光模塊基礎(chǔ)知識培訓

1、Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊基礎(chǔ)知識培訓（初級 進階） 供應(yīng)商管理部 王誠剛Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊的應(yīng)用Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想什么是光模塊 信息信息 物理物理/ /模擬變換模擬變換 模模/ /數(shù)變換（電端機）數(shù)變換（電端機） 電電/ /光變換光變換 光纖（信道）光纖（信道） 光光/ /電變換電變換

2、數(shù)數(shù)/ /模模變換變換 模擬模擬/ /物理變換物理變換 信息接受者信息接受者中國領(lǐng)先的光電變換專家中國領(lǐng)先的光電變換專家！ 數(shù)字光模塊 ？ 模擬光模塊？數(shù)字光模塊是必然的發(fā)展趨勢 Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊的應(yīng)用場景物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層傳輸層會話層會話層表示層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI） 提供應(yīng)用程序間的通信接口提供應(yīng)用程序間的通信接口處理數(shù)據(jù)格式、加密等處理數(shù)據(jù)格式、加密等建立、維護、管理會話建立、維護、管理會話建立主機端到端連接、傳輸建立主機端

3、到端連接、傳輸尋址和路由選擇尋址和路由選擇提供介質(zhì)訪問、鏈路管理等提供介質(zhì)訪問、鏈路管理等比特流傳輸、規(guī)定電壓、比特流傳輸、規(guī)定電壓、電流、線纜、光口等電流、線纜、光口等我們的模塊工作在物理層！我們的模塊工作在物理層！Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊的應(yīng)用場景硬盤陣列磁盤驅(qū)動主機總線適配器光纖通道交換機以太網(wǎng)交換機/路由器網(wǎng)卡服務(wù)器/數(shù)據(jù)中心Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊的應(yīng)用場景FTTx接入網(wǎng)無線接入網(wǎng)S

4、DH/SONET以太網(wǎng)MSTPWDMOTNIP-RANPTN承載網(wǎng)POTNAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想誰在主宰市場Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊廠商的多種經(jīng)營Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊的發(fā)展史性能性能功耗功耗成本成本Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dre

5、ams | 讓光引領(lǐng)夢想光的通路 光纖Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光纖分類按光在光纖中的傳輸模式分為：單模光纖和多模光纖 1 多模光纖MMF:可傳多種模式的光;纖芯為50/62.5m;模間色散嚴重; 應(yīng)用于短距離傳輸.2 單模光纖SMF:只能傳輸單一模式的光;纖芯為9m;損耗低;帶寬大;存 在材料色散和波導色散模間色散嚴重;可應(yīng)用于高速長距離傳輸.3 其他類型光纖: 用于光纖放大器的摻鉺光纖EDF 用于色散補償?shù)纳⒀a償光纖DCF 用于對相位變化引起的偏振效應(yīng)進行補償?shù)谋Ｆ饫wG.652 標準單模光纖,

6、零色散窗口在G.653 DSF色散位移單模光纖,零色散窗口在G.654 最低衰耗單模光纖,零色散窗口在衰耗最低G.655 NZDSF非零色散位移單模光纖,在DSF基礎(chǔ)上在窗口 保留一定的色散Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光纖的導光原理 基本概念：1）數(shù)值孔徑NA：能使光在光纖內(nèi)以全反射形式進行傳播的接收角c的正弦值。 數(shù)值孔徑并不是越大越好。2）截止波長c：能使光纖實現(xiàn)單模傳輸?shù)淖钚」ぷ鞴獠úㄩL。（單模光纖）Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Drea

7、ms | 讓光引領(lǐng)夢想光纖舉例多模光纖的幾何尺寸與光學特性單模光纖的幾何尺寸與光學特性Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想單模光纖波段劃分O 波段（原始波段） 1260-1360nm. E 波段（擴展波段） 1360-1460nm. S 波段（短波段） 1460-1530nm. C 波段（常規(guī)波段） 1530-1565nm.L 波段（長波段） 1565-1625nm. U 波段（超長波段） 1625-1675nm. 1260136014601530 156516251675OESCLUAccelink Tech

8、nologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光纖損耗 固有損耗 a 吸收損耗 b 散射損耗 附加損耗 a 微彎損耗 b 彎曲損耗 c 連接損耗石英光纖損耗特性曲線典型損耗值：Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光纖色散1 概念 色散描述光脈沖沿光纖傳輸后脈沖展寬現(xiàn)象，主要是因為光脈沖的前端和后端在光纖中傳輸?shù)木嚯x不一致。 色散是光纖的傳輸?shù)闹匾匦灾?光纖的色散引起傳輸信號的畸變,使傳輸質(zhì)量下降,從而限制了通信容量和通信距離.光放大器的廣泛應(yīng)用,目前影響光纖通

