光模块介绍课件.pptx

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1、光模块介绍,主要内容,光模块发展简述光模块基本原理SFP光模块分类SFP光模块电气接口SFP光模块接口性能指标SFP光模块信息SFP光模块使用注意事项SFP光模块相关参考标准案例讨论,按封装：1*9 、GBIC、 SFF、SFP、XFP、SFP+、X2、XENPARK、300pin等。 按速率：155M、622M、1.25G、2.5G、4.25G、10G、40G等。 按波长：常规波长、CWDM、DWDM等。 按模式：单模光纤（黄色）、多模光纤（橘红色）。 按使用性：热插拔（GBIC、 SFP、XFP、XENPAK）和非热插拔（1*9、SFF）。,光模块分类,光模块发展简述-分类,光模块发展简述

2、-封装形式,1X9封装,300pin封装 XENPAK封装 X2封装 XFP 封装 SFP+封装,百/千兆以太网、SDH网的传输,10Gbps的以太网,SFF封装,GBIC封装,SFP封装,光模块发展简述-封装形式,光模块发展简述-封装形式,主要内容,光模块发展简述光模块基本原理SFP光模块分类SFP光模块电气接口SFP光模块接口性能指标SFP光模块信息SFP光模块使用注意事项SFP光模块相关参考标准案例讨论,光模块基本原理,光收发一体模块是光通信的核心器件主要功能 完成对光信号的光-电/电-光转换由两部分组成 接收部分和发射部分接收部分 实现光-电变换发射部分 实现电-光变换,光收发一体模块

3、（Optical Transceiver),光模块内部结构,光模块基本原理,光模块基本原理,发射部分： 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(APC)，使输出的光信号功率保持稳定。 接收部分： 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。,主要内容,光模块发展简述光模块基本原理SFP光模块分类SFP光模块电气接口SFP光模块接口性能指标SFP光模块信息SFP光模块使

4、用注意事项SFP光模块相关参考标准案例讨论,全称Small Form-factor Pluggable，即：小型可热插拔光收发一体模块。 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）。外观结构：,SFP光模块,SFP光模块,13,速率：155M、1.25G、2.5G、4.25G 波长：常规波长、CWDM、DWDM 距离：短距、中距、长距 传输模式：电口、单模（光纤黄色）、多模（光纤橘红色）,SFP光模块分类,SFP光模块特殊类型,BIDI-SFP：单纤

5、双向SFP，利用WDM技术,发送和接收两个方向的不同中心波长，从而实现一根光纤双向传输光信号。BIDI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，BIDI模块必须成对使用， 应用领域：常规SFP、xWDM SFP、以及PON SFP,SFP光模块特殊类型,C-SFP：Compact SFP，紧凑型SFP，在现有SFP封装基础上，发展为更先进、更紧凑的CSFP封装。,CSFP MSA中共定义了3种C-SFP：1ch Compact SFP2ch Compact SFP（Option 1）2ch Compact SF

6、P（Option 2）,SFP光模块特殊类型,Copper SFP：电口SFP，SFP封装，电口模块，100米可支持最大传输距离 100m（RJ45，5类双绞线为传输介质）。有以下几种分类:百兆Copper SFP/SFP电口模块，自协商关闭10/100M自适应Copper SFP/SFP电口模块千兆Copper SFP/SFP电口模块，自协商关闭10/100/1000M自适应Copper SFP/SFP电口模块,SFP光模块特殊类型,CWDM SFP：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

7、用器对复光信号进行分解。CWDM SFP光模块分为18个波段，从1270nm1610nm，每两个波段之间相隔20nm。CWDM SFP具有速率和协议透明性，CWDM 提供了在一根光纤上提供不同速率的、对协议透明的传输通道，允许使用者直接上下某一个波长，而不用转换原始信号的格式。常用8个波段，从1470nm1610nm，每通道间隔20nm。一般会用颜色来区分不同波段光模块。,SFP光模块特殊类型,什么情况下使用CWDM SFP？,SFP光模块特殊类型,DWDM SFP：属于密集波分复用技术，可以将不同波长的光偶合到单芯光纤中去，一起传输。 DWDM SFP的通道间隔根据需要有0.4nm,0.8n

