通信光模块和光纤连接器的应用指南.docx
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通信光模块和光纤连接器的应用指南
光模块和光纤连接器的应用指南
一、光收发一体模块定义
光收发一体模块由光电子器件、功能电路和光接口等组成,光电子器件包括发射和接收两部分。
发射部分是:
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,使输出的光信号功率保持稳定。
接收部分是:
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。
二、光收发一体模块分类
按照速率分:
以太网应用的100Base(百兆)、1000Base(千兆)、10GESDH应用的155M、622M、2.5G、10G
按照封装分:
1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP,各种封装见图1~6
1×9封装--焊接型光模块,一般速度不高于千兆,多采用SC接口
SFF封装--焊接小封装光模块,一般速度不高于千兆,多采用LC接口
GBIC封装--热插拔千兆接口光模块,采用SC接口
SFP封装--热插拔小封装模块,目前最高数率可达4G,多采用LC接口
XENPAK封装--应用在万兆以太网,采用SC接口
XFP封装--10G光模块,可用在万兆以太网,SONET等多种系统,多采用LC接口
图1、1×9封装
图2、SFF封装
图3、GBIC封装
图4、SFP封装
图5、XENPAK封装
图6、XFP封装
按照激光类型分:
LED、VCSEL、FPLD、DFBLD
按照发射波长分:
850nm、1310nm、1550nm等等
按照使用方式分:
非热插拔(1×9、SFF),可热插拔(GBIC、SFP、XENPAK、XFP)
三、光纤连接器的分类和主要规格参数
光纤连接器是在一段光纤的两头都安装上连接头,主要作光配线使用。
按照光纤的类型分:
单模光纤连接器(一般为G.652纤:
光纤内径9um,外径125um),多模光纤连接器(一种是G.651纤其内径50um,外径125um;另一种是内径62.5um,外径125um);
按照光纤连接器的连接头形式分:
FC,SC,ST,LC,MU,MTRJ等等,目前常用的有FC,SC,ST,LC,见图7~10。
FC型--最早由日本NTT研制。
外部加强件采用金属套,紧固方式为螺丝扣。
测试设备选用该种接头较多。
SC型--由日本NTT公司开发的模塑插拔耦合式连接器。
其外壳采用模塑工艺,用铸模玻璃纤维塑料制成,呈矩形;插针由精密陶瓷制成,耦合套筒为金属开缝套管结构。
紧固方式采用插拔销式,不需要旋转。
LC型--朗讯公司设计的。
套管外径为1.25mm,是通常采用的FC-SC、ST套管外径2.5mm的一半。
提高连接器的应用密度。
图7、FC光纤连接器
图8、SC光纤连接器
图9、LC光纤连接器
图10、ST光纤连接器
按照光纤连接器连接头内插针端面分:
PC,SPC,UPC,APC
按照光纤连接器的直径分:
Φ3,Φ2,Φ0.9
光纤连接器的性能主要有光学性能、互换性能、机械性能、环境性能和寿命。
其中最重要的是插入损耗和回波损耗这两个指标。
针对常用的SC,ST,FC,LC连接头,指标要求如下:
模式
插入损耗(dB)
回波损耗(dB)
PC
SPC
UPC
APC
单模
≤0.3
≥45
≥50
≥55
≥60
多模
≤0.3
≥35
\
\
\[t1]
四、光模块主要参数
1、光模块传输数率:
百兆、千兆、10GE等等
2、光模块发射光功率和接收灵敏度:
发射光功率指发射端的光强,接收灵敏度指可以探测到的光强度。
两者都以dBm为单位,是影响传输距离的重要参数。
光模块可传输的距离主要受到损耗和色散两方面受限。
损耗限制可以根据公式:
损耗受限距离=(发射光功率-接收灵敏度)/光纤衰减量来估算。
光纤衰减量和实际选用的光纤相关。
一般目前的G.652光纤可以做到1310nm波段0.5dB/km,1550nm波段0.3dB/km甚至更佳。
50um多模光纤在850nm波段4dB/km1310nm波段2dB/km。
