭形式分：FC，SC，ST，LC，MU，MTRJ 等等，目前常用的有FC，SC，ST，LC Gigac熱插拔光模塊所采用的光纖連接器有兩種：SC連接器和LC連接器。FC接口LC接口SC接頭ST接頭9SC（SubscriberConnectorStandardConnector，標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器），由日本，標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器），由

7、日本NTT公司開(kāi)發(fā)的模塑插拔耦合式連接器。其外殼采用模塑工藝，用鑄模玻璃纖維塑料制成，呈矩形；插針由精密陶瓷制成，耦合套筒為金屬開(kāi)縫套管結(jié)構(gòu)。緊固方式采用插拔銷(xiāo)式，不需要旋轉(zhuǎn)。外觀圖如圖1 1所示。LC連接器（Lucent Connector or Local Connector，朗訊連接器），外觀圖如圖12所示。注意為了保護(hù)光纖連接器的清潔，請(qǐng)務(wù)必保證在未連接光纖時(shí)蓋上防塵帽。10接口指標(biāo)輸出光功率輸出光功率指光模塊發(fā)送端光源的輸出光功率，單位：dBm。接收靈敏度接收靈敏度指的是在一定速率、誤碼率情況下光模塊的最小接收光功率，單位：dBm。一般情況下，速率越高接收靈敏度越差，即最小接收光功率

8、越大，對(duì)于光模塊接收端器件的要求也越高。受壓靈敏度受壓靈敏度指輸入信號(hào)在附加了抖動(dòng)和垂直眼閉（vertical eye closure）劣化條件后測(cè)得的靈敏度值，單位：dBm。此概念僅針對(duì)于10G 接口模塊（XENPAK 模塊及XFP 模塊）。11光模塊發(fā)射光功率和接收靈敏度：發(fā)射光功率指發(fā)射端的光強(qiáng)，接收靈敏度指可以探測(cè)到的光強(qiáng)度。兩者都以dBm為單位，是影響傳輸距離的重要參數(shù)。光模塊可傳輸?shù)木嚯x主要受到損耗和色散兩方面受限。損耗限制可以根據(jù)公式：損耗受限距離（發(fā)射光功率 接收靈敏度）/光纖衰減量來(lái)估算。光纖衰減量和實(shí)際選用的光纖相關(guān)。一般目前的G.652光纖可以做到1310nm波段0.5d

9、B/km，1550nm波段0.3dB/km甚至更佳。50um多模光纖在850nm波段4dB/km 1310nm波段2dB/km。對(duì)于百兆、千兆的光模塊色散受限遠(yuǎn)大于損耗受限，可以不作考慮。飽和光功率值：指光模塊接收端最大可以探測(cè)到的光功率，一般為3dBm。當(dāng)接收光功率大于飽和光功率的時(shí)候同樣會(huì)導(dǎo)致誤碼產(chǎn)生。因此對(duì)于發(fā)射光功率大的光模塊不加衰減回環(huán)測(cè)試會(huì)出現(xiàn)誤碼現(xiàn)象。12光飽和度又稱飽和光功率，指的是在一定的傳輸速率下，維持一定的誤碼率（10-1010-12）時(shí)的最大輸入光功率，單位：dBm。需要注意的是，光探測(cè)器在強(qiáng)光照射下會(huì)出現(xiàn)光電流飽和現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)此現(xiàn)象后，探測(cè)器需要一定的時(shí)間恢復(fù)，此時(shí)接

10、收靈敏度下降，接收到的信號(hào)有可能出現(xiàn)誤判而造成誤碼現(xiàn)象，而且還非常容易損壞接收端探測(cè)器，在使用操作中應(yīng)盡量避免超出其飽和光功率。注意對(duì)于長(zhǎng)距光模塊，由于其平均輸出光功率一般大于其最大輸入光功率（即光飽和度），因此請(qǐng)用戶使用時(shí)關(guān)注光纖使用長(zhǎng)度，以保證到達(dá)光模塊的實(shí)際接收光功率小于其光飽和度，否則有可能造成光模塊的損壞。40km13SFP光模塊SFP（SmallFormfactorPluggables）可以簡(jiǎn)單的理解為GBIC的升級(jí)版本。SFP模塊體積比GBIC模塊減少一半，可以在相同面板上配置多出一倍以上的端口數(shù)量。由于SFP模塊在功能上與GBIC基本一致，因此，也被有些交換機(jī)廠商稱為小型化GB

11、IC（Mini GBIC）。波長(zhǎng)波長(zhǎng)多模單模速率100/155M1.25G2.5G/4.25G6G/10G850nmN/A550m330米330米1310nm2km2km2km2km1310nm10km60km10km40km10km40km10km40km1550nm60km160km40km160km40km120kmN/ACWDM40km120km120km40km120kmN/A14BIDI模塊BiDi（Bidirectional）即：?jiǎn)卫w雙向。利用WDM技術(shù),發(fā)送和接收兩個(gè)方向使用不同的中心波長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)一根光纖雙向傳輸光信號(hào)。一般光模塊有兩個(gè)端口，TX為發(fā)射端口，RX為接收端口；而該光

12、模塊只有1個(gè)端口，通過(guò)光模塊中的濾波器進(jìn)行濾波，同時(shí)完成1310nm光信號(hào)的發(fā)射和1550nm光信號(hào)的接收，或者相反。因此該模塊必須成對(duì)使用，他最大的優(yōu)勢(shì)就是節(jié)省光纖資源。距離/波長(zhǎng)10km40km40km120km速率100/155M622M1.25G2.5G1310nmSFP/GBICSFP/GBICSFP/GBICSFP/GBIC1550nmSFP/GBICSFP/GBICSFP/GBICSFP/GBIC1490nmSFP/GBICSFP/GBICSFP/GBICSFP/GBIC1550nmSFP/GBICSFP/GBICSFP/GBICSFP/GBICBIDI模塊必須成對(duì)使用，例如若一

