光模块原理和测试基础
光模块知识介绍
1.1 光纤系统简介
• 光纤通信主要是指利用激光作为信息的载体信号并通过光导纤维来传 递信息的通信系统，有以下优点：
– 宽的传输带宽 – 低的传输损耗 – 不受电磁干扰 – 成本低，重量轻
1.1 光纤系统简介
• 基本光纤系统的构架及其功能介绍： – 发送单元：把电信号转换成光信号； – 传输单元：载送光信号的介质； – 接收单元：接收光信号并转换成电信号； – 连接器件：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤。
内径：单模9um 多模50/62.5um
多模光纤跳线的颜色为橙色 单模光纤跳线的颜色为黄色
125 9
125 50
12 62.5 5
1.4 光纤的基本知识
• 色散(Dispersion)：光脉冲沿着光纤行进一段距离后造成 的 频宽变粗。它是限制传输速率的主要因素。 – 模间色散：不同模式的光沿着不同的路径传输。 – 材料色散：不同波长的光行进速度不同。 – 波导色散：发生原因是光能量在纤芯及包层中传输时， 会以稍有不同的速度行进。在单模光纤中，通过改变光 纤内部结构来改变光纤的色散非常重要。
，务必戴上防尘帽； 3、盘纤的直径不能少于6cm，如图表9所示； 4、光纤跳线每插拔5次，需清洁1次； 5、一根光纤跳线任意一端连接器最多插拔5000次； 6、跳接线在使用和转移过程中不许有锐角弯折以及甩动； 7、对于外观已经损坏的光纤跳线不予使用。
光模块原理和测试基础
光模块原理和测试基础光模块是一种集成了光传输和接收功能的光电设备，通常由光电转换器、传输和接收电路、封装和连接接口等组成。
它的主要功能是将光信号转换为电信号或者将电信号转换为光信号，实现光与电的互相转换。
光模块的原理主要包括光电转换原理和光传输原理。
光电转换是指将光信号转换为电信号，通常使用光电二极管或光敏晶体管来实现。
光电二极管是一种能够转换光能为电能的器件，其结构与一般的二极管相似，但是PN结的一个电极是透明的，可以吸收光能。
当光照射到光电二极管上时，光能被吸收，电子位于PN结附近的导带中，产生光电流。
光敏晶体管也是一种能够转换光能为电能的器件，其结构更为复杂，但原理与光电二极管相似。
光传输是指将光信号通过光纤传输到目标位置。
光纤是一种非常细长的光通信线缆，由光纤芯和包层构成。
光信号在光纤芯内以全内反射的方式传输，通过不断反射来实现信号的传输。
光模块中的光传输系统通常包括光源、调制器、光纤和接收器等。
光源是光模块的核心部件之一，用于产生光信号；调制器用于调制光信号，使其能够携带信息；光纤用于传输光信号；接收器用于接收光信号并将其转换为电信号。
光模块的测试基础主要包括光功率测试、波长测试、比特误码率测试和接收灵敏度测试等。
光功率测试是指通过测量光模块的输出功率来评估其发送性能。
通常使用功率计来进行光功率测试，将测试仪器的光接收口对准光模块的输出端，即可得到光模块的输出功率。
波长测试是指通过测量光模块的输出波长来判断其光信号的稳定性和一致性。
通常使用光谱仪来进行波长测试，将测试仪器的光接收口对准光模块的输出端，即可得到光模块的输出波长。
比特误码率测试是指通过测量光模块发送和接收的比特误码率来评估其数据传输性能。
通常使用误码率测试仪来进行比特误码率测试，将测试仪器的输入端连接到光模块的发送端，输出端连接到光模块的接收端，即可得到光模块的比特误码率。
接收灵敏度测试是指通过测量光模块的接收灵敏度来评估其接收性能。
800g光模块测试原理
800G光模块的测试原理主要涉及光电转换、光信号调制和解调等关键技术。
具体来说，它利用半导体材料的光电效应，将光信号转换为电信号或将电信号转换为光信号。
当光信号照射到光电转换器件上时，光子能量将激发半导体中的电子，使其跃迁到导带中，从而形成电流。
反之，当电信号输入到光电转换器件时，电信号将激发半导体中的电子，使其发射光子，从而形成光信号。
这样，光模块就实现了光信号和电信号之间的相互转换。
在测试800G光模块时，需要使用测试设备和相应的测试程序，对模块的光电转换性能、传输速率、误码率等参数进行测量和评估。
通过这些测试，可以确定模块的性能是否符合设计要求，并找出可能存在的问题和缺陷。
总之，800G光模块的测试原理是基于光电转换技术，通过测量和评估模块的性能参数来确保其满足设计要求和使用要求。
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。
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。
光模块基础知识
光模块基础知识光模块是一种集成光电子器件，通过将光信号转换为电信号或将电信号转换为光信号，实现光纤通信的传输和接收功能。
在光纤通信系统中，光模块扮演着重要的角色。
一、光模块的组成光模块由光发射器和光接收器两个基本部分组成。
1. 光发射器：光发射器采用半导体激光器或发光二极管，将电信号转换为光信号。
半导体激光器是一种将电能转换为光能的器件，通过电流注入产生激光。
发光二极管是一种将电能转换为光能的器件，通过电流注入产生非激光光源。
2. 光接收器：光接收器采用光电二极管或光电探测器，将光信号转换为电信号。
光电二极管是一种将光能转换为电能的器件，通过光照射产生电流。
光电探测器是一种将光能转换为电能的器件，通过光照射产生光电流。
