光模块的一些常识知识

Steven-dong

  最近看到有人经常问到光模块的组成、原理啊等一些常识性问题，今天在这里给大家介绍下光模块的一些基本知识

光模块的一些常识知识

一.光模块的构成：有发射激（TOSA),接受（ROSSA) 线路板 IC  外部配件

二.光模块接口分为FC型、SC型、LC型、ST型和FTRJ型。RJ45

三.光收发一体模块分类
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
按照封装分：1×9、SFF、SFP、GBIC SFP+ XFP X2 XENPAK
1×9封装--焊接型光模块，一般速率有52M/155M/622M/1.25G，多采用SC接口
SFF封装--焊接小封装光模块，一般速率有155M/622M/1.25G/2.25G/4.25G，多采用LC接口
GBIC封装--热插拔千兆接口光模块，采用SC接口
SFP封装--热插拔小封装模块，目前最高数率可达155M/622M/1.25G/2.125G/4.25G/8G/10G，多采用LC接口
XENPAK封装--应用在万兆以太网，采用SC接口
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

四.按照激光类型分：LED、VCSEL、FP LD、DFB LD  
按照发射波长分：850nm、1310nm、1550nm等等
按照使用方式分：非热插拔（1×9、SFF），可热插拔（GBIC、SFP、XENPAK、XFP）

五.光纤模块又分单模和多模
单模光纤使用的光波长为1310nm或1550 nm。单模光纤的尺寸为9-10/125μm  它的传输距离一般 10KM 20kM 40KM 70KM  120KM
多模光纤使用的光波长多为850 nm或1310nm.多模光纤50/125μm或62.5/125μm两种，它的传输距离也不一样，一般千兆环境下50/125μm线可传输550M,62.5/125μm只可以传送330M。(2KM 550M)
从颜色上可以区分单模光纤和多模光纤。单模光纤外体为黄色，多模光纤外体为橘红色。
光纤模块的电频：PECL  电流：18豪安，电压：3.3V ，5V  温度：0~70  ,-40~70(工业级）
光模块常用的一些符号:SX MM(850nm 550M)  LX SM(1310nm 15KM)  LHSM(1310nm 40km） ZX（1550nm 70KM) EZX(1550nm120KM)   SR LR ER ZR

六.常用光模块的一些技术参数：
1.155M 1310nm FP  2KM  光功率：发射-8~-19dbm，接收：《-31dbm。 电频：PCEL  温度：0~70  电压：3.3~5V可选的

2.155M 1310nm FP  15KM  光功率：发射-8~-15dbm，接收：《-31dbm。 电频：PCEL  温度：0~70  电压：3.3~5V可选的

3.155M 1310nmFP   40KM  光功率：发射0~-5dbm，接收：《-35dbm。电频：PCEL  温度：0~70  电压：3.3~5V可选的

4.155M 1550nmDFP   80KM  光功率：发射0~-5dbm，接收：《-34dbm。电频：PCEL  温度：0~70  电压：3.3~5V可选的
  
5.1.25G 850nm FP  550M  光功率：发射-3~-9dbm，接收：《-18dbm。 电频：PCEL  温度：0~70  电压：3.3~5V可选的

6.1.25G 1310nm FP 15KM  光功率：发射-3~-9dbm，接收：《-20dbm。 电频：PCEL  温度：0~70  电压：3.3~5V可选的

7.1.25G 1310nm FP 40M  光功率：发射-3~2dbm，接收：《-23dbm。 电频：PCEL  温度：0~70  电压：3.3~5V可选的

8. 1.25G 1550nmDFP 80KM  光功率：发射-2~3dbm，接收：《-23dbm。 电频：PCEL  温度：0~70  电压：3.3~5V可选的

9.1.25G 1550nm DFP 120KM  光功率：发射0~4dbm，接收：《-31dbm。 电频：PCEL  温度：0~70  电压：3.3~5V可选的

