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高速先生成員--周偉 說(shuō)到光模塊，很多用過(guò)光模塊的人肯定很清楚光模塊有很多種，但還有很多人只是見(jiàn)過(guò)或者知道有光模塊，但光模塊具體怎么分類(lèi)的，我相信很多人都和我們一開(kāi)始接觸光模塊一樣都是一知半解，甚至云里霧里的只知道都是光模塊，但具體有什么不一樣就有點(diǎn)摸不著(zhù)頭腦了。閑話(huà)少說(shuō)，接下來(lái)我們就來(lái)給大家介紹一下我們今天的主人公吧。 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(fā)射和接收兩部分。簡(jiǎn)單的說(shuō)，光模塊的作用就是發(fā)送端把電信號轉換成光信號，通過(guò)光纖傳送后，接收端再把光信號轉換成電信號。常見(jiàn)的傳輸方式如下圖所示。 從結構組成上看，絕大多數基礎性光模塊均采用了收發(fā)一體形式，其內部主要由光發(fā)射組件TOSA(Transmitting Optical Sub-Assembly)、光接收組件ROSA(Receiving Optical Sub-Assembly）、發(fā)射驅動(dòng)電路(激光器芯片)、接收信號處理電路（探測器芯片）構成，另外還有一種將發(fā)射組件與接收組件合二為一的BOSA(Bi-Directional Optical Sub-Assembly)組件，形成的單纖雙向光模塊，BOSA可以看作是TOSA與ROSA的集成體，同時(shí)具有光發(fā)射與接收的功能。簡(jiǎn)單的光模塊內部構成大致如下圖所示。 在發(fā)射端，驅動(dòng)芯片對原始電信號進(jìn)行處理，然后驅動(dòng)半導體激光器(LD)或發(fā)光二極管(LED)發(fā)射出調制光信號。在接收端，光信號進(jìn)來(lái)之后，由光探測器芯片轉換為電信號，經(jīng)前置放大器后輸出電信號。 為什么說(shuō)光模塊很難弄明白呢，主要是它的種類(lèi)太多，同時(shí)可以按照不同的角度去進(jìn)行分類(lèi)，通俗來(lái)說(shuō)就是本來(lái)同一個(gè)東西但有很多種不同的叫法，更BT的是有時(shí)同樣的叫法可以有很多種不同的東西，所以就經(jīng)常會(huì )被人搞混，云里霧里的。常用的可以按照單口最大傳輸速率（單口帶寬）、接口封裝類(lèi)型、波長(cháng)、傳輸模式、傳輸距離和調制格式等去進(jìn)行分類(lèi)，下面我們分別介紹幾種常見(jiàn)的分類(lèi)方式。 按照單口最大傳輸速率（單口最大傳輸帶寬更合適些）來(lái)分： 1、按單口最大傳輸速率分類(lèi): 按照單口最大的傳輸帶寬，也就是一個(gè)光口總的傳輸速率可以分為：3.2Tbps(3.2TE)光模塊、1.6Tbps(1.6TE)光模塊、800Gbps（800GE）光模塊、400Gbps(400GE)光模塊、200Gbps(200GE)光模塊、100Gbps(100GE)光模塊、40Gbps(40GE)光模塊、25Gbps(25GE)光模塊、10Gbps(10GE)光模塊、1.25Gbps(1GE)光模塊、FE光模塊等。我們說(shuō)的1.6T光模塊，其實(shí)指的是這個(gè)光模塊單口最大的傳輸速率是1.6Tbps。 2、按單對最大傳輸速率分類(lèi)（這種分類(lèi)一般用的少，主要是設計和仿真人員會(huì )關(guān)注） 按照光器件所能承載的單對無(wú)誤碼傳輸的最大電信號速率來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，也就是我們設計和仿真時(shí)關(guān)心的單對差分信號的傳輸速率，可以分為：125Mbps、1.25Gbps、10.3125Gbps、25/28Gbps、50/56Gbps、100/112Gbps和200G/224Gbps等光模塊。單對差分速率乘以發(fā)送或接收對數就決定了上面單口最大的速率，同時(shí)也決定了這個(gè)光模塊每秒可以傳輸多少數據。如上面的1.6TE光模塊一般就是由200G/224Gbps的單對差分速率乘以8對得到的，也就是說(shuō)我們現在做的1.6TE光模塊它的單對差分信號速率最高到了200/224Gbps，這么高速的傳輸速率在PCB板上傳輸，對PCB的設計和制板工藝考驗巨大，這種情況下就需要在設計過(guò)程中通過(guò)精確的仿真來(lái)確保通道的性能，同時(shí)還需要有靠譜的加工才能保證最終產(chǎn)品的落地，哪一個(gè)環(huán)節都不能出現太大的偏差。 3、按接口封裝類(lèi)型分類(lèi)（最常見(jiàn)的） 傳輸速率越高，結構越復雜，由此產(chǎn)生了不同的接口封裝類(lèi)型。