200G光模块最全解析
光模块知识(全)
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光模块基础知识介绍
热敏电阻 TEC
激光器管芯
l0激光输出
TEC 控制电路
由温度实现波长反馈控制示意图
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光模块基础知识介绍
• 2.2 接收部分
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光模块基础知识介绍
2.2.1 PIN/APD的主要特性
波长响应范围：对一定波长范围内的入射光进行光电转换。
• 通过检测背光二极管（MD） 产生的光电流（平均值）来 实现闭环控制
• APC调节偏置电流来保持平 均输出光功率稳定
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光模块基础知识介绍
2.1.4 TEC温度控制电路
DWDM（密集波分复用）技术不断发展，为了尽可能地传输更多的信道，要 求光源峰值波长的间隔尽可能地小，这就对激光器波长的稳定性提出了更高 的要求。对于采用0.8nm（100GHz）信道间隔的DWDM系统，一个0.4nm的 波长变化就能把一个信道移到另一个信道上。DWDM激光器的波长容差典型 值为±0.1nm。
• LD的两个主要参数：阈值电流
Ith和斜效率S（Slope efficiency）
是温度的函数，且具有离散性
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光模块基础知识介绍
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光模块基础知识介绍
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光模块基础知识介绍
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光模块基础知识介绍
2.1.2 激光二极管驱动电路
• 驱动电路实质上就是一个高 速电流开关
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光模块基础知识介绍
2.1.3 自动功率控制（APC）原理
正常工作时为低电平( <0.8V )
• TX_Disable:关断使能输入.需要在模块内由4.7K~10K电阻上拉至2~VCC+0.3V. 低电平(0~0.8) 正常工作 高电平(2~3.465)关断 悬空:关断
200G光互连解决方案——DSP与全模拟架构解析
200G光互连解决方案——DSP与全模拟架构解析作为介于100G和400G的中间选项，200G光互连解决方案拥有令人惊叹的实力，能够帮助云数据中心应对严峻挑战，以灵活可扩展的规模和成本实现更快的光互连。
目前的200G光互连有两种主流方案，分别是200G QSFP-DD（8*25G NRZ）和200G QSFP56（4*50G PAM4）解决方案。
其中分别运用了全模拟架构和主流数字信号处理器 (DSP) 方案，他们有什么区别呢？200G QSFP56（4*50G PAM4）DSP解决方案由于电光器件带宽局限，为节省光纤用量，提高单波速率要求，实现4*50G光互连，是200G 光互连的解决方案之一。
但是56G信号的通道损耗和反射引入代价太大，同时对通道串扰的容忍性极大降低，目前的NRZ技术很难突破单路56G传输速率，因此业界引入了PAM4技术进行解决。
PAM4克服了56G速率下传统NRZ调制的疲软能力，在不增加带宽的情况下将比特率速率翻倍。
但是PAM4牺牲了信噪比，使得产品对噪声更加敏感，DSP芯片的引入正好弥补了PAM4技术相应的劣势。
DSP就是高速数字处理芯片，除了提供CDR能提供的数字时钟恢复功能之外，还可以进行色散补偿操作，去除噪声、非线性干扰等因素，还原从发射端发出的200G信号。
它还支持高阶调制格式以提高频谱效率，能够解决器件及信道传输效应，处理信噪比问题。
引入DSP之后，可以在发送端直接对信号进行频谱压缩，而接收端在通过自适应的FIR滤波器对信号进行恢复，用这种方法可以把调制/接收器件中不可控的模拟带宽影响变成已知的数字频谱压缩，降低对光器件带宽的需求。
DSP的功耗和成本问题但是DSP在提升了性能的同时增加了功耗。