二、光模块的工作原理光模块的工作原理可以简单描述为：在发送端，电信号通过光发射器转换为光信号，通过光纤传输到接收端；在接收端，光信号通过光接收器转换为电信号。
1. 发送端工作原理：电信号通过驱动电路控制光发射器，驱动电路将电信号转换为适合光发射器工作的电流或电压信号，进而激励光发射器发出相应的光信号。
光信号经过光纤传输到接收端。
2. 接收端工作原理：光信号通过光纤传输到接收端后，经过光接收器转换为电信号。
光接收器将光信号转换为电流或电压信号，并通过电路进行放大和处理，得到与原始电信号相对应的信号。
三、光模块的特性和参数光模块的特性和参数会直接影响到光纤通信系统的性能和可靠性。
1. 速率：光模块的速率指的是在光纤通信中传输的数据速率，通常以Gbps（千兆位每秒）为单位。
速率越高，传输的数据容量越大。
2. 波长：光模块的波长是指光信号在光纤中传播时的波长。
常见的波长有850nm、1310nm和1550nm等。
不同波长的光信号在光纤中传播的损耗和传输距离也会有所不同。
3. 传输距离：光模块的传输距离是指光信号在光纤中传输时的最大距离。
传输距离受到光纤损耗、光发射功率和光接收灵敏度等因素的影响。
光模块原理和测试基础
光模块原理和测试基础光模块是指由构建在集成电路上的光学器件和光电器件组成的模块，通常用于光纤通信中的发送和接收信号。
光模块具有高速、高效、低功耗和长距离传输等特点，广泛应用于光纤通信、数据中心、计算机网络以及雷达和光学测量等领域。
光模块的原理主要涉及光学器件和光电器件两方面。
首先是光学器件，主要有光源、准直器、偏振器、耦合器和光纤等。
光源是光模块中的发光器件，常用的光源包括激光二极管（LD）、垂直腔面发射激光器（VCSEL）、LED等。
光源发出的光经过准直器和偏振器进行调整和过滤，然后通过耦合器将光能耦合到光纤中进行传输。
其次是光电器件，主要包括光电二极管（PD）、光电探测器、光电晶体管等。
光电器件起到将光信号转换成电信号的作用。
接收光信号时，光模块将光纤传输的光信号耦合到光电器件中，光电器件将光信号转换成电信号之后经过放大、滤波等处理后输出。
光模块测试的基础主要包括以下几个方面：1.传输性能测试：传输性能测试主要关注光模块在光纤通信中的传输性能，包括传输速率、误码率、带宽、灵敏度、串扰等指标的测试。
传输速率是指光模块支持的数据传输速度，常见的有1Gb/s、10Gb/s、40Gb/s、100Gb/s等。
误码率是指传输过程中出现的比特错误率，常用的误码率测试方式包括位误码率（BER）和帧误码率（FER）等。
带宽是指光模块支持的频率范围，可以通过测试信号频谱分析来进行测试。
灵敏度是指光模块对输入光信号的强度变化的敏感程度，可以通过改变输入光功率进行测试。
串扰是指在多信道传输中，信道间互相干扰的程度，可以通过串扰测试仪进行测试。
2.温度和湿度测试：温度和湿度是影响光模块性能的重要因素，因此需要对光模块在不同温度和湿度环境下的性能进行测试。
温度测试可以通过将光模块放置在恒温箱中，改变温度值来测试光模块的温度性能。
湿度测试可以通过将光模块放置在恒湿箱中，改变湿度值来测试光模块的湿度性能。
3.可靠性测试：可靠性测试是对光模块的长期工作性能进行测试，主要关注其稳定性和寿命。
光模块的基本原理
光模块（Optical Module）是一种集成了光电转换器件和光传输设备的组件，用于光纤通信系统中的光信号的发送和接收。
其基本原理如下：
1. 光电转换：光模块内部通常包含一个光电转换器件，如光电二极管（PD）或光电探测器（APD）。
当光信号通过光纤到达光模块时，光信号会被转换为电信号。
这个过程是通过光电转换器件中的半导体材料的光电效应实现的。
2. 光信号调制：在光模块中，光信号通常需要进行调制以便携带信息。
这种调制可以是强度调制、相位调制或频率调制。
调制的方法通常取决于具体的应用需求。
3. 光信号传输：光模块通过光纤将光信号传输到目标设备或接收光纤。
光模块通常包含光纤连接器，使其能够与其他光纤设备进行连接。
4. 光信号接收：在目标设备或接收光纤处，光模块使用光电转换器件将传输的光信号转换为电信号。
这个过程与光电转换相反，通过光电二极管或光电探测器将光信号转换为电信号。
总的来说，光模块的基本原理就是将光信号转换为电信号，或者将电信号转换为光信号，实现光纤通信系统中的光信号的发送和接收。
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8472协议
• 是一份定义了光模块数字监控量接口的多 元协议
• 五个监控量：
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
• 思考： • 什么是8B/10B？ • 8B/10B与NRZ的区别是什么？ • 8B/10B与PRBS的关系.
• 趋势，体积更小，密度更高，功耗更低
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光模块分类
• SFP光模块
– 波长：850、1310、1490、1550、CWDM、 DWDM
– 速率：0-10G bit/s
• SFP电模块
– 接口：RJ45，COPPER
– 速率：10/100/1000M自适应，强制1000M
• XFP模块
– 波长：850、1310、1270、1330、CWDM、
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光模块封装