常見(jiàn)的光模塊封裝類(lèi)型有：SFP（1GE）光模塊、SFP+（10GE）光模塊、SFP28（25GE）光模塊、QSFP+（40GE）光模塊、CFP（40GE-100GE）光模塊、CFP2 /CFP4（100GE-400GE）光模塊、QSFP28（100GE）光模塊、QSFP-DD（400GE-800GE）光模塊、OSFP(800GE)光模塊、OSFP-XD/OSFP224(1.6TE)光模塊等。還有早期速率比較低的GBIC，就是Giga Bit-rate Interface Converter(千兆接口轉換器)光模塊在2000年之前，GBIC是最流行的光模塊封裝，也是應用最廣泛的千兆模塊形態(tài)。下面可以看看每種具體光模塊的介紹。 SFP，全稱(chēng)Small Form Pluggable，即小型可熱插拔光模塊。它的小，就是相對GBIC封裝來(lái)說(shuō)的。SFP的體積比GBIC模塊減少了一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口數量。在功能上，兩者差別不大，都支持熱插拔。SFP支持最大帶寬是4Gbps。 XFP，是10-Gigabit Small Form-factor Pluggable的簡(jiǎn)稱(chēng)，又叫萬(wàn)兆SFP。XFP采用一條XFI(10Gb串行接口)連接的全速單通道串行模塊。 SFP+，它和XFP一樣是10G的光模塊。SFP+的尺寸和SFP一致，比XFP更緊湊(縮小了30%左右)，功耗也更低(減少了一些信號控制功能)。此外，為了增加容量和空間，還會(huì )把多個(gè)SFP+口做成一個(gè)器件，延生出了zSFP+等。 QSFP，Quad Small Form-factor Pluggable的簡(jiǎn)稱(chēng)，也即四通道SFP接口，很多XFP中成熟的關(guān)鍵技術(shù)都應用到了該設計中。根據速度可將QSFP分為4x10GQSFP+、4x25GQSFP28、8x25GQSFP28-DD光模塊等。以QSFP28為例，它適用于4x25GE接入端口。使用QSFP28可以不經(jīng)過(guò)40G直接從25G升級到100G，大幅簡(jiǎn)化布線(xiàn)難度以及降低成本。和SFP+一樣，為了容量和空間考慮，會(huì )把多個(gè)QSFP接口上下左右堆成多個(gè)接口作為一個(gè)整體，這樣就衍生出了QSFP+、zQSFP+和microQSFP等接口，如下圖所示。 QSFP-DD，DD指的是“Double Density(雙倍密度)”。將QSFP的4通道增加了一排通道，變?yōu)榱?通道。它可以與CDFP方案兼容，原先的QSFP28模塊仍可以使用，只需再插入一個(gè)模塊即可。QSFP-DD的電口金手指數量是QSFP28的2倍。QSFP-DD每路采用25Gbps NRZ或者50Gbps PAM4信號格式。采用PAM4，最高可以支持400Gbps速率。 OSFP，Octal Small Form Factor Pluggable的簡(jiǎn)稱(chēng)，“O”代表“八進(jìn)制”，它被設計為使用8個(gè)電氣通道來(lái)實(shí)現400GbE(8*56GbE，但56GbE的信號由25G的DML激光器在PAM4的調制下形成)，尺寸略大于QSFP-DD，更高瓦數的光學(xué)引擎和收發(fā)器，散熱性能稍好。 CFP，Centum gigabits Form Pluggable的簡(jiǎn)稱(chēng)，也叫密集波分光通信模塊。傳輸速率可達100-400Gbps。CFP是在SFP接口基礎上設計的，尺寸更大，支持100Gbps數據傳輸。CFP可以支持單個(gè)100G信號，一個(gè)或多個(gè)40G信號。 CFP、CFP2、CFP4、CFP8的區別在于體積。CFP2的體積是CFP的二分之一，CFP4是CFP的四分之一。CFP8是專(zhuān)門(mén)針對400G提出的封裝形式，其尺寸與CFP2相當。支持25Gbps和50Gbps的通道速率，通過(guò)16x25G或8x50G電接口實(shí)現400Gbps模塊速率。 在光口側主要是使用8路53Gbps PAM4或者4路106Gbps PAM4實(shí)現400G的信號傳輸，在電口側使用8路53Gbps PAM4電信號，采用OSFP或QSFP-DD的封裝形式。 相比較來(lái)說(shuō)，QSFP-DD封裝尺寸更小(和傳統100G光模塊的QSFP28封裝類(lèi)似)，更適合數據中心應用。 OSFP封裝尺寸稍大一些，由于可以提供更多的功耗，所以更適合電信應用。 其他的幾種不常見(jiàn)的分類(lèi)方式： 按照傳輸距離分類(lèi)，有100米、300米、550米、10千米、20千米、40千米、80千米、120千米和160千米等光模塊； 按照傳輸波長(cháng)分類(lèi)，有850nm、1310nm、1490nm、1550nm等光模塊； 按照傳輸模式分類(lèi)，有單模（黃色）、多模（橘黃色、藍綠色）等光模塊； 本期問(wèn)題：關(guān)于光模塊更深層次的介紹，您還有哪些想知道的？我們會(huì )根據大家的回復來(lái)針對性的解答。 |
