15.光模块知识介绍

nullnull1成都贝岭科技有限公司‐‐‐光模块介绍http://www.gigac.comhttp://www.gigac.comnull2感谢您长期对Gigac的 支持与厚爱http://www.gigac.comnull•••3光收发一体模块定义光收发一体模块由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括 发射和接收两部分。发射部分是：输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片 处理后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出相应速率的调制 光信号，其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定。 接收部分是：一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号。 经前置放大器后输出相应码率的电信号，输出的信号一般为PECL电平。同时 在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。Gigac目前提供100M到10全系列光收发模块，用户可根据自己的网络需求选择 所需要的。目前常规通用的光模块主要包括：光发送器，光接收器，Transceiver（光收 发一体模块）以及Transponder（光转发器）。http://www.gigac.comnull4光收发一体化模块的分类： 1. Transceiver（光收发一体模块）• Transceiver 的主要功能是实现光电/电光变换，常见的有：SFP.GBIC.XFP 等。 2. Transponder（光转发器）• Transponder 除了具有光电变换功能外，还集成了很多的信号处理功能，如：MUX/DEMUX、CDR、功能控制、性能量采集及监控等功能。常见的 Transponder 有：200/300pin，XENPAK，以及X2/XPAK 等。http://www.gigac.comnull5光模块的主要参数1.传输速率       传输速率指每秒传输比特数，单位Mb/s 或Gb/s。Gigac的光模块产品涵盖了以下主要速率：百兆、千兆、2.5G、4.25G和万兆。2.传输距离光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般认为2km 及以下的为短距离，10～20km 的为中距离，30km、40km 及以上的为长距离。  ■光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。‐‐‐‐‐注意‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ • 损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。       色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造 成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致 脉冲展宽，进而无法分辨信号值。• 因此，用户需要根据自己的实际组网情况选择合适的光模块，以满足不同的传输距离要求。http://www.gigac.comnull•••••63.中心波长中心波长指光信号传输所使用的光波段。目前常用的光模块的中心波长主要 有三种：850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段。 850nm 波段：多用于≤2km短距离传输1310nm 和1550nm 波段：多用于中长距离传输，2km以上的传输。光纤类型1. 光纤模式（Fiber Mode）按光在光纤中的传输模式可将光纤分为单模光纤和多模光纤两种。多模光纤(MMF，Multi Mode Fiber)，纤芯较粗，可传多种模式的光。但其模 间色散较大，且随传输距离的增加模间色散情况会逐渐加重。多模光纤的传 输距离还与其传输速率、芯径、模式带宽有关，具体关系请参见1‐2。http://www.gigac.comnull•••7单模光纤(SMF，Single Mode Fiber)，纤芯较细，只能传一种模式的光。因 此，其模间色散很小，适用于远程通讯。2.光纤的端面与直径按照光纤连接器连接头内插针端面分：PC，SPC，UPC，APC 按照光纤连接器的直径分：Φ3，Φ2, Φ0.9http://www.gigac.comnull•83.光纤接口连接器类型      接口连接器用于连接可插拔模块及相应的传输媒质。光纤连接器是光纤通信系统 中不可缺少的无源器件，它的使用使得光通道间的可拆式连接成为可能，既方便 了光系统的调测与维护，又使光系统的转接调度更加灵活。     按照光纤的类型分：• 单模光纤连接器（一般为G.652 纤：光纤内径9um，外径125um），• 多模光纤连接器（一种是G.651 纤其内径50um，外径125um；另一种是内径62.5um，外径125um）；• 按照光纤连接器的连接头形式分：FC，SC，ST，LC，MU，MTRJ 等等，目前常用的有FC，SC，ST，LC• Gigac热插拔光模块所采用的光纤连接器有两种：SC 连接器和LC 连接器。         FC接口                                LC接口                     SC 接头                              ST 接头    http://www.gigac.comnull9SC（Subscriber Connector Standard Connector，光纤连接器），由日本 NTT公司开发的模塑插拔耦合式连接器。