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9 l9 l" j4 E% Z( {6 D, H一、光收发一体模块定义) v" i* W# J! v1 z2 m' @
, i: |/ j/ t& K5 t+ D7 F3 R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。/ [! X5 ]9 y/ |/ \" [1 b
& b7 d0 g0 N/ ?! c! H) G二、光收发一体模块分类+ d( g6 G3 ~' T3 ]4 s$ J `# a1 p" o
- G3 E# p( K$ \1 ]8 v3 f" F& \按照速率分:以太网应用的100Base(百兆)、1000Base(千兆)、10GE SDH应用的155M、622M、2.5G、10G+ u# p- x2 }! u8 ?6 D
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按照封装分:1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP,各种封装见图1~60 E0 }8 S: M( u3 z6 t2 P w9 M" J
% l& g$ \4 N( A% ]6 u1×9封装--焊接型光模块,一般速度不高于千兆,多采用SC接口# R1 p3 k3 {( G
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SFF封装--焊接小封装光模块,一般速度不高于千兆,多采用LC接口
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GBIC封装--热插拔千兆接口光模块,采用SC接口
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% M6 |+ F: H I1 BSFP封装--热插拔小封装模块,目前最高数率可达4G,多采用LC接口
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* g3 d( h$ ]- aXENPAK封装--应用在万兆以太网,采用SC接口6 a3 ^0 _$ E! i! U
3 x' r( F# `" A, cXFP封装--10G光模块,可用在万兆以太网,SONET等多种系统,多采用LC接口- c4 x2 _+ g0 i6 P- u+ M$ T
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按照激光类型分:LED、VCSEL、FP LD、DFB LD
4 m) R0 e, k2 ^# X' @+ V' X0 {/ u按照发射波长分:850nm、1310nm、1550nm等等
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按照使用方式分:非热插拔(1×9、SFF),可热插拔(GBIC、SFP、XENPAK、XFP)8 v1 I+ x: w! `: ^; z, F
) M. S/ Z7 S) _. t \# e- [6 \三、光纤连接器的分类和主要规格参数
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光纤连接器是在一段光纤的两头都安装上连接头,主要作光配线使用。1 |6 D+ b/ Q( F) l1 E6 I
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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);
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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,见图7~10。! s- E0 i: H6 u, u) F- }
( M; l5 v# l# O1 bFC型--最早由日本NTT研制。外部加强件采用金属套,紧固方式为螺丝扣。测试设备选用该种接头较多。8 z; r! y; t9 g/ k6 u% z
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SC型--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。; Y( P+ L* C& g J1 T
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LC型--朗讯公司设计的。套管外径为1.25mm,是通常采用的FC-SC、ST套管外径2.5mm的一半。提高连接器的应用密度。& d: I0 n% I- p) ]9 r5 H4 |3 E% d5 C
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m( i5 t" H" z* z4 L O四、光模块主要参数7 i- @8 w/ @' ]5 i3 I1 [* Q0 A
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1、 光模块传输数率:百兆、千兆、10GE等等2 Y: i# F2 k5 X6 i( g" t" d; F
" o+ @- N# S M/ x) o0 D& y2、 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。常见的光模块规格:" G' ^" K" T8 |
# l7 _2 H! y* I传输数率 发射波段 传输使用光纤 参考传输距离 百兆 1310nm 多模 2km 百兆 1310nm 单模 15km 百兆 1310nm 单模 40km 百兆 1550nm 单模 80km 千兆 850nm 多模 550m 千兆 1310 单模/多模 10km/550m 千兆 1550 单模 70km
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3、 10GE光模块遵循802.3ae的标准,传输的距离和选用光纤类型、光模块光性能相关。如10G-S传输距离的300m有如下条件0 }# h/ W$ ]- I
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4、 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。9 ]0 ~) W9 Q' v
' n1 ^+ J2 U7 j% j五、光模块功能失效重要原因- t, m. ^9 Q7 {* X2 @, e
; G+ `% x7 k7 N- s4 T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:8 Q* h% \. H# m; N# T/ j, U. ?
