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视频光端机中有关光模块的应用

视频光端机中有关光模块的应用


      视频光端机市场需求的急剧增大,带来了光纤带宽容量和设备管理的新需求。为了满足这种变化的要求,作为核心器件之一的光收发模块的种类也随之越来越多,要求越来越高,复杂程度也以惊人的速度发展。但就总体趋势而言,光模块正朝着小型化、低功耗、高速率、远距离、热插拔、智能化方向发展。

高速率

  安防市场的不断扩大,光纤施工难度的加大,使得系统对于光端机单根光纤的传输数量越来越高,所以超高速的光模块已经逐渐在光端机上得到使用。传输速率越高、容量越大,传送每个视频的成本就越低。现在2.5G和CWDM的光模块已经稳定应用在视频光端机上,更高4G、8G和10G的模块也已经成熟,目前SDH单通道光系统正向40Gbit/s冲击,从现阶段电路技术来说,40Gbit/s已接近“电子瓶颈”的极限。速率再高,引起的信号损耗、功率耗散、电磁辐射(干扰)和阻抗匹配等问题难以解决,并且目前的价格太高,视频光端机暂时还没有成熟的应用,随着成本的不断降低和配套IC方案的成熟,相信很快就将得到应用。

小型化

  随着光纤的普及,目前全球的光通信市场都朝着全光网络的方向发展,光通信设备的保有量越来越大,所以对设备的体积要求越来越小。而接口板包含的接口又越来越多,进一步加剧了设备的密度,为了适应通信设备对光器件的要求,光模块正向高度集成的小封装发展。光模块的接口从ST、FC发展到SC及更小尺寸的LC、MT-RJ型连接口形式,相应的光收发模块的封装形式也从塑料封装发展到金属封装。管脚排列及封装由单排9脚、双排5脚或10脚向金手指方向发展。SFF(Small Form Factor)小封装光模块采用了先进的精密光学及电路集成工艺,尺寸只有普通双工SC(1X9)型光纤收发模块的一半,在同样空间可以增加一倍的光端口数,可以增加线路端口密度,降低每端口的系统成本。又由于SFF小封装模块采用了与铜线网络类似的MT-RJ接口,大小与常见的电脑网络铜线接口相同,有利于现有以铜缆为主的网络设备过渡到更高速率的光纤网络以满足网络带宽需求的急剧增长,具体应用上,已经有部分光端机厂商在使用SFF、SFP模块,还有厂商使用单排9脚模块加尾纤LC接口的方式来实现小型化。通信设备体积的变小,带来了一个散热的问题,这就要求要求光电器件向低功耗的方向发展。目前的小封装(SFF、SFP)光模块已经全部采用低电压3.3v供电,保证了系统设备的正常工作。

热插拔

  未来的光模块都全部支持热插拔功能,即无需切断电源,模块即可以与设备连接或断开。由于光模块带热插拔的,网络管理人员无需关闭网络就可实现更换或扩展,对系统的连续工作不会造成什么影响,这样大大减小维护和升级的成本,使得最终用户能够更好地管理他们的设备。支持这热插拔的光模块目前有GBIC和SFP光模块。由于SFP的外型比较小,它可以直接插在电路板上,应用面相当广。

远距离

  光模块的另一个发展方向是远距离。我国幅员辽阔,再加上光端机应用范围的不断扩大使得传输距离的要求也越来越高,如果用FP类型、1310nm波长激光器的光模块,则8路视频的光端机在典型的G652光纤系统中其传输距离也可以达到20km以上,而1路或2路的光端机其传输距离则可以达到40km以上。如果使用DFB类型、1550nm波长的激光器,则8路视频的光端机也可以达到80km的传输,当然,其价格也昂贵许多。值得一提的是为了节省光纤资源,现在很多光端机都采用单纤双向传输的方式,光模块上也选用单纤双向模块,在正、反向的传输分别用1310nm和1550nm波长的激光来配对使用,从成本方面考虑,一般选用FP类型的激光器,那么这个时候就要注意,1550nm波长的光在光纤中其色散特性较为严重,所以限制了它的传输距离,一般在低速率下也只能保证40km,如果需要传输较长距离,则要使用DFB类型激光器了。例如深圳思达光电通讯技术有限公司的常规产品就能够满足8路视频70公里以内的传输需要,而使用APD模块则可以达到8路视频传输100公里。

智能化

  SFP(Small Form Pluggable的缩写,即小型化封装可热插拔模块)模块,可以简单的理解为GBIC的升级版本。但SFP模块体积比GBIC模块减少一半,可以在相同面板上配置多出一倍以上的端口数量。是采用数字诊断功能的SFP智能化光模块。光模块的智能化体现在两方面。

  第一是指光模块的内置IC具有监测光模块的温度、供电电压、激光偏置电流以及发射和接收光功率等参数。这五个参数的实现除了经过采集、变换电路外都由模块内部的模拟数字转换电路转换为数字量,以二进制的形式提供给用户访问。通过这些参数,可以监测光端机的工作状态。

  第二是指光模块具有数字诊断功能。在SFF-8472 MSA中,规范了数字诊断功能及有关SFF-8472的详细内容。SFF-8472保留了原来SFP/GBIC在地址A0h处的地址映射,并在地址A2h处又新增了一个256字节的存贮单元。这个存贮单元除了提供参数侦测信息外,还定义了报警标志或告警条件以及各个管脚的状态镜像。根据该规范规定,在模块内部的电路板上侦测和数字化参数信号。然后,提供经过标定的结果或提供数字化的测量结果及标定参量。被监测的信息被存贮在标准的内存结构中,通过双缆串行接口进行读取。光模块中的数字诊断功能为系统提供一种性能监测手段,可以帮助系统管理预测光模块的寿命、定位并隔离系统故障。故障隔离特性可以使系统管理员快速定位链路故障的位置,无论是在模块内还是在线路上,是在本地模块还是在远端模块上。通过快速定位故障,减少了系统的故障修复时间。

  另外为了配合光模块热插拔的特点,智能化模块还预留有一定的存储单元。客户可以在存储单元内写入密码或协议等信息,限制未授权者随意更换SFP模块,从而保证生产厂商的知识产权和客户利益。

  由于SFP模块易于互换,跟传统焊接模块相比,光电或者光纤网络更容易升级和维护。可移走或者替代单个模块来修理或者升级,而不是替换包含多个焊接模块的整个电路板。这能大大减小维护和升级的成本。并且SFP具有多种优势:(1)高性能,具有突出的机械和光电特性,并且对用户友好;(2)互联距离长,支持1000Base-LH标准,采用单模光纤时,最长距离可达70km;(3)可以连接多种光纤,除了有支持1000Base-LH标准的SFP,还有支持1000Base-SX和1000Base-LX标准的SFP。

  虽然在目前的视频光端机上,单排9脚模块占据了绝大部分应用。但就模块的发展趋势而言,具备以上优点的SFP光模块已逐渐成为主流光模块。未来光元器件的热点主要集中在三大块,广域网、接入(PON)网络以及LAN/SAN的网络市场,基于MSA模块以及PON网络的有源器件将是一个非常火爆的市场,同时随着城域接入和数据通信的迅速增,而SFP光模块的出现满足了视频光端机后续的发展需要,与不断增长的通信系统一样,智能SFP模块技术代表了新一代光模块的发展趋势,是下一代高速光模块的基石。