8、m,1.6nm等不同间隔,间隔较小、需要额外的波长控制器件。DWDM SFP的一个关键 优点是它的协议和传输速度是不相关的。,SFP光模块特殊类型,SFP+光模块：是新一代的万兆光模块,它按照ANSI T11协议,可以满足光纤通道的8.5G和以太网10G的应用。SFP+比早期的XFP光模块外观尺寸缩小了约30%,和普通的SFP光模块外观一样。SFP+只保留了基本的电光、光电转换功能,减少了原有XFP设计中的SerDes, CDR, EDC, MAC等信号控制功能,从而简化了10G光模块的设计,功耗也因而更小。具有高密度、低功耗、更低系统构造成本等显著优点SFP+的屏蔽要求比SFP更严格,要求具

9、备更好的屏蔽效果。,主要内容,光模块发展简述光模块基本原理SFP光模块分类SFP光模块电气接口SFP光模块接口性能指标SFP光模块信息SFP光模块使用注意事项SFP光模块相关参考标准案例讨论,根据SFP MSA中规定，SFP光模块引脚定义如下：,SFP光模块电气接口,根据SFP MSA中规定，SFP光模块引脚定义如下：,SFP光模块电气接口,电气接口电源：,SFP光模块电气接口,VCCT 和 VCCR分别是发射和接收部分电源，要求3.3V5%，最大供电电流300mA以上。电感的直流阻抗应该小于1欧姆，确保SFP的供电电压稳定在3.3V。推荐的滤波网络，可以保证插拔模块时的浪涌小于30mA。,V

10、CCT 和 VCCR可以在模块内相连。发射和接收的地可以在模块内相连。,电气接口差分输入/输出：,SFP光模块电气接口,TD是发射部分差分信号输入,采用交流耦合,差分线具有100欧姆输入阻抗。差分输入信号摆幅范围500mV2400mV。RD 接收部分差分信号输出,采用交流耦合,差分线具有100欧姆输入阻抗。差分输出信号摆幅范围3702000mV。,电气接口I2C总线：,Mod_Def1:I2C的时钟线.应该在主板上由4.7K10K电阻上拉至VCCMod_Def2:I2C的数据线.应该在主板上由4.7K10K电阻上拉至VCCMod_Def0:接地Rate_Select: 接收部分速率选择。,电气

11、接口状态控制信号：,SFP光模块电气接口,TX_Fault:开集/漏极输出,需要在主板上由4.7K10K电阻上拉至2VCC+0.3V. 激光器失效时为高电平,正常工作时为低电平( 0.8V )。TX_Disable:关断使能输入.需要在模块内由4.7K10K电阻上拉至2VCC+0.3V。 低电平(00.8) 正常工作 高电平(23.465)关断 悬空:关断LOS:开集/漏极输出,需要4.7K10K电阻上拉至2VCC+0.3V.当输入光功率低于最差接受光功率时，高电平告警。,SFP光模块推荐接口电路,SFP光模块电气接口,主要内容,光模块发展简述光模块基本原理SFP光模块分类SFP光模块电气接口

12、SFP光模块接口性能指标SFP光模块信息SFP光模块使用注意事项SFP光模块相关参考标准案例讨论,发送侧发送通常使用发光二极管(LED)或激光器(LD)，激光器又分为： VCSEL激光器（主流应用于850nm波长多模光纤短距传输） FP-LD激光器（多纵模工作模式，常用波长1310nm和1550nm） DFB-LD激光器（单纵模工作模式，常用波长有1310nm、1490nm、 1550nm和CWDM/DWDM波长，适用于中、长距离光纤传输）,SFP光模块接口性能指标,谱宽： 谱宽定义：光谱或光谱特性的波长范围的量度 基于不同的光源类型，光谱宽度有几种不同的定义，其中RMS和FWHM一般用于描述