9、信系統(tǒng)的制約因數(shù)主要是色散。2 色散的成因 1 光源發(fā)出的光不是單色光,他包含不同的頻率成分. 2 調(diào)制信號有一定的帶寬 數(shù)字系統(tǒng)表現(xiàn)形式為具有一定頻率的脈沖信號,若是全”0”或全”1” 信號,色散就不會帶來任何影響.Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光纖色散3 色散對數(shù)字信號傳輸?shù)挠绊?23輸入脈沖輸出脈沖+時間時間光功率Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光纖色散例：光纖在1310nm區(qū)域與1550nm區(qū)域的色散系數(shù)色散系

10、數(shù)的定義：每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值A(chǔ)ccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光纖色散4 色散的分類 1） 模式色散(模間色散) 多模光纖中,同一波長但不同模式的傳播速度差異引起的色散. 2） 色度色散（模內(nèi)色散） 指光譜中不同波長在光纖中的群時沿差引起的光脈沖展寬現(xiàn)象 (1)材料色散 (2)波導色散 3） 偏振模色散 偏振模色散是影響高速(10Gb/s)通信系統(tǒng)傳輸距離主要因素之一（單模光纖特有，由于單模光纖結(jié)構(gòu)上的缺陷或纖芯折射率分布不均勻等因素造成的）。Accelink Technologies

11、 Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光纖非線性特性一般在WDM系統(tǒng)上反映較多。Why？合波器、分波器的插入損耗，對16路波系統(tǒng)一般相加在10dB左右，對32路波系統(tǒng)一般相加在15dB左右，因此需要EDFA進行放大補償，在放大光功率的同時，使光纖中的非線性效應(yīng)大大增加，成為影響系統(tǒng)性能，限制中繼距離的主要因素之一。1）散射效應(yīng) 受激布里淵散射SBS、受激拉曼散射SRS2）與克爾效應(yīng)相關(guān)的影響，即與折射率密切相關(guān) 自相位調(diào)制SPM、交叉相位調(diào)制XPM、四波混頻效應(yīng)FWMAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your

12、 Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊的基本原理Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想目前公司光模塊種類40G TransponderQSFP+SFPSFFxPON ONU/OLTBIDI ModuleTriple-play module40G/100G CFP XFP/SFP+10G 300pin MSA/SFFAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想當前典型結(jié)構(gòu)示例Accelink Technologies Co., Ltd.Li

13、ghting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊功能框圖-SFPNow the development trend of IC which work under the rate 2.5Gbit/s is integration of LD driver, limiting amplifier and DDM function ICTOSALD DriverROSAFiberDisableData inputFiberLimiting AmplifierData outputLOSMCUEEPROMSerial data interfaceDDM: Digital Diagnost

14、ic Monitoring FunctionIbias MonImod MonPRX MonPTX MonAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊功能框圖-SFP+TOSALD DriverROSAFiberDisableData inputFiberLimiting AmplifierData outputLOSMCUEEPROMSerial data interfaceDDM: Digital Diagnostic Monitoring FunctionIbias Mon Imod MonPRX MonP

15、TX MonThe function block diagram is same as SFP except the work rate up to 10Gbit/s14Gbit/s, and the most important the IC must maitain is the low power consumption and low cost, the integration of LD driver and Limiting amplifier is the choice of most manufacturer.For the uncertainty of DDM functio

16、n that customer require to, the single MCU is preferred.Note: SFP+ module integrated with CDRs is the trend. (see detail below)Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊功能框圖-XFPYou can find the XFP module have an additional function which is CDR(clock and data recovery) compared

17、 to the SFP+ module.The development trend of the IC is integration of LD driver, Limiting amplifier and CDR which can lower the power consumption and the cost, however the good performance of it is a great challenge for the IC design.Note: There is trend the SFP+ module integrated with CDR instead o

18、f XFP module.Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊功能框圖-ONU/OLTWhat we focus on is the Burst mode IC which is different from the other module, such as the burst mode LD driver, burst mode limiting amplifier and burst mode TIA(transimpedance amplifier) of which the burst mode

19、 LA and TIA is hard to get in the market, thus we suggest you do the work with respect to them.Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊功能框圖-QSFP+Just as its name implies that QSFP+ means Quad SFP+, you can find from the diagram that the ICs used in it are also integration whic