对于百兆、千兆的光模块色散受限远大于损耗受限,可以不作考虑。
常见的光模块规格:
传输数率
发射波段
传输使用光纤
参考传输距离
百兆
1310nm
多模
2km
百兆
1310nm
单模
15km
百兆
1310nm
单模
40km
百兆
1550nm
单模
80km
千兆
850nm
多模
550m
千兆
1310
单模/多模
10km/550m
千兆
1550
单模
70km
3、10GE光模块遵循802.3ae的标准,传输的距离和选用光纤类型、光模块光性能相关。
如10G-S传输距离的300m有如下条件:
4、饱和光功率值指光模块接收端最大可以探测到的光功率,一般为-3dBm。
当接收光功率大于饱和光功率的时候同样会导致误码产生。
因此对于发射光功率大的光模块不加衰减回环测试会出现误码现象。
五、光模块功能失效重要原因
光模块功能失效分为发射端失效和接收端失效,分析具体原因,最常出现的问题集中在以下几个方面:
1.光口污染和损伤
由于光接口的污染和损伤引起光链路损耗变大,导致光链路不通。
产生的原因有:
A.光模块光口暴露在环境中,光口有灰尘进入而污染;
B.使用的光纤连接器端面已经污染,光模块光口二次污染;
C.带尾纤的光接头端面使用不当,端面划伤等;
D.使用劣质的光纤连接器;
2.ESD损伤
ESD是ElectroStaticDischarge缩写即"静电放电",是一个上升时间可以小于1ns(10亿分之一秒)甚至几百ps(1ps=10000亿分之一秒)的非常快的过程,ESD可以产生几十Kv/m甚至更大的强电磁脉冲。
静电会吸附灰尘,改变线路间的阻抗,影响产品的功能与寿命;ESD的瞬间电场或电流产生的热,使元件受伤,短期仍能工作但寿命受到影响;甚至破坏元件的绝缘或导体,使元件不能工作(完全破坏)。
ESD是不可避免,除了提高电子元器件的抗ESD能力,重要的是正确使用,引起ESD损伤的因素有:
A.环境干燥,易产生ESD;
B.不正常的操作,如:
非热插拔光模块带电操作;不做静电防护直接用手接触光模块静电敏感的管脚[t2];运输和存放过程中没有防静电包装;
C.设备没有接地或者接地不良;
六、光收发一体光模块应用注意点
1.光口问题
光链路上各处的损耗衰减都关系到传输的性能,因此要求:
A.选择符合入网标准的光纤连接器;
B.光纤连接器要有封帽,不使用时盖上封帽,避免光纤连接器污染而二次污染光模块光口;封帽不使用时应放在防尘干净处保存;
C.光纤连接器插入是水平对准光口,避免端面和套筒划伤;
D.光模块光口避免长时间暴露,不使用时加盖光口塞;光口塞不使用时储存在防尘干净处;清洁光模块时根据光口类型选用合适的无尘棉棒(SC使用ф2.5mm的无尘棉棒[如NTT的14100400],LC和MTRJ使用ф1.25mm的无尘棉棒[如NTT的14100401])蘸上无水酒精插入光口内部,按同一方向旋转擦拭;然后再用干燥的无尘棉棒插入器件光口,按同一方向旋转擦拭;
E.光纤连接器的端面保持清洁,避免划伤;清洁端面时使用干燥无尘棉[如:
小津产业株式会社的M-3]在手指未接触部分按如图9所示方法擦拭清洁,每次擦拭不能在同一位置;对脏污严重的接头,则将无尘棉浸无水酒精(不易过多),按相同方法进行擦拭清洁,并需更换另一干燥无尘棉按相同方法操作一次,保证接头端面干燥,再进行测试;此类清洁方法需注意擦拭长度要足够,才能保证清洁效果,并且不能在相同位置重复擦拭;此类无尘棉每张可按图示方向擦拭4次;场地不足时可将无尘棉放在手掌上,在手指未接触部分按如图10所示方法在手掌部位进行擦拭清洁,每次擦拭不能在同一位置;对脏污严重的接头,则将无尘棉浸无水酒精(不易过多),按相同方法进行擦拭清洁,并需更换另一干燥无尘棉按相同方法操作一次,保证接头端面干燥,再进行测试;此类清洁方法需注意擦拭长度要足够,才能保证清洁效果,并且不能在相同位置重复擦拭;此类无尘棉每张可按图示方向擦拭3次;也可以使用清洁器如图11~13所示;
图9将无尘棉放在桌面清洁
图10将无尘棉放在手掌上清洁
图11打开防尘盖板图示
图12清洁方法图示1
图13清洁方法图示2
2.ESD损伤
ESD是自然界不可避免的现象,预防ESD从防止电荷积聚和让电荷快速放电两方面着手:
A.
