Glasfaser-Transceiver. Optische Module Optische Transceiver Ethernet

Wir haben uns angeschaut, was optische Transceiver der SFP- und SFP+-Formfaktoren im Allgemeinen sind. In diesem Artikel möchten wir noch ein paar subtilere Punkte näher beleuchten.

Wir werden uns auch auf die Klassifizierung von Transceivern nach Art des optischen Steckverbinders, Standards und Wellenlängenmultiplex-Technologie konzentrieren.

Kabelabschluss

Das optische Kabel zum Anschluss an SFP-Module muss an einen LC- (Lucent/Little/Local Connector) oder SC- (Subscriber/Square/Standard Connector) Stecker angeschlossen werden.

Dementsprechend werden die Module mit zwei Arten von Kabelanschlüssen hergestellt: SC und LC.

Das ist hier zu beachten Optische Doppelfaser-Transceiver im SFP- und SFP+-Format sind fast immer mit einem LC-Anschluss ausgestattet, da SC größer ist und zwei solcher Anschlüsse nicht in ein Duplexmodul passen. Der Einsatz von SC ist nur einfaserig möglich.

SC ist einer der ersten Keramikstecker, der den Anschluss optischer Kabel an eine Vielzahl von Geräten erleichtert und den Kabelabschnitt vor Verschmutzung und mechanischer Beschädigung schützt. Angesichts der mikroskopischen Dicke der Fasern eines optischen Kabels kann bereits ein einziges Staubkorn zu einer erheblichen Verschlechterung der Kommunikationsqualität oder einem Verbindungsabbruch führen.

Der LC-Stecker wurde von Lucent als verbesserte Version des SC entwickelt. Es hat die Hälfte der Abmessungen und einen Schnappverschluss, was die Handhabung optischer Kabel in Umgebungen mit hoher Verbindungs-/Faserdichte erleichtert.

Im Allgemeinen erlauben Ethernet-Standards die Verwendung sowohl eines als auch eines zweiten Anschlusses, die meisten Hersteller installieren jedoch immer noch LC-Anschlüsse auf ihren Modulen. Selbst einfaserige SFP-WDM-Module, die bisher standardmäßig mit einem SC-Stecker produziert wurden, sind jetzt auch mit einem LC-Stecker erhältlich.

Weitere Informationen zu optischen Steckverbindern finden Sie in diesem Artikel.

Standards

Optische Transceiver arbeiten in Ethernet-Netzwerken und müssen daher einem der relevanten Standards entsprechen. Der Einfachheit halber haben wir diese Parameter in einer Tabelle zusammengefasst.

Transparenzfenster von Singlemode-Lichtwellenleitern

Die überwiegende Mehrheit der modernen optischen Kabel ist SMF G.652 verschiedene Versionen. Neueste Version Der Standard G.652 (11/16) wurde im November 2016 veröffentlicht. Der Standard beschreibt die sogenannte Standard-Singlemode-Faser.

Die Übertragung von Licht durch eine optische Faser basiert auf dem Prinzip der Totalreflexion an der Grenzfläche von Medien unterschiedlicher optischer Dichte. Zur Umsetzung dieses Prinzip, die Faser ist zwei- oder mehrschichtig ausgeführt. Der lichtleitende Kern ist von Schichten transparenter Hüllen aus Materialien mit niedrigeren Brechungsindizes umgeben, wodurch an der Schichtgrenze Totalreflexion auftritt.

Lichtwellenleiter als Übertragungsmedium zeichnen sich durch Dämpfung und Streuung aus. Unter Dämpfung versteht man den Signalleistungsverlust während des Glasfaserdurchgangs, ausgedrückt in der Verlusthöhe pro Kilometer Entfernung (dB/km). Die Dämpfung hängt vom Material des Übertragungsmediums und der Wellenlänge des Senders ab. Die Absorptionsspektrum-Wellenlängen-Kurve enthält mehrere Peaks mit minimaler Dämpfung. Es sind diese Punkte im Diagramm, auch Transparenzfenster oder Telekommunikationsfenster genannt, die als Grundlage für die Auswahl der Emittenten ausgewählt wurden.

Es gibt sechs Transparenzfenster für Singlemode-Fasern:

• O-Band (Original): 1260-1360 nm;
• E-Band (erweitert): 1360–1460 nm;
• S-Band ( Kurze Wellenlänge): 1460–1530 nm;
• C-Band ( Konventionell): 1530-1565 nm;
• L-Band ( Lange Wellenlänge): 1565–1625 nm;
• U-Band ( Ultralange Wellenlänge): 1625–1675 nm.

Ganz nah dran Die Fasereigenschaften innerhalb jedes Bereichs können als annähernd gleich angesehen werden. Es entsteht höchste Transparenz normalerweise bis zum Langwellenende E-Band . Spezifische Dämpfung in O-Band etwa eineinhalb Mal höher, als im S- und C-Band , spezifische chromatische Dispersion ist das Gegenteil, hat ein Nullminimum bei einer Wellenlänge von 1310 nm und über Null bei C-Band.

Um eine Duplexverbindung über ein optisches Kabel zu organisieren, wurden zunächst Faserpaare verwendet, die jeweils für ihre eigene Übertragungsrichtung verantwortlich waren. Dies ist praktisch, aber im Verhältnis zu den Ressourcen des zu verlegenden Kabels verschwenderisch. Um dieses Problem auszugleichen, wurde die Technologie des Spektralmultiplexings, oder mit anderen Worten Wellenmultiplexing, entwickelt.