由于DSP引入了DAC/ADC与算法，其功耗一定高于传统基于模拟技术的CDR芯片。
目前基于16nm的DSP解决方案的400G OSFP/QSFP-DD的设计功耗在12W左右，无论对于模块本身或是未来交换机的面板热设计都是巨大挑战。
光强模块知识点
光强模块知识点光模块的基础知识光模块的基础知识1、界定：光模块：也就是光收取和发送一体控制模块。
2、构造：光收取和发送一体控制模块由光电器件、作用电源电路跟光插口等构成，光电器件包含发送和接受两一部分。
发送一部分是：键入一定视频码率的电子信号经內部的驱动器集成ic解决后驱动半导体材料激光发生器（LD）或发光二极管（LED）发送出相对应速度的调配光信号灯不亮，其內部含有激光功率全自动控制回路，使导出的光信号灯不亮输出功率长期保持。
接受一部分是：一定视频码率的光信号灯不亮键入控制模块后由光检测二极管变换为电子信号。
经前置放大器后輸出相对应视频码率的电子信号，輸出的数据信号一般为PECL脉冲信号。
与此同时在键入激光功率低于一定值后会輸出一个告警信号。
3、光模块的主要参数及实际意义光模块有很多很重要的光学性能参数，但针对SFP这类热插拔光模块来讲，采用时最关心的也是下边三个主要参数：1）核心光波长企业纳米技术（nm），现阶段具体有3种：850nm（MM，多模光纤，低成本但传输间距短，一般只有传输500M）；1310nm（SM，多模，传输全过程中消耗大但散射小，一般用以40KM之内的传输）；1550nm（SM，多模，传输全过程中耗损小但散射大，一般用以40KM之上的远距离传输，比较远能够无无线中继立即传输120KM）除开之上几类基本光波长，在多通道传输中也会使用CWDM光波长（SM，多模，彩光模块），DWDM光波长（SM，多模，彩光模块）2）传输速度每秒传输数据信息的比特犬数（bit），企业bps。
现阶段较常用的有7种：155Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps、10Gbps、25Gbps、40Gbps、100Gbps等。
传输速度一般兼容问题，因而155M 光模块也称FE（百兆）光模块，1.25G 光模块也称GE（千兆网卡）光模块，10G光模块也称10GE（千兆）光模块，这也是现阶段光传输机器设备中使用较多的控制模块。
光模块基础知识介绍
接收部分原理
接收部分
光 信 号 放 光电 电信号 大 检测 器 均 衡 器 判 决 器 时 钟 恢 复
输出部分
解 码 扰 码 码型 反变换 电 信 号
AGC
输入输出缓冲
告警阈值设置 及判决输出
四、光模块设计及调试关键要素
LD接口电路：
交流耦合 直流耦合 优势：提高边沿速度、降低EMI 幅射及高频噪 优势：多速率兼容、更少的元件数量、低功耗、 声、调制电流范围宽、增大了电感容限。 易于匹配 不足：功耗大、引入了低频截止、元件数量多。 不足：调制电流范围窄、低负载阻抗遇高内阻 器件时对指标要求高。 注意事项：考虑是否需要加入补偿网络来消除 振铃和过冲？交耦电容的参数值在不同速率下 注意事项：布线尽可能的短，OUT-端负载要与 使用需要进行适当调整，特别是低频条件下 OUT+到LD的负载匹配，725型器件适用性高。 （<155M），应用于SDH、SONET系统时频 率要求更高。
数字光模块基础知识介绍
内容提要
一、光模块的定义 二、光模块的分类 三、光模块的主要功能原理 四、光模块设计及调试的关键要素
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。
ATC部分
当由于某种原因，使LD的输出光功率降低时，耦合至光电二极管的电流也同比例减小，这样，通常状态下的平衡被打破，使得运放 输出端的电压增大，于是，三极管的基极电流增大，集电极电流也随之增大，而集电极电流正是流入LD的偏置电流。因此，流入激 光器的电流增大，输出光功率相应增大，从而使输出光功率保持不变。 通过以上描述，理论上我们是可以通过驱动器的APC控制来实现TE的性能指标。而由于热胀冷缩有可能导致PD机械位移等多种因 素，使得LD的出光与PD的监测光电流不是理论上的线性关系。故此现在很多光模块的TE指标控制在高端客户需求的±1dB很困难。
光模块基本原理——解释
光模块基本原理——解释光模块是光通信系统中的重要组成部分，它实现了光信号的调制、解调和传输功能。
光模块的基本原理是利用光学器件将电信号转换为光信号，通过光纤进行传输并最终将光信号转换为电信号进行解调。
