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光模塊類型圖解【SFF-SFP-GBIC-XFP-XENPAK】

成都電信寬帶網 | 發布時間:2016-12-09 | 瀏覽467 次 |


光模塊,英文原稱是optical module。光模塊(optical module)由光電子器件、功能電路和光接口等組成,光電子器件包括發射和接收兩部分。
簡單的說,光模塊的作用就是光電轉換,發送端把電信號轉換成光信號,通過光纖傳送后,接收端再把光信號轉換成電信號。 Transponder(光轉發器):除了具有光電變換功能外,還集成了很多的信號處理功能,如:MUX/DEMUX、CDR、功能控制、性能量采集及監控等功能。常見的Transponder 有:200/300pin MSA,XENPAK,以及X2/XPAK 等。
        Transceiver(光收發一體模塊):主要功能是實現光電/電光變換,常見的有:SFF、SFP、SFP+、GBIC、XFP 等。光接口類型包括SC和LC等。不過現在常用的是SFP、SFP+、XFP,而不是GBIC。原因在于GBIC體積大,并且容易壞。而“”現在常用的SFP則體積小,并且便宜。          1).SFF
        SFF是Small Form. Factor的簡稱,英特爾將其稱為小封裝技術。SFF光模塊是最早期光模塊產品,主要業務速率在2.5Gbps及以下,其電接口有兩種規格:10pin和20pin,兩種版本的主要數據信號接口是一致的。20pin版本的模塊提供額外的管腳用于數據信號之外的時鐘信號恢復,激光器監視和告警監視功能。SFF的尺寸要比SFP小,并且是以插針的形式焊接到主板上的。
        2).SFP
        SFP 是Small Form-factor Pluggables的簡稱,即小封裝可插拔光模塊。SFP可以看成是SFF的可插拔版本,它的電電接口是20pin金手指,數據信號接口與SFF模塊基本相同。
SFP模塊還提供I2C控制接口,兼容SFP-8472標準的光接口診斷。SFF和SFP都不包含SerDes部分,只提供一個串行的數據接口,將CDR和電色散補償放在了模塊外面,從而使小尺寸、小功耗稱為可能。由于受散熱限制,SFF/SFP只能用于2.5Gbps及以下速率的超短距離、短距離和中距離應用。
        3).GBIC
        GBIC是Gigabit Interface Converter的縮寫,即千兆接口轉換器,是將千兆位電信號轉換為光信號的接口器件。GBIC個頭比較大,差不多是SFP體積的兩倍,是通過插針焊接在PCB板上使用。目前基本上被SFP取代。SFP模塊在功能上與GBIC基本一致,也被有些交換機廠商稱為小型化GBIC(Mini-GBIC)。      4).XFP       
        XFP是10 Gigabit Small Form. Factor Pluggable的簡稱,即10G 小封裝可插拔光模塊,電接口是30pin金手指。不同業務類型的模塊可支持OC192/SMT-64 9.95Gbps,10Gigabit FC 10.5Gbps,G.709 10.7Gbps,10Gigabit Ethernet 10.3Gbps。主要用于需要小型化及低成本10G解決方案。
    同SFF/SFP一樣,XFP為了減小體積,將SerDes部分放在了光模塊外部,XFP光收發器有一個串行10Gbps電接口,稱為XFI,這個接口是用來連接外部SerDes器件的。
XFP是在XENPAK、X2、XPAK等4信道SerDes光收發模塊的基礎上發展而來的。XFP在XENPAK、X2、XPAK的基礎上,完全去掉了SerDes,從而大大降低了功耗、體積和成本。       5).SFP+ 
          SFP+跟SFP的外形一樣,也是20pin金手指電接口,只是支持的最大速率比SFP高,達到與XFP同等的10Gbps。與XFP比較,SFP+內部沒有CDR(時鐘數據恢復)模塊,所以SFP+的體積和功耗都比XFP小。SFP+一般只支持中短距離傳輸,暫時還沒有支持ER(40km)和ZR(80km)的SFP+模塊。SFP+與XFP對比如下圖所示:
     
