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光纤模块详解

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    [LV.1]初来乍到

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    发表于 2021-7-12 10:05 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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    x
    - J0 C) H7 R; `3 n
    光收发一体模块(SFP GBIC XFP)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。
    $ k2 ]3 f8 z" q$ w# E5 y% H 4 o( W+ d, i% H7 e
    光收发一体模块分类
    : l1 C  l0 l3 `; C: i+ a7 M
    + `& {! X( P2 a, C8 O# J  n按照速率分:以太网应用的100Base(百兆)、1000Base(千兆)、10GE
    " m# A3 Q6 ?, V+ T. U; m; j$ j
    , B3 S3 V" H( bSDH应用的155M、622M、2.5G、10G0 t: k) h* j- E$ N& I' r0 A9 P

    # a* y6 `9 Q8 i! I( H0 s6 j; }) S按照封装分:1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP,各种封装见9 x% }  E7 c" o) N* `' T

    % N+ r: |/ z. k- i/ d7 v! q% i& O; ]1×9封装——焊接型光模块,一般速度不高于千兆,多采用SC接口
      N' K9 `/ Y% F( r# | ( N  D: v) V/ y* s; b
    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
    - ]" O6 b& ]& _% v  E
    0 c! z0 w! l  o! l% [GBIC封装——热插拔千兆接口光模块,采用SC接口
    3 P9 w0 h6 z/ w) u/ u3 X' Q) f4 h1 U 9 _7 z' j4 H. b( J5 v* G
    SFP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
    1 _) J# i+ w; b
    " L. \8 x3 U8 v: ?9 I" Y$ H) HXENPAK封装——应用在万兆以太网,采用SC接口  y4 [) \' B5 Q9 y6 ~4 W  s% V6 z; q+ A3 C
    5 A& E: I3 P* d/ q, ]: x  Y
    XFP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" r8 Q) }5 N1 k- T

    / @- C* O% P/ r6 T" t. I  C按照激光类型分:LED、VCSEL、FP LD、DFB L
    0 `2 T: }+ B2 N
    . d; a" p  P' q. a/ H( U8 d按照发射波长分:850nm、1310nm、1550nm等等
    7 {- r' B4 E$ t, C% Z8 J# z& `9 _
    ( x  s. C% I8 c7 h  {按照使用方式分:非热插拔(1×9、SFF),可热插拔(GBIC、SFP、XENPAK、XFP)
    $ L4 I! `  i' _* S7 G
    : e/ N, y! b3 w6 g# u8 ]9 {& y% W光纤连接器的分类和主要规格参数
    9 j( Z) A. Y( `9 K! ^, P  0 V+ o2 u4 ~) r$ _. n8 ]+ S3 N4 h
    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。# N# @( ^7 ?+ _5 K/ X( T, y
    " k. r' P2 K. A0 N0 i( r; n
    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9 U8 @- \% B) H" c1 z7 p2 ~3 {
    单模光纤和多模光纤可以从纤芯的尺寸大小来简单地判别。单模光纤的纤芯很小,约4~10um,只传输主模态。这样可完全避免了模态色散,使得传输频带很宽,传输容量很大。这种光纤适用于大容量、长距离的光纤通信。它是未来光纤通信与光波技术发展的必然趋势。
    $ ^) ]) S/ C6 K; f: {+ q* w多模光纤又分为多模突变型光纤和多模渐变型光纤。前者纤芯直径较大,传输模态较多,因而带宽较窄,传输容量较小;后者纤芯中折射率随着半径的增加而减少,可获得比较小的模态色散,因而频带较宽,传输容量较大,目前一般都应用后者。8 V3 G" \; Z2 T( U7 A1 @2 k

    ! }' \1 m7 l; ?* [" ]  由于多模光纤中不同模式光的传波速度不同,因此多模光纤的传输距离很短。而单模光纤就能用在无中继的光通讯上。. q( X3 o0 h+ a

    ' j6 ~% Q$ R/ G5 Y: `" N  在光纤通信理论中,光纤有单模、多模之分,区别在于:
    0 w/ A* g& o# Y7 i0 Q1. 单模光纤芯径小(10m m左右),仅允许一个模式传输,色散小,工作在长波长(1310nm和1550nm),与光器件的耦合相对困难。, A5 D( G) w; O  d: j5 m! o& r/ r
    2. 多模光纤芯径大(62.5m m或50m m),允许上百个模式传输,色散大,工作在850nm或1310nm。与光器件的耦合相对容易。研究表明,多模光纤的带宽大约为4000Mb/s。 制造的单模光纤是为了消除脉冲展宽2 Q4 {2 A! c9 P  L: A  U
    ' o6 z" J; j7 ]3 X, N  r

    + r: A0 @! t+ L8 E" j  而对于光端模块来讲,严格的说并没有单模、多模之分。所谓单模、多模模块,指的是光端模块采用的光器件与何种光纤配合能获得最佳传输特性。1 w, V/ T5 Z( S- O$ O

