光模块的分类和主要功能

光模块的基本功能：光电转换

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产品的分类方法

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• 封装
• 传输距离
• 速率/协议
• 激光器的波长
  
  

    其他特性：工作温度范围、适用的传输介质（光纤）类型、是否有数字诊断、激光器的类型、接收器类型等等；

产品种类：按照封装分类

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GBIC      -  最早的热插拔模块标准，目前基本上快被淘汰；

SFP        -  第二代的热插拔光模块标准，目前使用范围和用量最广泛；安装密度比GBIC提高一倍；

XENPAK -  第一代10G光模块的外形标准

X2          -  第二代10G光模块的外形标准

XFP        -  第三代10G光模块的外形标准

SFP+      -   最新的10G光模块外形标准，机械尺寸上和SFP一致，信号定义有不同；

产品种类：产品照片

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产品种类：安装密度

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产品种类—按照速率（应用、协议）分类

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• …
• FE 125M
• OC3/STM-1 155M
• OC12/STM-4 622M
• FC 1.0625G
• GE 1.25G
• 2FC 2.125G
• OC48/STM-16 2.488G
• OC48/STM-16 WITH FEC 2.67G
• 4FC 4.25G
• 8FC 8.5G
• OC192/STM-64 9.952G
• 10GE 10.3125G
• …
  
  

    单位：波特每秒Bd，即每秒传输多少个0/1码元；也可以说，每秒传输多少个比特；

    每个比特BIT都代表了一个信息；

    光模块可以支持任何连续的速率，但是，对于特定的应用和产品，都是工作在一个特定的速率上；

产品种类—协议组 II

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以太网络：

     FE 125M

     GE 1.25G

     10GE 10.3125G

光纤通道产品：

     FC 1.0625G

     2FC 2.125G

     4FC 4.25G 8FC 8.5G

电信传输网（同步数字序列）：

     OC3/STM-1 155M

     OC12/STM-4 622M

     OC48/STM-16 2.488G

      OC48/STM-16 WITH FEC 2.67G OC192/STM-64 9.952G

常见的困惑

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    高速的模块是否可以用于低速的场合，比如，设计1G的模块是否可以用于155M的场合；

    答案是否定的，需要具体的分析；

主要差异点：

      不同的速率的产品对接收端的灵敏度要求不一样，为高速应用设计的接收机灵敏度比较低；

      发射端的眼图要求不一样，比如，对于2.5G以上的产品不对ER提出要求，开始对OMA有要求，10G产品的ER只有4-6db，和低速产品的要求不一致；

       不同应用的模块，对码型的适应能力不一样，通常，FE/GE测试码型是PRBS7，OC系列的模块的测试码型使用PRBS31，会出现更多的连续的0/1；

产品种类—按照传输距离分类

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• 小于20米的超短距离 – 用于机架内的设备互联
• 小于100米的距离 – 用于建筑物水平或者垂直方向设备互联 （最大量需求），多用五类双绞线完成；
• 小于500米的距离 – 用于楼层间/相邻建筑物间的设备互联 （最大量需求），多用多模光纤完成；
• 10公里产品 – 用于远距离建筑物间设备互联 （最大量需求），一般采用单模光纤完成；
• 40公里产品 – 城域网络
• 80公里产品 – 城域网络
• 120公里产品 – 城市间网络
• 更远距离的产品 – 省级间网络互联
  
  
  
  

针对不同的传输距离，在不同的速率（应用）中，称呼是不一样的：

    OC系列的模块：IR1表示15KM、LR1表示40KM、LR2表示80KM

    FE系列的模块：100FX表示2KM、100LX表示10KM，100EX表示40KM，100ZX表示80KM；

    GE系列的模块：SX表示500米，LX表示5/10KM，ZX表示80KM，EZX120KM；

    也有的公司认为LH为10KM，LX为5KM，还有的，认为LH为80KM，没有一个特性的标准，需要大家在使用中注意；

    GLC-LH-SM-C  1000BASE-LX/LH

    HP： LH 80KM

   10G的模块中：SR表示300米，LR表示10KM，ER表示40KM，ZR表示80KM

产品种类—按照激光器波长/类型分类

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电口的模块没有使用激光器

常见波长有：850nm  1310nm  1550nm ( CWDM：1470 – 1610 间隔20nm )