保持环境的湿度30~75%RH;
B.划定专门的防静电区域。
选用防静电的地板或工作台;
C.使用的相关设备采用并联接地的公共接地点接地,保证接地路径最短,接地回路最小,不能串联接地,应避免采用外接电缆连接接地回路的设计方式;
D.在专门的防静电区域中操作,防静电工作区内禁止放置工作不必须的静电产生材料,如未作防静电处理的塑料袋、盒子、泡沫、带子、笔记本、纸片、个人用品等物品,这些材料必须距离静电敏感器件30厘米以上;
E.包装和周转的时候,采用防静电包装和防静电周转箱/车;
F.禁止对非热插拔的设备,进行带电插拔的操作;
G.避免用万用表表笔直接检测静电敏感的管脚;
H.对光模块操作时做静电防护工作(如:
带静电环或将手通过预先接触机壳等手段释放静电),接触光模块壳体,避免接触光模块PIN脚;
七、简易光模块失效判断步骤
1.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。
处理方法:
A.检查光功率选择的波长和测量单位(dBm)
B.清洁光纤连接器端面,光模块光口,方法见第五节。
C.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
D.检查光纤连接器是否存在小的弯折。
E.热插拔光模块可以重新插拔测试。
F.同一端口更换光模块或者同一光模块更换端口测试。
2.光功率正常但是链路无法通,检查link灯。
八、案例
1.市场返回光模块失效,光功率远低于指标-3~-9.5dBm值。
分析结果:
返回光模块直接测试光模块值为-19dBm,查看LD端面如右图所示:
LD端面严重污染,厂家简单清洗端面后复测光模块值为-5dBm,故障排除。
清洗后端面如右所示:
2.一款带尾纤光模块失效,失效现象是无光输出。
分析结果:
A.连接头端面受损,端面如下所示:
B.尾纤折断,如下所示:
3.客户端光模块无光输出
分析结果:
故障品返回后故障复现,定位LD不发光。
分解LD,其内部芯片电镜图分析为ESD和EOS导致故障。
良品电镜图如下:
返回故障品电镜图如下:
九、附件--光纤端面要求
各种光纤接口类型介绍
2007年09月20日星期四上午08:
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各种光纤接口类型介绍
光纤接头
FC圆型带螺纹(配线架上用的最多)
ST卡接式圆型
SC卡接式方型(路由器交换机上用的最多)
PC微球面研磨抛光
APC呈8度角并做微球面研磨抛光
MT-RJ方型,一头双纤收发一体(华为8850上有用)
光纤模块:
一般都支持热插拔,
GBICGigaBitrateInterfaceConverter,使用的光纤接口多为SC或ST型
SFP小型封装GBIC,使用的光纤为LC型
使用的光纤:
单模:
L,波长1310单模长距LH波长1310,1550
多模:
SM波长850
SX/LH表示可以使用单模或多模光纤
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在表示尾纤接头的标注中,我们常能见到“FC/PC”,“SC/PC”等,其含义如下
“/”前面部分表示尾纤的连接器型号
“SC”接头是标准方型接头,采用工程塑料,具有耐高温,不容易氧化优点。
传输设备侧光接口一般用SC接头
“LC”接头与SC接头形状相似,较SC接头小一些。
“FC”接头是金属接头,一般在ODF侧采用,金属接头的可插拔次数比塑料要多。
在表示尾纤接头的标注中,我们常能见到“FC/PC”,“SC/PC”等,其含义如下[!
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“/”前面部分表示尾纤的连接器型号[!
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“SC”接头是标准方型接头,采用工程塑料,具有耐高温,不容易氧化优点。
传输设备侧光接口一般用SC接头“LC”接头与SC接头形状相似,较SC接头小一些。
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“FC”接头是金属接头,一般在ODF侧采用,金属接头的可插拔次数比塑料要[!
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连接器的品种信号较多,除了上面介绍的三种外,还有MTRJ、ST、MU等.[!