光模块通常由光发射器和光接收器两部分组成。
光发射器负责将电信号转换为光信号发送出去，光接收器负责将接收到的光信号转换为电信号。
光发射器是光模块的核心部件，通常采用半导体激光器作为光源，将电信号转换为光信号。
这里主要有两种类型的半导体激光器，分别是直接调制激光器（DML）和外调制激光器（EML）。
直接调制激光器通过改变电流的大小来调制激光的强度，实现光信号的调制。
而外调制激光器则是通过外部电极施加的电场来改变激光的折射率，从而实现光信号的调制。
调制后的光信号进一步通过一个聚焦透镜使其聚焦到一个光纤上，并通过光纤进行传输。
另一方面，光接收器负责接收经过光纤传输的光信号，并将其转换为电信号。
光接收器通常使用光电探测器作为光到电的转换组件。
光电探测器是一种能将光能转换为电能的器件，常见的光电探测器有PIN探测器和APD探测器。
这两种探测器的主要区别在于APD探测器具有内部增益，能够增加光电转换效率和系统的传输距离。
在光模块中，光信号的传输是通过光纤进行的。
光纤是一种能够传输光信号的细长光导纤维，其核心是由高折射率材料构成，外部由低折射率材料包围。
通过内部高折射率材料的全反射作用，光信号可以沿光纤进行长距离传输。
在光模块的设计中，光纤连接的稳定性对于光信号的传输质量和系统的可靠性至关重要。
总的来说，光模块的基本原理是将电信号转换为光信号，并通过光纤进行传输。
光发射器将电信号调制成光信号，光接收器将光信号解析成电信号。
在整个光通信系统中，光模块起到了桥梁作用，实现了电信号和光信号之间的转换和传输。
光模块的设计和技术有着重要的意义，可以极大地提高光通信系统的性能和可靠性，促进信息传输的发展。
光模块分类及应用场景
光模块分类及应用场景一、光模块分类光模块是一种能够将电信号转化为光信号并传输的设备。
根据其不同的应用场景和功能需求，光模块可分为多个不同的类型。
1.1 传输速率分类根据光模块的传输速率，可以将其分为以下几类：•低速模块：传输速率小于10Gbps，常见的有1G、2.5G、4G和8G等。
•中速模块：传输速率在10Gbps到40Gbps之间，常见的有10G、25G和40G 等。
•高速模块：传输速率在40Gbps以上，常见的有100G、200G和400G等。
1.2 光模块封装分类根据光模块的封装形式，可以将其分为以下几类：•SFP模块：全称是Small Form-factor Pluggable模块，是一种小型的光模块封装。
常见的有SFP、SFP+和SFP28等。
•QSFP模块：全称是Quad Small Form-factor Pluggable模块，是一种四通道的小型光模块封装。
常见的有QSFP、QSFP+和QSFP28等。
•CFP模块：全称是C Form-factor Pluggable模块，是一种用于高速传输的大型光模块封装。
常见的有CFP和CFP2等。
•CXP模块：全称是C form-factor Pluggable Express模块，是一种用于超高速传输的大型光模块封装。
1.3 应用领域分类根据光模块的应用领域，可以将其分为以下几类：•数据中心：随着云计算和大数据时代的到来，数据中心对传输速率和容量要求越来越高。
常见的光模块有40Gbps、100Gbps甚至400Gbps及以上的模块。
这些模块通常采用高速率和密集封装的形式，以满足数据中心高带宽需求。
•广域网：在广域网领域，光模块通常需要具备较长的传输距离和稳定性。
常见的光模块有1.25Gbps、10Gbps和100Gbps等。
这些模块通常采用较大的封装形式，以满足远距离传输的需求。
•无线通信：在无线通信领域，光模块通常用于光纤和无线设备之间的数据传输。
光模块知识介绍
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•
单模光纤(SMF，Single Mode Fiber)， ，纤芯较细，只能传一种模式的光。因 此，其模间色散很小，适用于远程通讯 适用于远程通讯。
2.光纤的端面与直径 光纤的端面与直径
• • 按照光纤连接器连接头内插针端面分：PC，SPC，UPC，APC 按照光纤连接器连接头内插针端面分 按照光纤连接器的直径分：Φ3，Φ2, Φ Φ0.9
•
注意 对于长距光模块，由于其平均输出光功率一般大于其最大输入光功率 由于其平均输出光功率一般大于其最大输入光功率（即光 饱和度），因此请用户使用时关注光纤使用长度 因此请用户使用时关注光纤使用长度，以保证到达光模块的实际 接收光功率小于其光饱和度，否则有可能造成光模块的损坏 否则有可能造成光模块的损坏。