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1. 光口污染和损伤" L8 l1 U7 n3 b! c$ L, T9 m% T/ ]
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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:, m; e8 z; e( C: P+ Y1 `( Y
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- 光模块光口暴露在环境中,光口有灰尘进入而污染;
- 使用的光纤连接器端面已经污染,光模块光口二次污染;
- 带尾纤的光接头端面使用不当,端面划伤等;
- 使用劣质的光纤连接器;* o. C5 |* D8 i, w" N1 L0 I! h& Z$ F
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2. ESD损伤
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2 }0 F" ~2 g9 G% vESD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:
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6 e$ l0 A# c2 P2 K- U$ E5 Q- D- D- 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;
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$ V0 d0 j, ]9 Q六、光收发一体光模块应用注意点
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* E. e, w" J8 k1. 光口问题
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+ `0 ?+ G+ _+ f T6 Y光链路上各处的损耗衰减都关系到传输的性能,因此要求:
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% y4 |2 |& E8 l4 X7 o- 选择符合入网标准的光纤连接器;
- 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;
- 光纤连接器插入是水平对准光口,避免端面和套筒划伤;
- 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;清洁光模块时根据光口类型选用合适的无尘棉棒(SC使用ф2.5mm的无尘棉棒[如NTT的14100400],LC和MTRJ使用ф1.25mm的无尘棉棒[如NTT的14100401])蘸上无水酒精插入光口内部,按同一方向旋转擦拭;然后再用干燥的无尘棉棒插入器件光口,按同一方向旋转擦拭;
- 光纤连接器的端面保持清洁,避免划伤;清洁端面时使用干燥无尘棉[如:小津产业株式会社的M-3]在手指未接触部分按如图9所示方法擦拭清洁,每次擦拭不能在同一位置;对脏污严重的接头,则将无尘棉浸无水酒精(不易过多),按相同方法进行擦拭清洁,并需更换另一干燥无尘棉按相同方法操作一次,保证接头端面干燥,再进行测试;此类清洁方法需注意擦拭长度要足够,才能保证清洁效果,并且不能在相同位置重复擦拭;此类无尘棉每张可按图示方向擦拭4次;场地不足时可将无尘棉放在手掌上,在手指未接触部分按如图10所示方法在手掌部位进行擦拭清洁,每次擦拭不能在同一位置;对脏污严重的接头,则将无尘棉浸无水酒精(不易过多),按相同方法进行擦拭清洁,并需更换另一干燥无尘棉按相同方法操作一次,保证接头端面干燥,再进行测试;此类清洁方法需注意擦拭长度要足够,才能保证清洁效果,并且不能在相同位置重复擦拭;此类无尘棉每张可按图示方向擦拭3次;也可以使用清洁器如图11~13所示;6 x; D, x7 [- ]7 c( W
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& g" ^8 F7 f3 A+ A2. ESD损伤
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, P4 u g4 M- ~, {: UESD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:
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- 保持环境的湿度30~75%RH;
- 划定专门的防静电区域。选用防静电的地板或工作台;
- 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;
- 在专门的防静电区域中操作,防静电工作区内禁止放置工作不必须的静电产生材料,如未作防静电处理的塑料袋、盒子、泡沫、带子、笔记本、纸片、个人用品等物品,这些材料必须距离静电敏感器件30厘米以上;
- 包装和周转的时候,采用防静电包装和防静电周转箱/车;
- 禁止对非热插拔的设备,进行带电插拔的操作;
- 避免用万用表表笔直接检测静电敏感的管脚;
- 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;6 _, [1 a' y: E' ? m
8 X6 F A3 `2 p- H七、简易光模块失效判断步骤
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% H$ J2 C& B. ~, o$ G1.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:$ j w: q5 N- n
5 F* {1 Y. R6 A- 检查光功率选择的波长和测量单位(dBm)
- 清洁光纤连接器端面,光模块光口,方法见第五节。
- 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
- 检查光纤连接器是否存在小的弯折。
- 热插拔光模块可以重新插拔测试。
- 同一端口更换光模块或者同一光模块更换端口测试。; ~% k' [" B% X5 x! ]1 o$ w
. [+ \ Q$ L" i% x8 o* t( l& T2.光功率正常但是链路无法通,检查link灯。
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$ M* g" r' t' z9 m3. 客户端光模块无光输出" ^1 J, I" X' U$ M- S9 p' H
B W+ D5 f* O1 n分析结果:故障品返回后故障复现,定位LD不发光。分解LD,其内部芯片电镜图分析为ESD和EOS导致故障。
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九、附件--光纤端面要求
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