    ( [( V! m* s- u+ [ 一般有以下区别:
    8 |/ C# S' m" j% ~1. 单模模块一般采用LD或光谱线较窄的LED作为光源,耦合部件尺寸与单模光纤配合好,使用单模光纤传输时能传输较远距离。6 n9 j/ q. i, ~  ~1 S
    2. 多模模块一般采用价格较低的LED作为光源,耦合部件尺寸与多模光纤配合好& R- L: Z9 t4 c
    & H- ]3 B; ?1 \
    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,
    8 j( H) g0 z5 b9 h6 J8 |1 k4 m! Q
    ' i. f: U4 ^/ t2 k6 [6 DFC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。" h7 X& m7 X9 L8 F! ^

      f# G) x, |* B" [2 CSC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。! Q( I: T  ^/ y+ B: w; c

    " \7 a6 K3 c! v, c9 e0 RLC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。
    5 Z, F1 O" A1 b, I/ Y
    3 _. j' t  s7 s! b& L0 a按照光纤连接器连接头内插针端面分:PC,SPC,UPC,APC5 c' {# G: a# ], p7 R/ I
    ; f, w# H9 S3 U: a
    按照光纤连接器的直径分:Φ3,Φ2, Φ0.9" P0 F. p! @, Z. X
    , |* H2 @: L1 k$ F: e' {2 e: X% _
    光纤连接器的性能主要有光学性能、互换性能、机械性能、环境性能和寿命。其中最重要的是插入损耗和回波损耗这两个指标。
    ! @& ]+ |' p9 {3 D/ @7 _
    9 R9 c' U5 L8 Z- B1、  光模块传输数率:百兆、千兆、10GE等等5 O. `3 b; i2 x  [0 h0 p

    & x/ h7 A2 p+ b4 A1 ^2、  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。+ z% o" a- R! T4 E+ R- u

    " Z3 |! e: d0 }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。
    & R& y" b6 O, w" w
    5 B2 j% W6 r. m3 ?$ R4、  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。
    0 h: O( a* S9 x, ^; Y
    5 G5 u5 d$ E7 F& t/ V* a光模块功能失效重要原因
    & O2 ]4 L8 @3 e
    ) T% h- \0 ^1 _, n3 j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:
    5 v  R% m5 Z9 z7 Q) u( H. y' B* d   c0 S. B4 q% ?
    1.  光口污染和损伤
    6 v, D6 d. U2 H; Q6 f8 T. K) Y
    3 y, x) P9 J8 n$ _" }) U( b; s( j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:
    , w& [' k/ A; W& n3 X
    6 n# m# R. |& W6 C1 ]; L+ WA. 光模块光口暴露在环境中,光口有灰尘进入而污染;
    , k: o$ Y2 g# w( U : H5 L2 G* k' R5 G5 e2 ]! S
    B. 使用的光纤连接器端面已经污染,光模块光口二次污染;
    / N2 I! }) F  j7 O' {" q& `
    ) {; {1 q% v3 O6 u+ a2 CC. 带尾纤的光接头端面使用不当,端面划伤等;
    ; s4 E2 Q9 p0 O) ]4 s2 j
    . g: h; d- r3 K$ D2 |D. 使用劣质的光纤连接器;
    . c& B- F  @5 N* @ 4 [# Z4 B1 U5 @2 L
    SFP是Small Form-Factor Pluggable的缩写,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,可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量。SFP模块的其他功能基本和GBIC一致。有些交换机厂商称SFP模块为小型化GBIC(MINI-GBIC),支持SX、LX、TX、LH,走1000M。
    / D6 F0 o3 {3 @2 l% D2 V0 X0 K; W: G  P' o/ ?$ j
    与GBIC的模块 5483(转成1000M电口)5484(多模,500M以内),5486(单多模,10KM),5487(单模,可达70KM)相对应的SFP模块是GLC模块,分为GLC-LH-SM=(单模,10KM),GLC-SX-MM= (多模,500M,)GLC-ZX-SM=(单模,70KM),GLC-T=(转成电口): Z; [6 {# E7 z' @" ~* r6 S

    * Y6 \3 j$ C) o" S- NGBIC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。GBIC是一种符合国际标准的可互换产品。采用GBIC接口设计的千兆位交换机由于互换灵活,在市场上占有较大的市场分额。
    ; R' b0 ^% L9 q7 }
    8 M8 h9 r& a5 m( L) x附录一些常见交换机模块型号4 K: z8 g2 }$ ^" m9 w& f! o. H