七.何为GBIC？
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。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。
SFP是SMALL FORM 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）。
未来的光模块必须支持热插拔，即无需切断电源，模块即可以与设备连接或断开，由于光模块是热插拔式的，网络管理人员无需关闭网络就可升级和扩展系统，对在线用户不会造成什么影响。热插拔性也简化了总的维护工作，并使得最终用户能够更好地管理他们的收发模块。同时，由于这种热交换性能，该模块可使网络管理人员能够根据网络升级要求，对收发成本、链路距离以及所有的网络拓扑进行总体规划，而无需对系统板进行全部替换。支持这热插拔的光模块目前有GBIC和SFP，由于SFP与SFF的外型大小差不多，它可以直接插在电路板上，在封装上较省空间与时间，且应用面相当广，因此，其未来发展很值得期待，甚至有可能威胁到SFF的市场。

何为SFF？
SFF（Small Form Factor）小封装光模块采用了先进的精密光学及电路集成工艺，尺寸只有普通双工SC（1X9）型光纤收发模块的一半，在同样空间可以增加一倍的光端口数，可以增加线路端口密度，降低每端口的系统成本。又由于SFF小封装模块采用了与铜线网络类似的KT-RJ接口，大小与常见的电脑网络铜线接口相同，有利于现有以铜缆为主的网络设备过渡到更高速率的光纤网络以满足网络带宽需求CWDM 与 DWDM
随着Internet的IP数据业务高速增长，造成对传输线路带宽的需求不断加大。虽然DWDM（密集波分复用）技术作为最有效的解决线路带宽扩容的方法，但是CWDM (粗波分复用) 技术比DWDM在系统成本、可维护性等方面具有优势。
CWDM与DWDM皆属于波分复用技术，都可以将不同波长的光偶合到单芯光纤中去，一起传输。
CWDM的ITU最新标准为G.695，规定了从1271nm到1611nm之间间隔为20nm的18个波长通道，考虑到普通G.652光纤的水峰影响，一般使用16个通道。因为通道间隔大所以，合分波器件以及激光器都比DWDM器件便宜

DWDM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，所以基于DWDM技术的设备较之基于CWDM技术的设备价格高

CWDM和DWDM的比较
CWDM是DWDM的近亲，区别主要有两点：（1）CWDM光波通道间距较宽，同一根纤上复用光波长数比DWDM少，“粗”与“密集”称谓的来由就在于此。（2）CWDM光调制采用非冷却激光，用电子调谐；而DWDM采用的是冷却激光，用温度调谐。由于在一个很宽的光波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，目前CWDM系统成本一般只有DWDM的30％。（3）CWDM系统的功耗和物理尺寸均比DWDM系统的小得多。

