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光模块介绍光模块介绍1主要内容n光模块发展简述光模块发展简述n光模块光模块基本原理基本原理nSFPSFP光模块分类光模块分类nSFPSFP光模块电气接口光模块电气接口nSFPSFP光模块接口光模块接口性能指标性能指标nSFPSFP光模块信息光模块信息nSFPSFP光模块光模块使用注意事项使用注意事项nSFPSFP光模块光模块相关参考相关参考标准标准n案例讨论案例讨论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）。光模块分类光模块分类光模块发展简述-分类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4封装简介图片1X91X9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。SFFSFF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。XFP2002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6主要内容n光模块发展简述光模块发展简述n光模块光模块基本原理基本原理nSFPSFP光模块分类光模块分类nSFPSFP光模块电气接口光模块电气接口nSFPSFP光模块接口光模块接口性能指标性能指标nSFPSFP光模块信息光模块信息nSFPSFP光模块光模块使用注意事项使用注意事项nSFPSFP光模块光模块相关参考相关参考标准标准n案例案例讨论讨论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主要功能 完成对光信号的光-电/电-光转换由两部分组成由两部分组成 接收部分和发射部分接收部分接收部分 实现光-电变换发射部分发射部分 实现电-光变换 光收发一体模块（光收发一体模块（Optical Transceiver)Optical Transceiver)8光模块内部结构光模块内部结构PIN/APDDetectorFP/DFBLaser DiviceLaser MonitorLD Bias ControlTIALP FilterEEPROMSDASCKLaser DriverTx InputTx Data(LVPECL)Tx Fault(LVTTL)Rx Data(LVPECL)Rx LOS(LVTTL)RF AMP LimiterLine Driver激光输出光信号接收光模块基本原理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。10主要内容n光模块发展简述光模块发展简述n光模块光模块基本原理基本原理nSFPSFP光模块分类光模块分类nSFPSFP光模块电气接口光模块电气接口nSFPSFP光模块接口光模块接口性能指标性能指标nSFPSFP光模块信息光模块信息nSFPSFP光模块光模块使用注意事项使用注意事项nSFPSFP光模块光模块相关参考相关参考标准标准n案例案例讨论讨论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：外观结构：SFPSFP光模块光模块SFP光模块12 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13SFP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 SFP14SFP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 SFP（Option 2）15SFP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 16SFP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。17SFP光模块特殊类型什么情况下使用什么情况下使用CWDM SFP？18SFP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,0.8nm,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。19SFP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。20主要内容n光模块发展简述光模块发展简述n光模块光模块基本原理基本原理nSFPSFP光模块分类光模块分类nSFPSFP光模块电气接口光模块电气接口nSFPSFP光模块接口光模块接口性能指标性能指标nSFPSFP光模块信息光模块信息nSFPSFP光模块光模块使用注意事项使用注意事项nSFPSFP光模块光模块相关参考相关参考标准标准n案例案例讨论讨论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3.3V5%，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。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。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。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4.7K10K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(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。55SFP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简易光模块失效判断步骤56主要内容n光模块发展简述光模块发展简述n光模块光模块基本原理基本原理nSFPSFP光模块分类光模块分类nSFPSFP光模块电气接口光模块电气接口nSFPSFP光模块接口光模块接口性能指标性能指标nSFPSFP光模块信息光模块信息nSFPSFP光模块光模块使用注意事项使用注意事项nSFPSFP光模块光模块相关参考相关参考标准标准n案例案例讨论讨论57SFP光模块相关参考标准INF-8074i：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58主要内容n光模块发展简述光模块发展简述n光模块光模块基本原理基本原理nSFPSFP光模块分类光模块分类nSFPSFP光模块电气接口光模块电气接口nSFPSFP光模块接口光模块接口性能指标性能指标nSFPSFP光模块信息光模块信息nSFPSFP光模块光模块使用注意事项使用注意事项nSFPSFP光模块光模块相关参考相关参考标准标准n案例讨论案例讨论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。60案例一分析：1.查原理图。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。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。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。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。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 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。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。68案例三分析：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。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。7071