20、h can save the PCB space and lower the power consumption, so as to meet the requirements of application which to extend the interface density with a limited module size.The challenge of the IC design is minimize the crosstalk when integrating the four channels in one chip.Accelink Technologies Co.,

21、Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊功能框圖-100G CFP4:10Gear BoxTIAPINTIAPINTIAPINTIAPIN10:4Gear BoxDriverLaserDriverLaserDriverLaserDriverLaserControl InterfaceRxdata1Rxdata10Txdata1Txdata10MDCMDIOOptical fiberOptical fiberGear Box has two paths:The transmit datapath receives data from the line-card A

22、SIC on ten parallel CAUI lanes and transmits it to the optical module on four lanes; The receive datapath receives data from the optical module on four lanes and transmits it to the line-card ASIC on ten parallel CAUI lanes.Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊功能框圖-100G CFP

23、2The next generation of CFP is 100G CFP2 which is different on reducing the gear box function( without the data transition) and only reserve the CDR function.Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想發(fā)射器件分類 波長波長1550nm 管芯結(jié)構(gòu)管芯結(jié)構(gòu)FP-LDDFB-LD 封裝形式封裝形式 同軸DIP14 雙列直插DIL14 蝶形 工作狀況工作狀況Cooler

24、 光譜光譜 MLM SLMTOSA Pigtail LC SC FC STMINI -DILVCSEL1310nm850nmDWDMCWDM 980nmUn-cooler0+70 -40+85 EML-DFB-LDAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想接收器件分類 響應(yīng)波長響應(yīng)波長 1100-1650nm 管芯結(jié)構(gòu)管芯結(jié)構(gòu) 1310nmPIN APDDIP 雙列直插 單 PIN 850nm 類型類型PIN-FET PIN-TIAAPD-TIA 封裝形式封裝形式MINI -DIL 同軸ROSA Pigtail LC

25、 SC FC ST 應(yīng)用應(yīng)用數(shù)字 模擬Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想激光器管芯種類Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想激光器管芯種類Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想激光器管芯種類Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想CWDM與DMDMAccelink Te

26、chnologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想激光器管芯溫漂Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想探測器管芯Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想TOSA和ROSAAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想BOSAAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your D

27、reams | 讓光引領(lǐng)夢想TriplexerAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想TO-CANHOLDERCAPFlat- windowBall-lensAspheric-lensCouple efficiencyAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想TIAAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想TIA放大器對大信號是雙向限幅的光信號是單向的（0、1）

28、光信號過大時就會產(chǎn)生脈沖失真（單邊削波），01判別就會出錯出現(xiàn)誤碼TIA就必須有AGC功能，以保證足夠的信號動態(tài)范圍自動增益控制（AGC)電路Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想LA限幅放大器Limiting Amplifier主放大器Post Amplifier量化器Quantizer限幅放大器主要由三部分組成：直流耦合多級放大器直流漂移補償(自動調(diào)零)電路光功率檢測告警電路(有滯回的比較器)Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢

29、想LDDAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想重要概念：直流耦合與交流耦合AC耦合DC耦合電路元件多24個元件最少多速率工作有低速率限制無低速率限制易于匹配元件多LD引腳不能靠近驅(qū)動器芯片，不易匹配LD引腳直接連接LDD芯片，易于匹配，突發(fā)性能好驅(qū)動器功耗較大較小輸出調(diào)制電流較大（不受Headroom限制）較?。ㄊ蹾eadroom限制）Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊的主要參數(shù)及性能指標 Key parameter of

30、 module （一）Transmitter module( operation temperature range) spectrum: optical eye diagram: optical: central wavelength rise/fall time power of mean spectrum width extinction ratio optical isolation frequency chirp crossing point SMSR SNR jitter other: EMI/EMCAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Y

31、our Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想光模塊的主要參數(shù)及性能指標 Key parameter of module （二）Receiver module( operation temperature range) spectrum: optical: electronic: respond wavelength sensitivity LOS detector saturation jitter tolerance optical reflect jitter transport jitter generation EMI/EMC Accelink Technologies Co., Ltd.L

32、ighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想發(fā)射部分指標發(fā)射光功率指模塊工作時光源輸出的平均光功率，單位為dBm 模塊內(nèi)部APC環(huán)路將保持發(fā)射光功率的穩(wěn)定 影響發(fā)射光功率的主要因素 1 光源的電光轉(zhuǎn)換效率 2 光源驅(qū)動電路的電流能力 3 光源組件的耦合效率Pavg =(P1+P0)/2Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想發(fā)射部分指標2 消光比指模塊輸出“”的平均光功率與“”的平均光功率的比值，單位為dBExt.r =10lgP1/P0模塊內(nèi)部溫度補償電路（ATC)將使模塊工作在不同溫度時保持消光比的