其外壳采用模塑工艺，用铸模玻 璃纤维塑料制成，呈矩形；插针由精密陶瓷制成，耦合套筒为金属开缝 套管结构。紧固方式采用插拔销式，不需要旋转。外观图如图1‐1所示。LC 连接器（Lucent Connector or Local Connector，朗讯连接器），外观图如图1‐2所示。                注意为了保护光纤连接器的清洁，请务必保证在未连接光纤时盖上防尘帽。http://www.gigac.comnull•••10接口指标输出光功率输出光功率指光模块发送端光源的输出光功率，单位：dBm。 接收灵敏度接收灵敏度指的是在一定速率、误码率情况下光模块的最小接收光功率，单 位：dBm。一般情况下，速率越高接收灵敏度越差，即最小接收光功率越大， 对于光模块接收端器件的要求也越高。 受压灵敏度受压灵敏度指输入信号在附加了抖动和垂直眼闭（vertical eye closure） 劣化条件后测得的灵敏度值，单位：dBm。此概念仅针对于10G 接口模块 （XENPAK 模块及XFP 模块）。http://www.gigac.comnull••11光模块发射光功率和接收灵敏度：发射光功率指发射端的光强，接收 灵敏度指可以探测到的光强度。两者都以dBm为单位，是影响传输距 离的重要参数。光模块可传输的距离主要受到损耗和色散两方面受限。 损耗限制可以根据公式：损耗受限距离＝（发射光功率‐接收灵敏度） /光纤衰减量  来估算。光纤衰减量和实际选用的光纤相关。一般目前 的G.652光纤可以做到1310nm波段0.5dB/km，1550nm波段0.3dB/km甚 至更佳。50um多模光纤在850nm波段4dB/km 1310nm波段2dB/km。对 于百兆、千兆的光模块色散受限远大于损耗受限，可以不作考虑。饱和光功率值：指光模块接收端最大可以探测到的光功率，一般为‐ 3dBm。当接收光功率大于饱和光功率的时候同样会导致误码产生。 因此对于发射光功率大的光模块不加衰减回环测试会出现误码现象。http://www.gigac.comnull••12光饱和度又称饱和光功率，指的是在一定的传输速率下，维持一定的误码率（10-10～ 10-12）时的最大输入光功率，单位：dBm。■需要注意的是，光探测器在强光照射下会出现光电流饱和现象，当出现此 现象后，探测器需要一定的时间恢复，此时接收灵敏度下降，接收到的信号 有可能出现误判而造成误码现象，而且还非常容易损坏接收端探测器，在使 用操作中应尽量避免超出其饱和光功率。             注意对于长距光模块，由于其平均输出光功率一般大于其最大输入光功率（即光 饱和度），因此请用户使用时关注光纤使用长度，以保证到达光模块的实际 接收光功率小于其光饱和度，否则有可能造成光模块的损坏。http://www.gigac.comnull40km‐13SFP光模块 SFP（Small Form‐factor Pluggables）可以简单的理解为GBIC的升级版本。SFP模块体积比 GBIC模块减少一半，可以在相同面板上配置多出一倍以上的端口数量。由于SFP模块在 功能上与GBIC基本一致，因此，也被有些交换机厂商称为小型化GBIC（Mini‐GBIC）。           波长多模单模速率 100/155M 1.25G 2.5G/4.25G 6G/10G850nm N/A 550m 330米 330米1310nm 2km 2km 2km 2km 1310nm 10km‐60km 10km‐40km 10km‐40km 10km‐40km 1550nm 60km‐160km 40km‐160km 40km‐120km N/ACWDM 40km‐ 120km 120km 40km‐ 120km N/Ahttp://www.gigac.comnull•14BIDI 模块 BiDi（Bidirectional）即：单纤双向。利用WDM技术,发送和接收两个方向使 用不同的中心波长。实现一根光纤双向传输光信号。一般光模块有两个 端口，TX为发射端口，RX为接收端口；而该光模块只有1个端口，通过光 模块中的滤波器进行滤波，同时完成1310nm光信号的发射和1550nm光信 号的接收，或者相反。因此该模块必须成对使用，他最大的优势就是节 省光纤资源。              距离/波长10km‐40km40km‐120km速率 100/155M 622M 1.25G 2.5G 1310nm SFP/GBIC SFP/GBIC SFP/GBIC SFP/GBIC 1550nm SFP/GBIC SFP/GBIC SFP/GBIC SFP/GBIC 1490nm SFP/GBIC SFP/GBIC SFP/GBIC SFP/GBIC 1550nm SFP/GBIC SFP/GBIC SFP/GBIC SFP/GBIC BIDI 模块必须成对使用，例如若一端使用了GACS‐Bi1312‐10 ，另外一 端就必须使用GACS‐Bi1512‐10 。 http://www.gigac.comnull15CWDM 模块CWDM光模块采用CWDM 技术，可以通过外接波分复用器，将不同波长的光信号复合 在一起，通过一根光纤进行传输，从而节约光纤资源。同时，接收端需要使用波 分解复用器对复光信号进行分解。◆1270nm到1610nm波长18个信道可供选择 ◆Uncooled MQW DFB LD◆可以选择的封装 1X9 /GBIC / SFF / SFP  ◆单一供电+3.3V或者+5V◆工作温度0°C‐70°C（商业级） ‐40℃‐85℃（工业级） ◆符合Telcordia (Bellcore) GR‐468‐CORE◆Class1产品，符合IEC60825‐1 和IEC 60825‐2要求 ◆符合RoHS标准的产品http://www.gigac.comnull16http://www.gigac.comnull17电口模块•  SFP 电口模块：GACT‐C12‐02 •  GBIC 电口模块：GACG‐C12‐02千兆电口模块所采用的传输媒质为5 类非屏蔽双绞线， 相比光纤传输方式来说，双绞线传输的传输距离较短， 只适用于小范围组网环境。