13、多纵模光源（FP激光器），-20dB谱宽一般用于描述单纵模光源（FP激光器）。 通常使用光谱仪进行测量，它可以测出光源的中心波长，光谱宽度，边模抑制比等指标。通过下面光谱图认识一下不同类型的激光器。,中心波长 即使是纯度最高的激光，也有一定的波长分布范围。例如，如果需要产生波长为1550nm的激光，那最终能实现的是在15491551nm的激光，只不过1550nm这个波长的光能量最大，这就是所谓的中心波长。,SFP光模块接口性能指标,SFP光模块接口性能指标,发送光功率 可以理解为光的强度，单位为W或mW或dBm。其中W或mW为线性单位，dBm为对数单位。在通信中，我们通常使用dBm来表示光功率

14、。 公式： P(dBm)=10Log(P/1mW) 光功率衰减一半，降低3dB，0dBm的光功率对应1mW,SFP光模块接口性能指标,使用光功率计测量。针对PON产品，由于其ONU端采用的是突发模式，因此需使用专用的光功率计进行测量，串接在线路中，可以即时给出当前上行和下行的光功率。,眼图 光眼图形状的好坏直接影响到光模块的传输性能，眼图提供了多项指标参考，比如消光比，光功率稳定度，激光器调制特性，抖动等。眼图判断好坏的标准为眼图模板,目前我公司主要有一台仪表可测试眼图: 1)力科SDA-8Zi示波器,SFP光模块接口性能指标,消光比 定义为眼图中“1”时的平均输出光功率与“0”时的平均输出光

15、功率的比值。根据不同的速率、不同的传输距离、不同的激光器类型，消光比要求不一样。一般的对于FP/DFB 激光器要求消光比不小于8.2dB，典型值在10dB左右。Margin-眼图余量 这个测量值是越大 越好，一般在千兆 发送侧的测量值都 要求大于20%。,眼图要能够套住模板只是眼图的最基本的要求，而不是唯一的要求。引起眼图质量好坏原因可能是驱动器、激光器本身问题，也可能是由于阻抗不匹配、抖动、噪声引起。,SFP光模块接口性能指标,1. PIN：短距； 2. APD：长距；（用于1.25G 80km和2.5G 80k模块。灵敏度高，过载点低，容易损坏！）衡量接收器件的指标： 1. Receive

16、r Sensitive 接收灵敏度； 2. Receiver Overload 过载点； 3. LOS Assert/LOS 判决光功率； 4. LOS Dessert/LOS 去除光功率；,接收侧接收侧使用的光器件为PIN管或APD管。,SFP光模块接口性能指标,接收灵敏度 接收灵敏度代表PD的接收能力。表示所能正确接收，识别业务信号的最小输入光功率。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。,考虑到光纤老化或其他不可预见因素导致的链路损耗增大，最佳接收光功率范围控制在接收灵敏度以上2-3dB 至过载点以下2-3dB，即上图中的白色区域。,S

17、FP光模块接口性能指标,过载光功率 过载光功率代表PD的承受能力。表示所能正确接收，识别业务信号的最大输入光功率，光过强则超出PD管的工作范围。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。,告警域值 为了消除告警抖动，光收发模块的告警域值有两个，一个是高到低的域值LOS Dessert/LOS去除光功率，一个是低到高的域值LOS Assert/LOS判决光功率。通常告警域值为比接收灵敏度低2-10dB。,SFP光模块接口性能指标,主要内容,光模块发展简述光模块基本原理SFP光模块分类SFP光模块电气接口SFP光模块接口性能指标