数字诊断功能（DDM)
　　在SFF-8472 MSA中，规范了数字诊断功能及有关SFF-8472的详细内容。该规范规定，在模块内部的电路板上侦测和数字化参数信号。然后，提供经过标定的结果或提供数字化的测量结果及标定参量。这些信息被存贮在标准的内存结构中，以便通过双缆串行接口读取。SFF-8472保留了原来SFP/GBIC在地址A0h处的地址映射，并在地址A2h处又新增了一个256字节的存贮单元。这个存贮单元除了提供参数侦测信息外，还定义了报警标志或告警条件，各个管脚的状态镜像，有限的数字控制能力和用户可写的存储单元。
　　
　　以下是地址空间中保存的部分信息：
　　
　　1） 实时测量参数--发射光功率Tx_power，接收光功率Rx_power，温度temp，工作电压Vcc，激光器偏压Laser Bias；
　　
　　2）报警或告警--Tx_faul，LOS测量参数的报警和告警的标志位；
　　
　　3）控制标志位--Tx_disable， Rate_select。
　　
　　数字诊断功能的应用
　　光纤收发模块中的故障诊断功能为系统提供一种性能监测手段，可以帮助系统管理预测收发模块的寿命、隔离系统故障并在现场安装中验证模块的兼容性。
　　
　　模块寿命预测
　　这种故障预测可以使网络管理人员在系统性能受到影响之前找到潜在的链路故障。通过故障预告，系统管理员可以将业务切换到备份链路上或者替换可疑器件，从而在不间断业务的情况下修复系统。
　　
　　智能SFP提供了一种预测激光器劣化的实时的参数监测手段。光模块内部的光功率反馈控制单元会将输出功率控制在一个稳定的水平上，但是，随着激光器的老化，激光器的量子效率会降低。功率的控制是通过提高激光的偏置电流（Tx_Bias）来实现的。因此，我们可以通过监测激光的偏置电流来预测激光器的寿命。这种方法可粗略的估计激光器的使用寿命是否接近终了。因为激光的偏置电流与模块的工作温度及工作电压都有关系，所以在设定偏置电流极限时需要考虑Temp和Vcc的影响。
　　
　　通过对收发模块内部的工作电压和温度进行实时监测，可以让系统管理员发现一些潜在的问题：1）Vcc电压过高，会带来CMOS器件的击穿；Vcc电压过低，激光器不能正常工作。2）接收功率太高，会损坏接收模块。3）工作温度太高，会加速器件的老化。此外，通过对接收到的光功率的监测，可以对线路和远端发射机的性能进行监控。
　　
　　故障定位
　　在光链路中，定位故障的发生位置对业务的快速加载至关重要。故障隔离特性则可以使系统管理员快速定位链路故障的位置。此特性可以定位故障是在模块内还是在线路上；是在本地模块还是在远端模块。通过快速定位故障，减少了系统的故障修复时间。
　　
　　故障定位中，需要综合分析状态位，管脚和测量参数。
　　
　　总之，通过数字诊断功能，可以定位故障。在故障定位中，需要对Tx_power，Rx_power， Temp，Vcc，Tx_Bias的警告和告警状态进行综合分析。内存镜像中的状态变量Tx Fault和Rx LOS (信号丢失)都对故障的分析起着重要的作用。
　　
　　兼容性验证
　　数字诊断的另一个功能是模块的兼容性验证。兼容性验证就是分析模块的工作环境是否符合数据手册或和相关的标准兼容。模块的性能只有在这种兼容的工作环境下才能得到保证。在有些情况下，由于环境参数超出数据手册或相关的标准，将造成模块性能下降，从而出现传输误码。工作环境与模块不兼容的情况有：1）电压超出规定范围；2）接收光功率过载或低于接收机灵敏度；3）温度超出工作温度范围。

SDH是同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy)的缩写，根据ITU-T的建议定义，它为不同速度的数字信号的传输提供相应等级的信息结构，包括覆用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。
SDH是一种新的数字传输体制，它将称为电信传输体制的一次革命。是当今世界通信领域在传输技术方面的一个发展热点，SDH技术的出现完全改变了光通信的方式。
SDH是一个将复接、线路传输及交换功能结合在一起并由统一网络管理系统进行管理操作的综合宽带信息网。SDH是实现高效、智能化、维护功能齐全、操作管理灵活的现代电信网的基础，是未来信息高速公路的重要组成部分。
——我们可将信息高速公路同目前交通上用的高速公路做一个类比：公路将是SDH传输系统(主要采用光纤作为传输媒介，还可采用微波及卫星来传输SDH)信号，立交桥将是大型ATM交换机SDH系列中的上下话量复用器(ADM)就是一些小的立交桥或叉路口，而在“SDH高速公路”上跑的“车”，就将是各种电信业务(语音、图像、数据等)。
　——SDH技术同传统的PDH技术相比，有下面几个明显的优点
　　——1、统一的比特率：
　　——在PDH中，世界上存在着欧洲、北美及日本三种体系的速率等级。而SDH中实现了统一的比特率。此外还规定了统一的光接口标准，因此为不同厂家设备间互联提供了可能。
　　——2、极强的网管能力：
　　——在SDH帧结构中规定了丰富的网管字节，可提供满足各种要求的能力。
　　——3、自愈保护环：
　　——在SDH设备还可组成带有自愈保护能力的环网形式，这样可有效地防止传输媒介被切断，通信业务全部终止的情况。
　　——4、SDH技术中采用的字节复接技术：

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；

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