http://www.gigac.comnull18SFP+光模块SFP+ 是SFP应用于10Gbit/s以太网和8.5Gbit/s光纤通道系统的 最新型可插拔光模块。这种模块的设计目的是通过更小 的体积和更低的成本，提供更高的接入密度，最终提高 用户接入容量。http://www.gigac.comnull19XFP 模块XFP模块是一种可热插拔的、占电路板面积很小的、 串行－串行光收发器，可以支持SONET OC‐192、 10 Gbps 以太网、10 Gbps 光纤通道和G.709链路。http://www.gigac.comnull20GBIC光模块GBIC是Giga Bitrate Interface Converter的缩写， 是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件。 GBIC设计上可以为热插拔使用，是一种符合 国际标准的可互换产品。http://www.gigac.comnull21Xenpak光模块Xenpak光模块通过70pin的SFP连接器与电路板连接，其数据通道是XAUI接口； Xenpak支持所有IEEE 802.3ae定义的光接口，在线路端可以提供10.3 Gb/s、 9.95 Gb/s或4×3.125 Gb/s的速率。http://www.gigac.comnull22Xpak和X2光模块Xpak和X2光模块都是从Xenpak标准演进而来的，其内部功能模块与Xenpak基本相 同，在电路板上的应用也相同，都是使用一个模块即可实现10G以太网光接口 的功能。由于Xenpak光模块安装到电路板上时需要在电路板上开槽，实现较复 杂，无法实现高密度应用。而Xpak和X2光模块经过改进后体积只有Xenpak的一 半左右，可以直接放到电路板上，因此适用于高密度的机架系统和PCI网卡应 用。http://www.gigac.comnull23光模块功能失效重要原因        光模块功能失效分为发射端失效和接收端失效，分析具体原因，最常出现的问题集中在以下几个方面：1．  光口污染和损伤       由于光接口的污染和损伤引起光链路损耗变大，导致光链路不通。产生的原因有： A． 光模块光口暴露在环境中，光口有灰尘进入而污染； B． 使用的光纤连接器端面已经污染，光模块光口二次污染；  C． 带尾纤的光接头端面使用不当，端面划伤等； D．使用劣质的光纤连接器； 2． ESD损伤• ESD是ElectroStatic Discharge缩写即"静电放电"，是一个上升时间可以小于1ns（10 亿分之一秒）甚至几百ps（1ps＝10000亿分之一秒）的非常快的过程，ESD可以产 生几十Kv/m甚至更大的强电磁脉冲。静电会吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响 产品的功能与寿命； ESD的瞬间电场或电流产生的热，使元件受伤，短期仍能工 作但寿命受到影响；甚至破坏元件的绝缘或导体，使元件不能工作（完全破坏）。 ESD是不可避免，除了提高电子元器件的抗ESD能力，重要的是正确使用，引起ESD 损伤的因素有：• 环境干燥，易产生ESD； • 不正常的操作，如：非热插拔光模块带电操作；不做静电防护直接用手接触光模块静电敏感的管脚[t2]；运输和存放过程中没有防静电包装； • 设备没有接地或者接地不良； http://www.gigac.comnull24光收发一体光模块应用注意点1． 光口问题光链路上各处的损耗衰减都关系到传输的性能，因此要求： A． 选择符合入网标准的光纤连接器；B． 光纤连接器要有封帽，不使用时盖上封帽，避免光纤连接器污染而二次污染光模块光口；封帽不使用时应放在防尘干净处保存；C． 光纤连接器插入是水平对准光口，避免端面和套筒划伤；D． 光模块光口避免长时间暴露，不使用时加盖光口塞；光口塞不使用时储存在防尘干净处； E． 光纤连接器的端面保持清洁，避免划伤； 2． ESD 损伤ESD 是自然界不可避免的现象，预防ESD 从防止电荷积聚和让电荷快速放电两方面着 手：A．保持环境的湿度30～75％RH；B．对光模块操作时做静电防护工作（如：带静电环或将手通过预先接触机壳等手段释 放静电），接触光模块壳体，避免接触光模块PIN 脚；C．使用的相关设备采用并联接地的公共接地点接地，保证接地路径最短，接地回路最 小，不能串联接地，应避免采用外接电缆连接接地回路的设计方式； D．包装和周转的时候，采用防静电包装和防静电周转箱/车； E．禁止对非热插拔的设备，进行带电插拔的操作； F．避免用万用表表笔直接静电敏感的管脚；http://www.gigac.comnull25简易光模块失效判断步骤1．测试光功率是否在指标要求范围之内，如果出现无光或者光功率小的现象。处理方法：A、检查光功率选择的波长和测量单位（dBm）B、清洁光纤连接器端面，光模块光口，方法见第五节。 C、检查光纤连接器端面是否发黑和划伤，光纤连接器是否 存在折断，更换光纤连接器做互换性试验 D、检查光纤连接器是否存在小的弯折。 E、热插拔光模块可以重新插拔测试。F、同一端口更换光模块或者同一光模块更换端口测试。 2．光功率正常但是链路无法通，检查link 灯。http://www.gigac.comnull26Thank YouGig acAll For Improve Your Cost EfficiencyGigac Technology Co., Ltd.www.gigac.comhttp://www.gigac.com