18、SFP光模块信息SFP光模块使用注意事项SFP光模块相关参考标准案例讨论,SFP光模块信息,内部结构：,SFP光模块信息主要包括三部分：SFP基本信息SFP状态控制信息SFP数字诊断信息,EEPROM,MCU,SFP光模块信息,SFP的内部信息和数字诊断由MSA组织制订，主要文档有SFF- 8472。在整个EEPROM空间有A0h和A2h两个空间组成，其中A0h存放固定信息，A2h存放数字诊断监控功能相关的信息。,SFP内部I2C地址为A0h的EEPROM空间容量为256*8 bit，存储了生产厂家、型号、传输兼容性、速率和传输距离等基本信息。地址为A2h的EEPROM数据空间容量也为256*

19、8 bit，存储了5项数字诊断监控项的阈值门限数据、动态更新的采样结果和告警标志位等数据。A2h数据空间实现了数字诊断监控接口（Digital Diagnostic Monitoring Interface, DDMI）。智能SFP模块是时下各模块厂商的标志性产品，即采用数字诊断功能的SFP模块。通过数字诊断功能，网络管理单元可以实时监测模块的温度，供电电压，激光偏置电流以及发射和接收的光功率。通过这些参量的测量，管理单元能迅速找出光纤链路中发生错误的具体位置，以简化维护工作，提高系统的可靠性。,SFP光模块信息,SFP光模块信息-基本信息,A0地址为基本信息。一般我们要关注：,SFP光模块信

20、息-基本信息,A0地址为基本信息。一般我们要关注：,SFP光模块信息-基本信息,A0地址为基本信息。一般我们要关注：,SFP光模块信息-状态控制信息,SFP状态信息可由SFP的硬件管脚动态获得,SFP光模块信息-数字诊断信息,SFP数字诊断功能，支持5种性能数据（光模块温度，供电电压，激光器偏置电流，发送光功率，接收光功率）的实时动态刷新，这些性能数据为网管显示的必选项，显示内容和要求如下：,SFP光模块信息-数字诊断信息,每个监控参数占2字节16位，不足16位低位补零。 规定SFP模块通过相应的接口监控待测模块的五个上报参数是否在正常的范围内。每个参数有两级告警，分别称作Alarm和Warn

21、ing告警，每一级又分High和Low两个告警。当监控的参数超出设置的Alarm和Warning阈值时，就会置相应的标志位，产生告警。,其中分别用红色背景色表示告警，黄色背景色表示预警，白色背景色表示正常，在数据后面括号中的H代表上限告警/预警，L代表下限告警/预警。,Alarm(H),Alarm(L),Warning(H),Warning(L),Normal,数字诊断功能的数据转化过程,SFP光模块信息-数字诊断信息,SFF8472主要定义数字诊断接口，目前版本为11.0。I2C总线应使用低速模式（0-100Kbps），以确保能兼容不同厂家SFP产品，推荐工作速率为50Kbps 。,SFP光

22、模块的SFF8472协议,建议：上电延时300500ms再进行读取上电读取一次,实时刷新建议刷新时间3-5S,SFP光模块信息,主要内容,光模块发展简述光模块基本原理SFP光模块分类SFP光模块电气接口SFP光模块接口性能指标SFP光模块信息SFP光模块使用注意事项SFP光模块相关参考标准案例讨论,1.SFP模块平稳推入导轨,2.轻轻按压SFP使其与导轨锁紧,3.向外侧轻拔模块，以确认SFP与连接器已正常连接,SFP光模块安装,SFP光模块使用注意事项,1.拆除SFP模块上的光纤。,2.轻轻按压SFP模块，使其归位。,3.将SFP模块拉环轻轻往外侧弯折约90，以解除模块与导轨的锁紧状态。,4.