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“/”后面表明光纤接头截面工艺,即研磨方式。
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“PC”在电信运营商的设备中应用得最为广泛,其接头截面是平的。
“SC”表示尾纤接头型号为SC接头,业界传输设备侧光接口一般用用SC接头,SC接头是工程塑料的,具有耐高温,不容易氧化优点;ODF侧光接口一般用FC接头,FC是金属接头,但ODF不会有高温问题,同时金属接头的可插拔次数比塑料要多,维护ODF尾纤比光板尾纤要多。
其它常见的接头型号为:
ST、DIN、FDDI。
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“PC”表示光纤接头截面工艺,PC是最普遍的。
在广电和早期的CATV中应用较多的是APC型号。
尾纤头采用了带倾角的端面,斜度一般看不出来,可以改善电视信号的质量,主要原因是电视信号是模拟光调制,当接头耦合面是垂直的时候,反射光沿原路径返回。
由于光纤折射率分布的不均匀会再度返回耦合面,此时虽然能量很小但由于模拟信号是无法彻底消除噪声的,所以相当于在原来的清晰信号上叠加了一个带时延的微弱信号。
表现在画面上就是重影。
尾纤头带倾角可使反射光不沿原路径返回。
一般数字信号一般不存在此问题。
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还有一种“UPC”的工艺,它的衰耗比PC要小,一般有特殊需求的设备其珐琅盘一般为FC/UPC。
国外厂家ODF架内部跳纤用的就是FC/UPC,提高ODF设备自身的指标。
光纤接口
光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口。
通常有SC、ST、FC等几种类型,它们由日本NTT公司开发。
FC是FerruleConnector的缩写,其外部加强方式是采用金属套,紧固方式为螺丝扣。
ST接口通常用于10Base-F,SC接口通常用于100Base-FX。
光纤从内部可传导光波的不同,分为单模(传导长波长的激光)和多模(传导短波长的激光)两种。
单模光缆的连接距离可达10公里,多模光缆的连接距离要短的多,是300米或500米(主要看激光的不同,产生短波长激光的光源一般有两种,一种是62.5的,一种是50的)
另外,光缆的接头部分也有两种,一种SC接口为1GB接口还有一种为LC接口为2GB接口。
连接器的品种信号较多,除了上面介绍的三种外,还有MTRJ、ST、MU等,具体的外观参见下图
此主题相关图片如下:
“/”后面表明光纤接头截面工艺,即研磨方式。
“PC”在电信运营商的设备中应用得最为广泛,其接头截面是平的。
“UPC”的衰耗比“PC”要小,一般用于有特殊需求的设备,一些国外厂家ODF架内部跳纤用的就是FC/UPC,主要是为提高ODF设备自身的指标。
另外,在广电和早期的CATV中应用较多的是“APC”型号,其尾纤头采用了带倾角的端面,可以改善电视信号的质量,主要原因是电视信号是模拟光调制,当接头耦合面是垂直的时候,反射光沿原路径返回。
由于光纤折射率分布的不均匀会再度返回耦合面,此时虽然能量很小但由于模拟信号是无法彻底消除噪声的,所以相当于在原来的清晰信号上叠加了一个带时延的微弱信号,表现在画面上就是重影。
尾纤头带倾角可使反射光不沿原路径返回。
一般数字信号一般不存在此问题。
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FC是FerruleConnector的缩写,表明其外部加强件是采用金属套,紧固方式为螺丝扣
PC是PhysicalConnection的缩写,表明其对接端面是物理接触,即端面呈凸面拱型结构。
SC(F04)型光纤连接器:
模塑插拔耦合式单模光纤连接器。
其外壳采用模塑工艺,用铸模玻璃纤维塑料制成,呈矩型;插头套管(也称插针)由精密陶瓷制成,耦合套筒为金属开缝套管结构,其结构尺寸与FC型相同,端面处理采用PC或APC型研磨方式;紧固方式是采用插拔销闩式,不需旋转。
此类连接器价格低廉,插拔操作方便,介入损耗波动小,抗压强度较高,安装密度高。
接口连接光纤
1GEF/2GEF是1/2端口1000Base-SX/1000Base-LX以太网光接口卡的简称,其中GE(GigabitEthernet)是千兆以太网的英文缩写,F为Fiber,表示光接口。
1GEF/2GEF主要用于完成路由器与局域网的通信。
1GEF/2GEF支持功能如下:
提供5种类型的1000Base-SX/1000Base-LXSFP可插拔光接口模块,包括短距多模(850nm)光接口模块、中距单模(1310nm)光接口模块、长距单模(1310nm)光接口模块、长距单模(1550nm)光接口模块、超长距离单模(1550nm)光接口模块,用户可根据自己的需要选购。
