光模块介绍课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,光模块介绍,光模块介绍,1,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,主要内容光模块发展简述,2,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,按封装：1*9 、GBIC、 SFF、SFP、XFP,3,光,模块发展简述,-,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 1X9封装300pin,4,封装,简介,图片,1X9,1X9,封装的光模块产品最早产生于,1999,年，,SC,接口，作为固定光模块使用,GBIC,千兆以太网接口转换器，交换、路由产品曾广泛的采用,GBIC,模块。其可支持热插拔的特性，方便更新维护，故障定位。,SFF,SFF,光模块是光模块产品演进的又一分支，目前广泛应用于,EPON,系统中的,ONU,侧。,SFP,小封装可插拔收发器，,SFP,光模块产品是最晚出现光模块，也是目前应用最广泛的光模块产品。继承了,GBIC,的热插拔特性，也借鉴了,SFF,小型化的优势。,光,模块发展简述,-,封装形式,封装简介图片1X9封装的光模块产品最早产生于1999年，SC,5,封装,简介,图片,300pin,最先被应用于,SDH,和,10G,以太网光纤传输网络的模块，应用较少,XENPAK,光模块产品演进中的重要一步。支持所有,IEEE 802.3ae,定义的光接口。技术成熟度较高，应用比较广泛。体积大，功耗大。,X2,是,Xenpak,光模块的直接改进版，体积缩小了,40%,左右，成本高，只是作为一种过渡性的产品出现。,XFP,2002,年提出的,XFP,多元协议，,XFP,光模块的出现和技术的飞速发展，以及其体积小、价格廉的优势，得到广泛应用。,SFP+,具有比,X2,和,XFP,封装更紧凑的外形尺寸，与,SFP,尺寸一样，成本比,XFP,产品低。,光,模块发展简述,-,封装形式,封装简介图片300pin最先被应用于SDH和10G以太网光纤,6,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,主要内容光模块发展简述,7,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（,Optical Transceiver),光模块基本原理光收发一体模块（Optical Transce,8,光,模块内部结构,PIN/APD,Detector,FP/DFB,Laser Divice,Laser Monitor,LD Bias Control,TIA,LP Filter,EEPROM,SDA,SCK,Laser Driver,Tx Input,Tx Data,(LVPECL),Tx Fault,(LVTTL),Rx Data,(LVPECL),Rx LOS,(LVTTL),RF AMP Limiter,Line Driver,激光输出,光信号接收,光,模块基本原理,光模块内部结构PIN/APDFP/DFBLaser Moni,9,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。,光模块基本原理发射部分：,10,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,主要内容光模块发展简述,11,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,SFP光模块SFP光模块,12,13,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,13 速率：155M、1.25G、2.5G、4.25,SFP,光模块,特殊类型,BIDI-SFP,：单纤双向,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BIDI-SFP：单纤双向SFP，利用,14,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 SFP,2ch Compact SFP,（,Option 1,）,2ch Compact SFP,（,Option 2,）,SFP光模块特殊类型C-SFP：Compact SFP，紧,15,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Copper SFP：电口SFP，SF,16,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CWDM SFP：采用CWDM 技术，,17,SFP,光模块,特殊类型,什么情况下使用,CWDM SFP,？,SFP光模块特殊类型什么情况下使用CWDM SFP？,18,SFP,光模块,特殊类型,D,WDM 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,0.8nm,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DWDM SFP：属于密集波分复用技术,19,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,要求具备更好的屏蔽,效果。,SFP光模块特殊类型SFP+光模块：是新一代的万兆光模块,20,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,主要内容光模块发展简述,21,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,22,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,23,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3.3,V5%，,最大供电电流300,mA,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3.3,V。,推荐的滤波网络，可以保证插拔模块时的浪涌小于30,mA。,VCCT,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。,电气接口电源：SFP光模块电气接口 VCCT 和 V,24,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500,mV2400mV,。,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3702000,mV,。,电气接口,I2C,总线：,Mod_Def1:I2C,的时钟线.应该在主板上由4.7,K10K,电阻上拉至,VCC,Mod_Def2:I2C,的数据线.应该在主板上由4.7,K10K,电阻上拉至,VCC,Mod_Def0,:,接地,Rate_Select:,接收部分速率选择,。,电气接口差分输入/输出：SFP光模块电气接口TD是发射部,25,电气接口,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4.7,K10K,电阻上拉至2,VCC+0.3V.,激光器失效时为高,电平,正常工作时为低电平( ,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光模块使用注意事项发射光功率和接收灵敏度是影响传输,55,SFP光模块,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,SFP光模块使用注意事项测试光功率是否在指标要求范围之内,56,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,主要内容光模块发展简述,57,SFP光模块相关参考标准,INF-8074i,：,SFP MSA,SFF-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,SFP光模块相关参考标准INF-8074i：SFP MS,58,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,主要内容光模块发展简述,59,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,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。,案例一现象：从图中可以看出，在无光输入时LOS的电平值是,60,案例一,分析,：,1.,查原理图。,案例一分析：,61,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,。,案例一分析：,62,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。,案例一解决办法：,63,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。,案例二现象：,64,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,I2C,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。,案例二分析：,65,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，建议刷新时间,3-5S,案例二解决办法：,66,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。,案例三现象：,67,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,0xA0,中,0x92,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。,案例三分析：,68,案例三,分析,：,当,I2C,地址,0xA0,中,0x92,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,0xA2,中,0x560x59,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。,案例三分析：,69,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。,其他案例现象：,70,