23、保持拉环角度，将SFP模块取出导轨。,SFP光模块卸载,SFP光模块使用注意事项,测试用光纤须保证端面清洁，使用光纤连接光功率计或SFP模块前，必须清洁端面； 不要让SFP模块接收光功率长期处于过载点以上，尤其对于采用APD接收器件的模块，以免损坏； 使用仪表测试SFP模块时需要先查看测试仪器的光功率输入范围，以免损坏仪器。SFP模块测试完毕后应塞上防尘帽，以免发射/接收端面被污染，影响测试结果。,永远不要让光纤尾部正对你的眼睛，永远不要向光纤里面看，不要直接或使用仪器看光纤尾部。激光是不可见的，但可能会对人眼造成永久伤害。,注意-,SFP光模块的使用,SFP光模块使用注意事项,SFP光模块使

24、用注意事项,光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。模块型号标称的传输距离只作为一种分类方法，实际应用中不能直接套用。因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散，无法达到标称的传输距离。 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。实际传输距离取决于对应型号光模块的实际发射功

25、率、光路上的传输衰减和光口的接收灵敏度。,SFP光模块的选用,SFP光模块使用注意事项,发射光功率和接收灵敏度是影响传输距离的重要参数。损耗限制可以根据公式来估算：损耗受限距离=（发射光功率-接收灵敏度）/光纤衰减量光纤衰减量和实际选用的光纤相关：目前使用的G.652光纤可以做到： 1310nm波段0.5dB/km 1550nm波段0.25dB/km50um多模光纤： 850nm波段3.5dB/km 1310nm波段2dB/km。,SFP光模块的选用,对于长距光模块：平均输出光功率饱和光功率注意光纤使用长度，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。,SFP光

26、模块使用注意事项,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：可采用以下处理办法：检查光功率计选择的波长和单位是否正确；清洁光纤连接器端面，光模块光口；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角度的弯折；重新插拔光模块测试；同一端口更换光模块或同一光模块更换端口测试。,简易光模块失效判断步骤,主要内容,光模块发展简述光模块基本原理SFP光模块分类SFP光模块电气接口SFP光模块接口性能指标SFP光模块信息SFP光模块使用注意事项SFP光模块相关参考标准案例讨论,SFP光模块相关参考标准,INF-8074

27、i：SFP MSASFF-8472：数字诊断接口协议DWDM MSA SFP ：密集波分复用模块标准GR-468-CORE：光器件可靠性方面的通用标准ITU-T G.651：多模光纤标准ITU-T G.652：单模光纤标准21CFR 1040.10 激光安全等级YD/T1352-2005：千兆以太网行业标准,主要内容,光模块发展简述光模块基本原理SFP光模块分类SFP光模块电气接口SFP光模块接口性能指标SFP光模块信息SFP光模块使用注意事项SFP光模块相关参考标准案例讨论,案例一,现象： 测试某板卡光口时，发现光口LOS指示信号在有光输入时低电平没有完全被拉低，有780mv的电压。,从图中

28、可以看出，在无光输入时LOS的电平值是正确的，但是在有光输入时，电平值是有问题的，没有被完全拉低，而是出现780mv的电压。,案例一,分析： 1.查原理图。,案例一,分析： 从原理图可以看出，LOS信号出了点灯外，还给了88E3105和MCU,因此怀疑1驱3，负载太大，导致LOS信号输出低电平时驱动电流不足。 把88E3105和MCU端的串阻去掉后再测量LOS信号，发现并没有什么变化。因此可以判断并不是由于1驱3负载太大引起的，而是由于光模块本身的驱动不足导致的。2.查看LED的手册，LED点灯需要10mA的电流，而光模块的手册并没有说明输出低电平时能够提供多大的驱动电流，但是对LOS信号的上

29、拉电阻和低电平的阈值都有要求（如下手册）。因此怀疑光模块的LOS信号是不能直接点灯的。,案例一,解决办法： 第一，在原来的设计上加个驱动，LOS信号要先过驱动，但这样会增加成本。 第二：LOS信号不直接点灯，而是用MCU来点灯。经验总结： 我司LOS信号不直接用来点灯，均是送给FPGA，由FPGA来做点灯处理，可以避免该问题。,案例二,现象： 在某板卡光口上进行多次插拔SFP光模块，有时会出现SFP基本信息不正确的错误。例如生产厂家显示错误或乱码等。,案例二,分析： SFP光模块基本信息是在SFP出厂前进行烧写，烧写后会进行校对检验。因此存在基本信息本身不正确的可能性很小。 单板设计是通过I2