常见激光器类型：VCSEL、FP、DFB、另外还有一个LED发光二极管

常见的组合有：

850nm VCSEL

1310nm FP

1310nm DFB

1550nm FP ( 不常见 ）

1550nm DFB

CWDM波长 DFB （ 1470 – 1610 ）

产品种类—按照探测器类型分类

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PIN ：光电二极管，光电转化效率约为1A/1W

APD ：雪崩二极管，光电转化效率约为M*1A/1W，正常工作时候，M值通常在10-15之间；

产品种类—按照工作电压分类

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SFP产品：都是统一使用3.3V的工作电压

GBIC产品：MSA上的要求是5V的工作电压，但是，在其生命后期，很多系统厂商和模块厂商开始使用3.3V给GBIC供电，减少功耗，所以，出现了5V/3.3V兼容的需要

XENPAK/X2产品：有3.3V/5V/APS三路供电，其中APS的供电是根据模块上的值可以设定的，以满足不同的芯片技术的需求；

XFP产品：有1.8V/3.3V/5V/-5.2V等供电；

产品命名举例

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• SFP-FE-100FX                       GT2612
  
• SFP-GE-SX-DD                      GT2201
• SFP-GE-SX-NDD                    GT2200
• GBIC-GE-SX-3.3V-5V-DD        GT1200
• SFP-GE-EZX-DFB-1550-APD-DD …
• SFP-GE-LX10-FP-1310-DD …
• 
  
  

光收发一体模块发展趋势

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• 小型化
  
•      GBIC->SFP
•      XENPAK->X2->XFP->SFP+
• 高速化
•      100M->1G->10G->40G->100G
• 
  
  

光模块的标准化 MSA

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MSA：MULTISOURCE AGREEMENT，工业界的联盟，保证产品的通用性、互换性，使得同样一个产品，可以获得多个供应商的支持，迫使供应商不断的改进产品、降低成本、提高服务质量；

GBIC: SFF-8053 V5.5

SFP: INF-8074I

XENPAK: XENPAK MSA 3.0 www.xenpak.org

XFP: INF-8077

SFP+: SFF-8432

DOM: SFF-8472

SFP/GBIC的产品结构

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X2/XENPAK的产品结构

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XFP的产品结构

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数字诊断功能

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• 数字诊断，又称DD、DOM、DDMI，就是模块可以向主机实时的提供模块内部的工作状态信息，包括：电压、温度、发射光功率、接收光功率、激光器的偏置电流；
• 2003年前的大部分产品，都没有DOM的功能；
• 目前国内其他供应商的主要产品都没有DOM功能；
• 一线的大厂的主要产品都具备DOM功能；
  
  

激光器的结构

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接收器的结构

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TO的结构

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TO的结构II

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单纤双向实现

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单纤双向模块的波长

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常见波长组合为：

1310/1550 ：最常见于FE速率的BIDI模块

1310/1490 ：最常见于GE速率的BIDI模块

其它不常见的组合：

1310/1550 ： 用于GE速率；

1470/1610 ：用于GE以上速率产品的超长距离；

产品类型—电口模块

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多用于水平布线和交换机互联

• SFP-T，GBIC-T，1000BASE-T技术
• X2-CX4，扩展10G XAUI接口
• 基于屏蔽双芯线的CABLE-SFP
  
  

        分为：有源/无源两种

电口模块—SFP/GBIC-T

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• 传输介质:双绞线
• 电口:RJ45
• 主机接口:金手指
• 传输速率:1G
• 传输距离:100米(最大)
• 直接**现有的SFP/GBIC接口
  
  

电口模块—X2/XENPAK-CX4

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CABLE-SFP

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• 传输介质: 高频差分线缆( 2对)
• 传输速率: 最高可以到10G
• 传输距离: 50cm-20米
• 部分产品中集成了对信号的重新放大的功能，称为有源的CABLE-SFP
• 借助电色散补偿技术，可以把速率提升到10G以上；
  
  

产品类型—变速率的产品

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• SFP封装
• 主机端千兆接口、网络端实现百兆连接
• 主要的原理就是利用SGMII协议，将同样的数据包在千兆接口上传10遍，这样，实际速率就是100M了
• GE-100FX：LED TOSA(1310nm) 传输介质:多模光纤传输距离:2KM
• 针对性: 针对CISCO 特定机型设计
• HP/EXTREME也有类似的产品
• 变速率的产品也可以实现到其他各种不同的传输距离