• SFF（焊接，不可带电热插拔）
• SFP
• SFP+
• GBIC
• XFP
• QSFP
• QSFP28
• X2 *SFP与SFP+相比，外观尺寸相同，SFP+能传输10G速率的信号，对电磁信号屏蔽要求更高
SFP由GBIC演变过来
SFP+由XFP演变过来
• CFP
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光模块封装尺寸比较
SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
• 内校准：Internal Calibration • 外校准：External Calibration
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
• 思考： • RX监控预留多项式拟.合的原因？
SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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SFF-8472协议
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Thanks & Questions？
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光模块参数换算关系
• 特别注意：P0不是0电平
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光模块眼图的测试
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光模块眼图的获取
• 大量数据通过周期性采样、叠加形成
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光模块眼图能获取的主要参数
• 波型参数
消光比
抖动
眼高
眼宽
交叉点
等等
• 模板测试
标准验证
模板冗余度
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眼图余量测试
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
误码率的定义
• 从码型发生器发出测试码型给被测器件. • 在误码分析仪内部产生与预期从被测器件发出的码型相同的码型 • 对比码型发生器发送的码型与码型分析仪接收的码型，找出不一致的码型个
光模块原理
Editor: Roger Li Date:2017/7/17
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• 模块协议 • 模块封装 • 模块分类 • 模块结构 • 模块框图 • 模块参数 • 8472协议
内容
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光模块协议
• IEEE 802.3ba • IEEE 802.3ah • IEEE 802.3ae • SFF-8472 • SFF-8431 • SFF-8436 • SFF_INF 8077i •…
DWDM
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光模块结构
• SFF和SFP为列
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光模块典型功能框图（直接调制）
• LD电流周期变化
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光模块典型功能框图（间接调制）
• LD电流恒定不变
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光模块典型功能框图（接收）
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光模块典型功能框图（收发一体）
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光模块典型功能框图（XFP）
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光模块发端参数定义
• AOP • ER • OMA
数
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误码测试的可信度
• 误码率测试总是一个概率问题，不能得到 100%的确定结果
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误码测试的效率1
• 不同速率下满足95%可信度的测试时间
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误码测试的效率2
• 由被测设备接收机所收到的光功率和误码 率的关系图来递推
• 是一个粗略而非精确的评估方法
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压力眼测试
• VECP= 10*Log(OMA/Ao)