13、端使用了GACSBi131210，另外一端就必須使用GACS Bi1512 10 。15CWDM模塊CWDM光模塊采用CWDM技術(shù)，可以通過(guò)外接波分復(fù)用器，將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)合在一起，通過(guò)一根光纖進(jìn)行傳輸，從而節(jié)約光纖資源。同時(shí)，接收端需要使用波分解復(fù)用器對(duì)復(fù)光信號(hào)進(jìn)行分解。1270nm到1610nm波長(zhǎng)18個(gè)信道可供選擇Uncooled MQW DFB LD可以選擇的封裝 1X9 /GBIC / SFF / SFP 單一供電+3.3V或者+5V工作溫度0C 70C（商業(yè)級(jí)） 40 85（工業(yè)級(jí)）符合Telcordia (Bellcore) GR 468 COREClass1規(guī)范產(chǎn)品，符合I

14、EC60825 1 和IEC 60825 2要求符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品1617電口模塊 SFP電口模塊：GACTC1202 GBIC電口模塊：GACGC1202千兆電口模塊所采用的傳輸媒質(zhì)為5 類非屏蔽雙絞線，相比光纖傳輸方式來(lái)說(shuō)，雙絞線傳輸?shù)膫鬏斁嚯x較短，只適用于小范圍組網(wǎng)環(huán)境。18SFP+光模塊光模塊SFP+是SFP應(yīng)用于10Gbit/s以太網(wǎng)和8.5Gbit/s光纖通道系統(tǒng)的最新型可插拔光模塊。這種模塊的設(shè)計(jì)目的是通過(guò)更小的體積和更低的成本，提供更高的接入密度，最終提高用戶接入容量。19XFP模塊模塊XFP模塊是一種可熱插拔的、占電路板面積很小的、串行串行光收發(fā)器，可以支持SONET O

15、C 192、10Gbps以太網(wǎng)、10Gbps光纖通道和G.709鏈路。20GBIC光模塊光模塊GBIC是GigaBitrateInterfaceConverter的縮寫(xiě)，是將千兆位電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的接口器件。GBIC設(shè)計(jì)上可以為熱插拔使用，是一種符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的可互換產(chǎn)品。21Xenpak光模塊Xenpak光模塊通過(guò)70pin的SFP連接器與電路板連接，其數(shù)據(jù)通道是XAUI接口；Xenpak支持所有IEEE802.3ae定義的光接口，在線路端可以提供10.3Gb/s、9.95Gb/s或43.125Gb/s的速率。22Xpak和和X2光模塊光模塊Xpak和X2光模塊都是從Xenpak標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)而來(lái)

16、的，其內(nèi)部功能模塊與Xenpak基本相同，在電路板上的應(yīng)用也相同，都是使用一個(gè)模塊即可實(shí)現(xiàn)10G以太網(wǎng)光接口的功能。由于Xenpak光模塊安裝到電路板上時(shí)需要在電路板上開(kāi)槽，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高密度應(yīng)用。而Xpak和X2光模塊經(jīng)過(guò)改進(jìn)后體積只有Xenpak的一半左右，可以直接放到電路板上，因此適用于高密度的機(jī)架系統(tǒng)和PCI網(wǎng)卡應(yīng)用。23光模塊功能失效重要原因光模塊功能失效分為發(fā)射端失效和接收端失效，分析具體原因，最常出現(xiàn)的問(wèn)題集中在以下幾個(gè)方面：1光口污染和損傷光口污染和損傷由于光接口的污染和損傷引起光鏈路損耗變大，導(dǎo)致光鏈路不通。產(chǎn)生的原因有： A光模塊光口暴露在環(huán)境中，光口有灰塵進(jìn)入而污

17、染；B使用的光纖連接器端面已經(jīng)污染，光模塊光口二次污染；C帶尾纖的光接頭端面使用不當(dāng)，端面劃傷等；D使用劣質(zhì)的光纖連接器；2ESD損傷損傷 ESD是ElectroStaticDischarge縮寫(xiě)即靜電放電，是一個(gè)上升時(shí)間可以小于1ns（10億分之一秒）甚至幾百ps（1ps10000億分之一秒）的非常快的過(guò)程，ESD可以產(chǎn)生幾十Kv/m甚至更大的強(qiáng)電磁脈沖。靜電會(huì)吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響產(chǎn)品的功能與壽命； ESD的瞬間電場(chǎng)或電流產(chǎn)生的熱，使元件受傷，短期仍能工作但壽命受到影響；甚至破壞元件的絕緣或?qū)w，使元件不能工作（完全破壞）。ESD是不可避免，除了提高電子元器件的抗ESD能力，重要的是正確使用，引起ESD損傷的因素有： 環(huán)境干燥，易產(chǎn)生ESD； 不正常的操作，如：非熱插拔光模塊帶電操作；不做靜電防護(hù)直接用手接觸光模塊靜電敏感的管腳t2；運(yùn)輸和存放過(guò)程中沒(méi)有防靜電包裝； 設(shè)備沒(méi)有接地或者接地不良； 25簡(jiǎn)易光模塊失效判斷步驟1測(cè)試光功率是否在指標(biāo)要求范圍之