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視頻光端機中有關光模塊的應用

視頻光端機中有關光模塊的應用


      視頻光端機市場需求的急劇增大,帶來了光纖帶寬容量和設備管理的新需求。為了滿足這種變化的要求,作為核心器件之一的光收發模塊的種類也隨之越來越多,要求越來越高,複雜程度也以驚人的速度發展。但就總體趨勢而言,光模塊正朝著小型化、低功耗、高速率、遠距離、熱插拔、智能化方向發展。

高速率

  安防市場的不斷擴大,光纖施工難度的加大,使得係統對於光端機單根光纖的傳輸數量越來越高,所以超高速的光模塊已經逐漸在光端機上得到使用。傳輸速率越高、容量越大,傳送每個視頻的成本就越低。現在2.5G和CWDM的光模塊已經穩定應用在視頻光端機上,更高4G、8G和10G的模塊也已經成熟,目前SDH單通道光係統正向40Gbit/s衝擊,從現階段電路技術來說,40Gbit/s已接近“電子瓶頸”的極限。速率再高,引起的信號損耗、功率耗散、電磁輻射(幹擾)和阻抗匹配等問題難以解決,並且目前的價格太高,視頻光端機暫時還沒有成熟的應用,隨著成本的不斷降低和配套IC方案的成熟,相信很快就將得到應用。

小型化

  隨著光纖的普及,目前全球的光通信市場都朝著全光網絡的方向發展,光通信設備的保有量越來越大,所以對設備的體積要求越來越小。而接口板包含的接口又越來越多,進一步加劇了設備的密度,為了適應通信設備對光器件的要求,光模塊正向高度集成的小封裝發展。光模塊的接口從ST、FC發展到SC及更小尺寸的LC、MT-RJ型連接口形式,相應的光收發模塊的封裝形式也從塑料封裝發展到金屬封裝。管腳排列及封裝由單排9腳、雙排5腳或10腳向金手指方向發展。SFF(Small Form Factor)小封裝光模塊采用了先進的精密光學及電路集成工藝,尺寸隻有普通雙工SC(1X9)型光纖收發模塊的一半,在同樣空間可以增加一倍的光端口數,可以增加線路端口密度,降低每端口的係統成本。又由於SFF小封裝模塊采用了與銅線網絡類似的MT-RJ接口,大小與常見的電腦網絡銅線接口相同,有利於現有以銅纜為主的網絡設備過渡到更高速率的光纖網絡以滿足網絡帶寬需求的急劇增長,具體應用上,已經有部分光端機廠商在使用SFF、SFP模塊,還有廠商使用單排9腳模塊加尾纖LC接口的方式來實現小型化。通信設備體積的變小,帶來了一個散熱的問題,這就要求要求光電器件向低功耗的方向發展。目前的小封裝(SFF、SFP)光模塊已經全部采用低電壓3.3v供電,保證了係統設備的正常工作。

熱插拔

  未來的光模塊都全部支持熱插拔功能,即無需切斷電源,模塊即可以與設備連接或斷開。由於光模塊帶熱插拔的,網絡管理人員無需關閉網絡就可實現更換或擴展,對係統的連續工作不會造成什麽影響,這樣大大減小維護和升級的成本,使得最終用戶能夠更好地管理他們的設備。支持這熱插拔的光模塊目前有GBIC和SFP光模塊。由於SFP的外型比較小,它可以直接插在電路板上,應用麵相當廣。