接口工作在1000Mbps速率下。
支持全双工工作方式。
GEF接口模块按照端口数量区分,用于AR28系列路由器和AR46系列路由器各有2种模块,如下表:
模块型号
描述
RT-1GEF(用于AR28系列路由器)
RT-FIC-1GEF(用于AR46系列路由器)
1端口1000M以太网光接口模块
RT-2GEF(用于AR28系列路由器)
RT-FIC-2GEF(用于AR46系列路由器)
2端口1000M以太网光接口模块
使用方法
1GEF/2GEF主要用于完成路由器与局域网的通信,即在局域网内部,核心路由器通过千兆光接口与核心交换机的千兆光接口相连,实现局域网内部的高速连接。
对于1GEF/2GEF,用户可根据所选用的1000Base-SX/1000Base-LXSFP可插拔光接口模块的类型来选择相应的光纤。
这几种光接口模块的光接口均为LC型光纤连接器,故要求用户使用带有LC型光纤连接器的光纤。
图4LC型光纤连接器外观
& 说明:
LC型光纤连接器为朗讯公司开发的一种小型光纤连接器,采用推拔按钮式安装。
光纤为选配,用户在购买接口卡时必须要预先指明选配的SFP接口模块,否则不予提供相应的光纤。
接口光纤的连接
注意:
连接光纤时,应注意如下事项:
l 不允许过度弯折光纤,其曲率半径应不小于10cm;
l 保证接口的Tx与Rx端连接正确;
l 保证光纤端面处的清洁度。
传输工程经常要用到光跳线、光尾纤、适配器等,[!
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常见的是FC(俗称圆头)、SC(俗称方头)和LC。
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FC型又分为FC/FC和FC/PC(APC)型,前一个FC是FerruleConnector的缩写,表明其外部加强件是采用金属套,紧固方式为螺丝扣;后面的FC表明接头的对接方式为平面对接,PC是PhysicalConnection的缩写,表明其对接端面是物理接触,即端面呈凸面拱型结构,APC和PC类似,但采用了特殊的研磨方式,PC是球面,APC是斜8度球面,指标要比PC好些。
目前电信网常用的是FC/PC型,FC/APC多用于有线电视系统。
一般写成FC或PC均是指FC/PC光连接器。
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SC型其外壳采用模塑工艺,用铸模玻璃纤维塑料制成,呈矩型;插头套管(也称插针)由精密陶瓷制成,耦合套筒为金属开缝套管结构,其结构尺寸与FC型相同,端面处理采用PC或APC型研磨方式;紧固方式是采用插拔销闩式,不需旋转头。
常用于在数据工程中使用。
一般SC型均指SC/PC。
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LC光纤连接器采用模块化插孔(RJ)机理制成。
其所采用的插针和套桶的尺寸是普通SC,FC等尺寸的一半。
LC常见于通信设备的高密度的光接口板上。
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各种光连接器与之对应的适配器,也称法兰盘,用在ODF架上,供光纤连接。
FC/PC和SC法兰盘一般价格在10-15元/个左右。
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FC/PC型光纤跳纤(非正规叫法是双头尾纤),英文名为PATCHCORD即两头带光纤连接器的软光纤,用于设备至ODF架的连接以及ODF架之间的跳接。
光跳线颜色为黄色,表示单模跳纤。
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MTRJ-SC型光纤跳纤,光跳线颜色为橙色,表示多模跳纤。
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另外,还有用于光缆成端的尾纤,英文名为PIGTAILCORD,一端与光缆熔接,一端固定在ODF上。
在生产中,为了便于测试,均生产为跳纤,即两头均有光纤连接器,施工时,从中间剪断,一根跳纤即成了两根尾纤。
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LC光纤接头是小方头的光纤连接器,用于华为设备的OSN3500和OSN9500的八光口板:
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- 通信 模块 光纤 连接器 应用 指南