30、C总线进行读取SFP基本信息和诊断信息。软件读取SFP基本信息的基本过程如下： 通过GPIO检测SFP在位信号(Exist)。当检测到SFP在位，立即通过I2C总线读取SFP基本信息，存入板卡的RAM中。当检测到SFP不在位，则删除RAM中的SFP信息。当网管查询时，如果SFP在位，软件直接将RAM中的SFP基本信息上报，而不会从SFP中读取。如果SFP不在位，单板软件上报SFP不在位。单板软件读取SFP基本信息的操作只进行一次。 实际应用中，光模块种类繁多，可能来自不同厂家。SFP内部MCU上电复位的时间也有差异。当软件检测到SFP在位，此时MCU可能没完成复位和初始化。立即通过I2C总线读

31、取基本信息，有可能造成基本信息读取错误或不完整。 由于软件只读取一次SFP信息，因此一旦出现基本信息不正确的问题后，不能通过刷新的办法补救，只能通过插拔SFP来补救。,案例二,解决办法： 升级单板软件，当单板检测到SFP在位，延时一段时间再读取SFP基本信息，同时单板软件增加轮询功能。经验总结： 标准SFF-8472 的要求：光模块在位后，至少延时300ms，再进行数据传输操作，出于稳定性的考虑，建议增加的延时为300-500ms左右，可以确保不同设备，配备不同光模块时，数据信息操作的可靠性。 A0：上电延时300500ms再进行读取，上电读取一次。 A2：上电延时300500ms后，实时刷新

32、，建议刷新时间3-5S,案例三,现象： 某厂家SFP光模块用在多种板卡上，出现SFP数字诊断信息不正确的错误。例如显示电源电压5.13V（正确应为3.3V），更换其他厂家光模块显示正常。,案例三,分析： SFP内部数字诊断信息是实时更新的，其他厂家的SFP数字诊断信息显示正确，可以排除是I2C总线问题。软件设计架构是读取诊断信息后不做任何处理，直接上报给网管系统软件，由网管系统软件进行数据校准。 根据SFF-8472标准，数字诊断信息有内部校准和外部校准2种模式。如下表所示，当I2C地址0 xA0中0 x92字节的bit5为1，表示此光模块为内部校准模式，诊断信息经过格式转换后显示。,案例三,

33、分析： 当I2C地址0 xA0中0 x92字节的bit4为1，表示此光模块为外部校准模式，诊断信息需要与校准系数计算后才能正确显示。校准系数存放在I2C地址0 xA2中0 x560 x59字节。 早期的网管系统软件大多没有判断SFP内外校准模式，全部按照内部校准模式处理。因此当使用外部校准模式的SFP且该SFP校准系数不为1时，数字诊断信息显示不正确。 由于使用的光模块大部分是内部校准模式，只有少量采用外部校准模式，因此问题只出现在个别厂家和型号的SFP上。解决办法： 升级软件。,其他案例,现象： 某厂家SFP光模块用在多种板卡上，出现SFP基本信息和数字诊断信息均无法读取。原因：I2C时钟频率过高，而不同厂家的光模块I2C总线要求不一样。解决办法：降低I2C时钟频率。根据SFF 8472要求，I2C总线应使用低速模式（0-100Kbps）。为确保能兼容不同厂家SFP产品，推荐工作速率为50Kbps 。现象： 某设备光口低温情况下LOS灯不亮，但实际没有收光。原因：光模块供电电压纹波过大，导致差分信号毛刺较大，达到可判决电平门限，因此误认为有收光。解决办法：降低电源纹波。,