遠距離

  光模塊的另一個發展方向是遠距離。我國幅員遼闊,再加上光端機應用範圍的不斷擴大使得傳輸距離的要求也越來越高,如果用FP類型、1310nm波長激光器的光模塊,則8路視頻的光端機在典型的G652光纖係統中其傳輸距離也可以達到20km以上,而1路或2路的光端機其傳輸距離則可以達到40km以上。如果使用DFB類型、1550nm波長的激光器,則8路視頻的光端機也可以達到80km的傳輸,當然,其價格也昂貴許多。值得一提的是為了節省光纖資源,現在很多光端機都采用單纖雙向傳輸的方式,光模塊上也選用單纖雙向模塊,在正、反向的傳輸分別用1310nm和1550nm波長的激光來配對使用,從成本方麵考慮,一般選用FP類型的激光器,那麽這個時候就要注意,1550nm波長的光在光纖中其色散特性較為嚴重,所以限製了它的傳輸距離,一般在低速率下也隻能保證40km,如果需要傳輸較長距離,則要使用DFB類型激光器了。例如深圳思達光電通訊技術有限公司的常規產品就能夠滿足8路視頻70公裏以內的傳輸需要,而使用APD模塊則可以達到8路視頻傳輸100公裏。

智能化

  SFP(Small Form Pluggable的縮寫,即小型化封裝可熱插拔模塊)模塊,可以簡單的理解為GBIC的升級版本。但SFP模塊體積比GBIC模塊減少一半,可以在相同麵板上配置多出一倍以上的端口數量。是采用數字診斷功能的SFP智能化光模塊。光模塊的智能化體現在兩方麵。

  第一是指光模塊的內置IC具有監測光模塊的溫度、供電電壓、激光偏置電流以及發射和接收光功率等參數。這五個參數的實現除了經過采集、變換電路外都由模塊內部的模擬數字轉換電路轉換為數字量,以二進製的形式提供給用戶訪問。通過這些參數,可以監測光端機的工作狀態。

  第二是指光模塊具有數字診斷功能。在SFF-8472 MSA中,規範了數字診斷功能及有關SFF-8472的詳細內容。SFF-8472保留了原來SFP/GBIC在地址A0h處的地址映射,並在地址A2h處又新增了一個256字節的存貯單元。這個存貯單元除了提供參數偵測信息外,還定義了報警標誌或告警條件以及各個管腳的狀態鏡像。根據該規範規定,在模塊內部的電路板上偵測和數字化參數信號。然後,提供經過標定的結果或提供數字化的測量結果及標定參量。被監測的信息被存貯在標準的內存結構中,通過雙纜串行接口進行讀取。光模塊中的數字診斷功能為係統提供一種性能監測手段,可以幫助係統管理預測光模塊的壽命、定位並隔離係統故障。故障隔離特性可以使係統管理員快速定位鏈路故障的位置,無論是在模塊內還是在線路上,是在本地模塊還是在遠端模塊上。通過快速定位故障,減少了係統的故障修複時間。

  另外為了配合光模塊熱插拔的特點,智能化模塊還預留有一定的存儲單元。客戶可以在存儲單元內寫入密碼或協議等信息,限製未授權者隨意更換SFP模塊,從而保證生產廠商的知識產權和客戶利益。

  由於SFP模塊易於互換,跟傳統焊接模塊相比,光電或者光纖網絡更容易升級和維護。可移走或者替代單個模塊來修理或者升級,而不是替換包含多個焊接模塊的整個電路板。這能大大減小維護和升級的成本。並且SFP具有多種優勢:(1)高性能,具有突出的機械和光電特性,並且對用戶友好;(2)互聯距離長,支持1000Base-LH標準,采用單模光纖時,最長距離可達70km;(3)可以連接多種光纖,除了有支持1000Base-LH標準的SFP,還有支持1000Base-SX和1000Base-LX標準的SFP。

  雖然在目前的視頻光端機上,單排9腳模塊占據了絕大部分應用。但就模塊的發展趨勢而言,具備以上優點的SFP光模塊已逐漸成為主流光模塊。未來光元器件的熱點主要集中在三大塊,廣域網、接入(PON)網絡以及LAN/SAN的網絡市場,基於MSA模塊以及PON網絡的有源器件將是一個非常火爆的市場,同時隨著城域接入和數據通信的迅速增,而SFP光模塊的出現滿足了視頻光端機後續的發展需要,與不斷增長的通信係統一樣,智能SFP模塊技術代表了新一代光模塊的發展趨勢,是下一代高速光模塊的基石。