        6).300pin MSA
       300pin MSA是完備的光接口模塊,其特點是體積大,用散熱器型金屬外殼封裝,以利于散熱。該類型光模塊支持10Gbps和40Gbps兩種規格。這兩種規格的光模塊電接口都工作在16個并行信道上,10G規格模塊的單信道電接口速率為622~669MHz,符合OFI的SFI4和IEEE的XSBI規范。40G規格模塊的單信道電接口速率為2.5G~3.125G,符合SFI5規范。該類光模塊支持SONET/SDH和10G XSBI。遵循ITU-T G.691和G.693標準,傳輸距離從600m到80km。      7).XENPAK
        XENPAK是4信道SerDes結構,通過70pin的SFP連接器與電路板連接,其數據通道是XAUI接口;Xenpak支持所有IEEE 802.3ae定義的光接口,在線路端可以提供10.3Gbps、9.95Gbps或4*3.125Gbps的速率。
    為了降低300pin MSA光模塊的成本,光模塊的電接口向兩個方向發展:4信道并行接口和10Gbps單通道串行接口,它們的代表者就是XENPAK和XFP。
         XENPAK是面向10G以太網的第一代光模塊,采用4*3.125G接口。XENPAK是從16信道并行XSBI過渡到4信道的XAUI的。XENPAK選用XAUI是因為它的管腳少,不需要時鐘,速率能達到3.125G,能立即用在標準CMOS電路中。而且通過XAUI的數據是自動排列的,也就是說SerDes器件自動平衡使用4個信道。
         Xenpak光模塊安裝到電路板上時需要在電路板上開槽,實現較復雜,無法實現高密度應用。     8).XPAK/X2
    雖然與300pin MSA相比,XENPAK的體積已經減小了很多,但是還是不夠理想。目前小型化是10G光模塊的一種趨勢,XPAK是XENPAK的直接改進型,體積縮小一半,光接口、電接口與原來的保持一致。X2是安捷倫公司推出的一款跟XPAK很相似的產品,相比XPAK,它主要在導軌系統上做了改進。
XPAK和X2都屬于過渡型產品。      9). BIDI
         BiDi是Bidirectional的縮寫,即單纖雙向的意思。利用WDM技術,發送和接收兩個方向使用不同的中心波長。實現一根光纖雙向傳輸光信號。一般光模塊有兩個端口,TX為發射端口,RX為接收端口;而該光模塊只有1個端口,通過光模塊中的濾波器進行濾波,同時完成1310nm光信號的發射和1550nm光信號的接收,或者相反。因此該模塊必須成對使用,他最大的優勢就是節省光纖資源。
         BIDI 模塊必須成對使用,例如若一端使用了GACS-Bi1312-10,另外一端就必須使用GACS-Bi1512-10。     10). CWDM
        CWDM 是Coarse Wavelength Division Multiplexing,稀疏波分復用器,也稱粗波分復用器。與之對應的是DWDM,Dense Wavelength Division Multiplexing ,密集波分復用器,DWDM的價格比CWDM貴很多。
         CWDM光模塊采用CWDM 技術,可以通過外接波分復用器,將不同波長的光信號復合在一起,通過一根光纖進行傳輸,從而節約光纖資源。同時,接收端需要使用波分解復用器對復光信號進行分解。如下圖所示:
   
    相對于DWDM系統中0.2nm到1.2nm的波長間隔而言,CWDM具有更寬的波長間隔,業界通行的標準波長間隔為20nm。由于CWDM系統的波長間隔寬,對激光器的技術指標要求較低。由于波長間隔達到20nm,所以系統的最大波長偏移可達-6.5℃~+6.5℃,激光器的發射波長精度可放寬到±3nm,而且在工作溫度范圍(-5℃~70℃)內,溫度變化導致的波長漂移仍然在容許范圍內,激光器無需溫度控制機制,所以激光器的結構大大簡化,成品率提高。   
    另外,較大的波長間隔意味著光復用器/解復用器的結構大大簡化。例如,CWDM系統的濾波器鍍膜層數可降為50層左右,而DWDM系統中的100GHz濾波器鍍膜層數約為150層,這導致成品率提高,成本下降,而且濾波器的供應商大大增加有利于競爭。CWDM濾波器的成本比DWDM濾波器的成本要少50%以上,而且隨著自動化生產技術和批量的增大會進一步降低??偨Y:隨著光纖時代的蓬勃發展,未來低速(2.5G 以下)光模塊競爭越來越激烈,市場走向紅海,毛利率將維持在低位;而6G/10G 光模塊2014 年受益4G 建設大幅增長,2015 年相應需求仍有望小幅增長。

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