•
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：发射光功率指发射端的光强，接收 • 光模块发射光功率和接收灵敏度： 灵敏度指可以探测到的光强度。两者都以 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 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 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 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 波段0.5dB/km，1550nm波段0.3dB/km甚 至更佳。50um多模光纤在850nm波段 波段4dB/km 1310nm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 千兆的光模块色散受限远大于损耗受限，可以不作考虑。
波长 速率 100/155M 1.25G 2.5G/4.25G 6G/10G
超详细的光模块介绍
超详细的光模块介绍光模块发展简述光模块分类按封装：1*9 、GBIC、SFF、SFP、XFP、SFP+、X2、XENPARK、300pin 等。
按速率：155M、622M、1.25G、2.5G、4.25G、10G、40G等。
按波长：常规波长、CWDM、DWDM等。
按模式：单模光纤（黄色）、多模光纤（橘红色）。
按使用性：热插拔（GBIC、SFP、XFP、XENPAK）和非热插拔（1*9、SFF）。
封装形式光模块基本原理光收发一体模块（Optical Transceiver)光收发一体模块是光通信的核心器件，完成对光信号的光-电/电-光转换。
由两部分组成：接收部分和发射部分。
接收部分实现光-电变换，发射部分实现电-光变换。
发射部分：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(APC)，使输出的光信号功率保持稳定。
接收部分：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。
光模块内部结构光模块的主要参数1. 传输速率传输速率指每秒传输比特数，单位Mb/s 或Gb/s。
主要速率：百兆、千兆、2.5G、4.25G和万兆。
2.传输距离光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。
一般认为2km 及以下的为短距离，10～20km 的为中距离，30km、40km 及以上的为长距离。
■光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。
注意：• 损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。
• 色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。
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200G光模块最全解析
光模块市场正稳步向200G/400G发展，虚拟数据中心、物联网（IoT）和云计算不断普及，对更高带宽的需求推动了光模块市场的繁荣。
而今，200G/400G的光模块也已出现，并有望在未来几年继续保持良好的势头。
以下为您带来200G光模块最全解析。
下一代数据中心的主流：200G/400G
数据中心光互连市场的主要转变是从10G到40G以及更高的40G到100G，另一个可预见的趋势是逐步淘汰核心网络和数据中心的低速光模块。
100G光器件的新发展为200G/400G光器件铺平了道路。
下一代数据中心在2018年底部署200G/400G以太网，并在2019或2020年成为主流。
总的来说，光模块市场正在向更高的速度，更低的功耗和更小的外形或尺寸发展。
其中光模块封装多采用SFP-DD/QSFP-DD。
SFP-DD小型自动可插拔双倍密度封装光模块，比SFP28或SFP56带宽（25G/50G）提高一倍，支持更高速率（50G/100G）的同时还保持SFP28或SFP56向后兼容性。