33、穩(wěn)定Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想發(fā)射部分指標消光比消光比是一項指標，用于描述激光功率轉(zhuǎn)化為調(diào)制功率或信號功率的效率。理論情況下，在保證適當?shù)谋忍卣`碼率的情況下，消光比消光比越大，信號所能傳輸?shù)木嚯x越遠。思考：消光比是否越大越好？工作速率越高，消光比偏??？消光比對產(chǎn)品使用的影響。-啁啾、渡越時間，驅(qū)動能力Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想發(fā)射部分指標3 眼圖 眼圖的形成：當二進制碼信號在示波器上顯示波形時，掃描周期是碼元

34、周期的整數(shù)倍，而熒光屏的余輝作用，使多個波形疊加在一起，這樣形成了類似人眼的圖形“眼圖”Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想發(fā)射部分指標4 中心波長 激光器的波長有三種表示方法：峰值波長、中心波長、平均波長其中中心波長用得最多，對于DFB-LD，中心波長與峰值波長值幾乎相同；對于FP-LD， 一般用中心波長或平均波長表示激光器的工作波長。一般FP型激光器中心波長隨著溫度增加將以0.5nm/的速度變長 一般DFB型激光器中心波長隨著溫度增加將以0.1nm/的速度變長因為不同波長對應(yīng)的光纖衰耗及色散系數(shù)不一樣，所以

35、模塊不同的傳輸距離對工作波長要求就不一樣。對各種速率及傳輸距離下對波長的要求在中都做了嚴格規(guī)定。Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想發(fā)射部分指標5 光譜寬度 對于FP-LD，一般用3dB譜寬的均方根RMS來表示 對于DFB-LD，以主模中心波長的最大峰值功率跌落-20 dB的最大全寬表示 -3dB波長相對強度-20dB波長相對強度Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想發(fā)射部分指標6 邊模抑制比（SMSR）指激光器發(fā)射光譜中，在規(guī)定

36、的輸出光功率時最高光譜峰強度與次高光譜峰強度之比此指標僅針對DFB單縱模激光器，一般要求大于30dB 傳輸距離越長，要求SMSR越高7 輸入電信號幅度指模塊要求的系統(tǒng)輸入的電信號的幅度范圍此指標一般由所選用的驅(qū)動芯片決定Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想接收部分指標1 靈敏度 在一定誤碼率的條件下，模塊所能接收到的最小光功率，單位為dBm 影響接收靈敏度的因素 1) 比特速率（Bit rate) 2) 發(fā)射光信號質(zhì)量 激光器的RIN；眼圖眼開度(Opening)；抖動Jitter等 3) 發(fā)射消光比(Ext.

37、r) 4) 傳輸后的脈沖波形失真(Distortion) 5) 輸入光信噪比（OSNR） 6) 接收機的性能（響應(yīng)度、暗電流、帶寬、LA輸入靈敏度，etc） 7) 空間與線路噪聲影響Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想接收部分指標2 最小過載點 在一定誤碼率的條件下，模塊所能接收到的最大光功率，單位為dBmn 影響最小過載點的主要因素 1) PIN/APD飽和 2) TIA前放飽和3 無光告警點LOS/SD 指模塊在輸出LOS/SD告警信號時對應(yīng)接收到的光功率，單位為dBm“0”“1”PassertPdeass

38、ertAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想接收部分指標2 最小過載點 在一定誤碼率的條件下，模塊所能接收到的最大光功率，單位為dBmn 影響最小過載點的主要因素 1) PIN/APD飽和 2) TIA前放飽和3 無光告警點LOS/SD 指模塊在輸出LOS/SD告警信號時對應(yīng)接收到的光功率，單位為dBm“0”“1”PassertPdeassertAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想什么叫DDM模塊n 數(shù)字診斷DDM模塊特點（以ES

39、FP為例）：Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想相關(guān)產(chǎn)品特點概述（交流互動）Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想SFP管殼專利DDM專利侵權(quán)Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想SFP+ & XFPFPC軟帶的應(yīng)用自制LD管芯的瓶頸調(diào)制方式多樣化：直調(diào)調(diào)制、外調(diào)制Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想SFP+ & XFP直接調(diào)制EA調(diào)制MZ調(diào)制Accelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想xPONOLT: Burst mode receiver ONU: Burst mode transmitterUpstream of xPON: TDMAAccelink Technologies Co., Ltd.Lighting Your Dreams | 讓光引領(lǐng)夢想xPONOLT: Burst mode receiver ONU: B