    + U4 b7 m, v2 \& [( {GBIC系列
    6 O( Y, r0 L& {0 oWS-5483    1000BASE-T, GBIC模块, RJ-45接口, 传输距离100M(兼容思科G5483) & M2 x4 Q, A9 M  k$ c9 b6 z
    WS-5484   1000BASE-SX, GBIC模块, 多模, SC接口, 波长 850nm,传输距离550M(兼容思科G5484)
    0 {$ f  a+ q% d. T3 r% ?2 p( wWS-5485   1000BASE-LX, GBIC模块, 单模, SC接口, 波长1310nm,传输距离10KM(兼容思科G5486)
    ! z1 _7 Y- ~' J2 z9 y# L0 qWS-5487   1000BASE-ZX, GBIC模块, 单模, SC接口, 波长1550nm,传输距离70KM(兼容思科G5487)
    / z5 }8 D' l) T*********************************************************
    ( [5 p' P) t! l# C- ZSFP系列. Q: Q+ x; Z( f% [: X
    GLC-T               1000BASE-T, SFP模块, RJ-45接口, 传输距离100; _# j( Z+ c+ t) |7 F
    GLC-SX-MM-C        1000BASE-SX, SFP模块, 多模, LC接口, 波长850nm,传输距离550M 2 M( J4 E! f  I5 D
    GLC-LH-SM-C        1000BASE-LX, SFP模块, 单模, LC接口, 波长1310nm,传输距离10KM 2 k  s# v8 E% n) |8 X
    GLC-ZX-SM-C        1000BASE-ZX, SFP模块, 单模, LC接口, 波长1550nm,传输距离70KM-80KM ( Z  d' l2 g/ I0 c! M& s
    GLC-LH-SM-20KM-C   1000BASE-LX, SFP模块, 单模, LC接口, 波长1310nm,传输距离20KM ' }' [+ n+ I/ }' L3 d
    GLC-LH-SM-40KM-C   1000BASE-LX, SFP模块, 单模, LC接口, 波长1310nm,传输距离40KM 6 }9 i; t+ D+ b
    GLC-ZX-SM-120KM-C  1000BASE-ZX, SFP模块, 单模, LC接口, 波长1550nm,最大传输距离120KM   
    # K7 z' s' I' g*********************************************************; i* G  ^( e; m" w, H% Q3 {
    CWDM系列! a$ h: W5 I2 f4 N1 O4 _* u# L) J' Q
    CWDM-GBIC-xxxx-C        波分复用SFP光纤模块,工作波长1470nm到1610nm,传输距离70KM-8
    1 E6 g% E: G- p: K5 lCWDM-SFP -xxxx-C        波分复用SFP光纤模块,工作波长1470nm到1610nm,传输距离70KM-80KM 7 Q( r- h/ k. @
    CWDM-GBIC-xxxx-120KM-C  波分复用SFP光纤模块,工作波长1470nm到1610nm,传输距离100-120KM . _% Y0 \  s; }1 f7 b5 i& t
    CWDM-SFP -xxxx-120KM-C  波分复用SFP光纤模块,工作波长1470nm到1610nm,传输距离100-120KM
      ?& f  N5 ~3 q3 S: W**********************************************************XENPAK系列
    - }. J  {8 n0 z6 pXENPAK-10GB-SR-C    10GBASE-SR,XENPAK模块,多模,300M,波长850nm % n* b4 U( Z: K# v( j4 n/ S
    XENPAK-10GB-LR-C    10GBASE-LR,XENPAK模块,单模,10KM,波长1310nm
    : s, O& r; v4 G# Z9 ~& N- Q0 G# SXENPAK-10GB-ER-C    10GBASE-ER,XENPAK模块,单模,40KM,波长1550nm
    - K; \5 r7 s, O: P0 M" BXENPAK-10GB-ZR-C    10GBASE-ER,XENPAK模块,单模,70KM,波长1550nm8 J! q; Z- z! \' w
    ***********************************************************4 q2 R2 o% L$ E
    X2-10GB-SR-C    10GBASE-SR,X2模块,多模,300M,波长850nm
      ?7 Z: `. }7 U/ YX2-10GB-LR-C    10GBASE-LR,X2模块,单模,10KM,波长1310nm
    1 C# s1 y( D+ n/ r, }4 r9 J* ~! cX2-10GB-ER-C    10GBASE-ER,X2模块,单模,40KM,波长1550nm & _/ U+ F& j4 j7 m8 s
    ************************************************************
    9 Q  v2 O' p* m  tXFP系列3 j+ L. ]5 R( y* N2 _# j8 b' o
    XFP-10GB-SR    10GBASE-SR,XFP模块,多模,300M,波长850nm
    " p. R) T. P8 d* M8 v& K( k* o8 |5 o$ T( fXFP-10GB-LR    10GBASE-LR,XFP模块,单模,10KM,波长1310nm ; f7 R9 l1 [. ^5 ?9 I' V2 g& G
    XFP-10GB-ER    10GBASE-ER,X2模块,单模,40KM,波长1550nm

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