QSFP-DD四通道小型可插拔双倍密度封装光模块，由QSFP-DD MSA组定义，比QSFP28或QSFP56的密度增加一倍，8个通道，每通道速率高达25G或50G，因此支持200G或400G光传输。
SFP-DD、QSFP28与QSFP-DD封装（高度线缆）的对比
Google、Facebook等互联网巨头数据中心内部流量每年增长幅度接近100%，那些较早部署100G的互联网巨头已经开始谋求更高速率的解决方案，下一代数据中心的方案选择成为了大家所热心关注的话题。
400G以太网的标准先于200G以太网标准完成，这或许反映了业界的心态——更看好400G，或者认为200G仅仅是400G的一个过渡方案。
但是直接从100G跨越到400G实际上是不太科学的。
首先从数据中心方面，我们需要重建超大规模的数据中心，定义新的规范架构，400G时代交换机对机架电力的要求会相当高，传统的风冷散热也更为困难；而400G数据中心会使用到PAM4技术，采用PAM4技术会使系统变得不够透明且难以管理，传统的NRZ技术+并行技术可以使数据中心易于管理。
为更灵活地适应未来数据中心的需求，向400G数据中心实现完美过渡，易飞扬完成了基于200G NRZ 传输的低成本数据中心内部平行光互连方案。
光纤并行方案—选用单模还是多模？
传统的并行光模块产品主要基于多模光纤的光互连技术，具有高带宽、低损耗、无串扰和匹配及电磁兼容问题等优势，已逐渐取代基于铜线的电互联产品而应用于机柜间、板架间的高速互联，连接距离在OM3光纤下长达300米。
同时为了应用于更长距离的传输解决方案，PSM并行光模块也应运而生，主要使用FP激光器在单模光纤传输2km，DFB传输10km应用，这比多模互连技术更加具有难度。
200G QSFP-DD PSM8光模块对比200G QSFP-DD SR8光模块
基于易飞扬（Gigalight）独有的PSM系列产品线，易飞扬（Gigalight）发布了200G QSFP-DD PSM8的新产品，200G QSFP-DD PSM8是单模并行技术的高速率产物。
200G QSFP-DD光模块是一个高性能光模块，用于短距离多车道数据通信和互连应用。
它以
8x25.78125Gbps的带宽集成了每个方向的8个数据通道。
每个通道可以使用OM3纤维或100m使用OM4纤维，以25.78125Gbps的速度运行到70m。
这些模块被设计成使用一个标称波长为850nm的多模光纤系统。
电气接口使用76个接触边缘类型的连接器。
光学接口使用一个24纤维MTP（MPO）连接器。
该模块集成了Gigalight技术验证的电路和VCSEL技术，以提供可靠的长寿命、高性能和一致的服务。
要实现长距离传输必须使用色散损耗小的单模光纤，单模光纤与半导体要实现高的耦合效率，需要对半导体激光器发出的光场进行整形，使入射光场与光纤本征光场达到最大可能的匹配。
而200G QSFP-DD SR8采用8通道的850nm VCSEL阵列，符合100G BASE-SR4协议标准。
200G QSFP-DD SR8是多模并行的产品，借助传统的VCSEL优势平台，易飞扬（Gigalight）采用了简单高效且可靠的光纤耦合工艺技术，在激光器和光纤之间增加45°棱镜，同时经过对光纤面的特殊材质处理，使得光纤耦合效率提升到了80%以上。
这两款产品的相同点在于都属于200G数据中心解决方案里的光模块，并且都采用了QSFP-DD的封装，都可使用16芯的MTP。
QSFP-DD的优势在于1U面板可以做到36*200G/400G的密度，并且对QSFP前向和后向兼容，可兼容现有的QSFP28光模块及AOC/DAC等。
两者的主要不同在于200G QSFP-DD PSM8采用的是8路1310nm单模光纤并行的方案，传输距离可达10km；而200G QSFP-DD SR8采用多模光纤并行的方案，在OM4光纤链路上传播距离可达100m。
一般来说，主要交换机和收发器供应商的技术路线图为部署并行光学器件的客户显示了非常清晰和简单的迁移路径。
所以当光学器件可用，并且从100G迁移到200G或者400G时，它们的光纤基础设施依然存在，无需升级。
可靠性、产品寿命和维护成本等都是相互关联的，在总成本上以200G QSFP-DD PSM8为代表的单模并行方案或许应该成为未来大规模数据中心的布线指南。
随着200G光模块主流技术趋势，解决了远距离、高速率、小型化和低功耗的光模块未来发展趋势。