Wellenlängen-Multiplex-Technologien, WDM/CWDM/DWDM

WDM

Die WDM-Technologie, Wavelength Division Multiplexing, basiert auf der Übertragung mehrerer Lichtströme mit unterschiedlichen Lichtlängen entlang einer einzigen Faser.

Die grundlegende WDM-Technologie ermöglicht die Erstellung einer Duplexverbindung, wobei das am häufigsten verwendete Wellenlängenpaar 1310/1550 nm aus dem O- bzw. C-Band ist. Zur Umsetzung der Technologie werden zwei „Spiegel“-Module verwendet, eines mit einem 1550-nm-Sender und einem 1310-nm-Empfänger, das zweite hingegen mit einem 1310-nm-Sender und einem 1550-nm-Empfänger.

Der Wellenlängenunterschied beider Kanäle beträgt 240 nm, was die Unterscheidung beider Signale ohne den Einsatz spezieller Detektionsmittel ermöglicht. Das hauptsächlich verwendete Paar ist 1310/1550, wodurch Sie stabile Verbindungen über Entfernungen von bis zu 60 km herstellen können.

In seltenen Fällen werden auch Paare 1490/1550, 1510/1570 und andere Optionen aus Transparenzfenstern mit geringerer spezifischer Dämpfung im Vergleich zum O-Band verwendet, wodurch es möglich ist, Verbindungen mit größerer Reichweite zu organisieren. Darüber hinaus gibt es eine Kombination 1310/1490, bei der ein Kabelfernsehsignal parallel zu Daten mit einer Wellenlänge von 1550 nm übertragen wird.

CWDM

Die nächste Entwicklungsstufe war Coarse WDM, CWDM, grobe Spektralmultiplex-Technologie. Mit CWDM können Sie übertragen bis zu 18 Datenströme im Wellenbereich von 1270 bis 1610 nm in Schritten von 20 nm.

CWDM-Module sind in den allermeisten Fällen zweifaserig. Es gibt BiDi, bidirektionale SFP-CWDM-Module, bei denen Empfang und Übertragung über eine Glasfaser erfolgen, aber in der Ukraine sind sie noch recht selten im Handel.

SFP- und SFP+-CWDM-Sender (Module) senden auf einer bestimmten Wellenlänge.

Der Empfänger solcher Module ist breitbandig, d. h. er empfängt ein Signal bei jeder Wellenlänge, wodurch Sie einen einzelnen Duplexkanal mit zwei beliebigen Modulen organisieren können, die für die Einhaltung von CWDM zertifiziert sind. Um mehrere Kanäle gleichzeitig zu durchlaufen, werden passive Multiplexer-Demultiplexer verwendet, die Datenströme von „Farb“-SFP-Modulen (von denen jedes über einen Sender mit seiner eigenen Wellenlänge verfügt) in einem einzigen Strahl für die Übertragung über Glasfaser sammeln und ihn in einzelne Ströme zerlegen am Endpunkt. Die Vielseitigkeit der Empfänger sorgt für mehr Flexibilität bei der Vernetzung.

DWDM

Die neueste Entwicklung ist Dense WDM (DWDM), dichtes Spektralmultiplexing, mit dem Sie bis zu 24 und in maßgeschneiderten Systemen bis zu 80 Duplex-Kommunikationskanäle im Wellenlängenbereich von 1528,77 bis 1563,86 nm mit einer Stufe organisieren können von 0,79-0,80 nm.

Je dichter die Kanäle angeordnet sind, desto enger werden natürlich die Toleranzen bei der Herstellung von Emittern. Wenn bei herkömmlichen Modulen ein akzeptabler Wellenlängenfehler innerhalb von 40 nm liegt, reduziert sich dieser Fehler bei WDM-Transceivern auf 20–30 nm, bei CWDM beträgt er bereits 6–7 nm und bei DWDM beträgt er nur 0,1 nm. Je enger die Toleranzen, desto teurer ist die Herstellung der Emitter.

Trotz der deutlich höheren Hardwarekosten bietet DWDM jedoch die folgenden großen Vorteile gegenüber CWDM:
1) Übertragung einer deutlich größeren Anzahl von Kanälen über eine Faser;
2) Übertragung einer größeren Anzahl von Kanälen über größere Entfernungen, da DWDM im Bereich der größten Transparenz (1525–1565 nm) arbeitet.

Abschließend sei noch erwähnt, dass im Gegensatz zum ursprünglichen WDM-Standard bei CWDM und DWDM jeder einzelne Kanal Daten mit Geschwindigkeiten von sowohl 1 Gbit/s als auch 10 Gbit/s liefern kann. Die 40-Gbit- und 100-Gbit-Ethernet-Standards wiederum werden durch die Kombination des Durchsatzes mehrerer 10-Gbit-Kanäle umgesetzt.

Was sind OADM-Module und WDM-Filter (Teiler)?

Trotz des ähnlichen Namens ist das OADM-Modul kein optischer Transceiver, sondern ein optischer Filter, eine Art Multiplexer.

Im Bild: OADM-Modul.

Optical Add Drop Multiplexor (OADM)-Knoten werden verwendet, um Datenströme an Zwischenpunkten zu trennen. OADM, sonst Add-Drop-Modul, ist ein optisches Gerät, das in einer optischen Kabelunterbrechung installiert wird und es Ihnen ermöglicht, zwei Datenströme aus einem gemeinsamen Strahl zu filtern. OADM sind, wie alle Multiplexer, im Gegensatz zu SFP- und SFP+-Transceivern passive Geräte, was bedeutet, dass sie keine Stromversorgung benötigen und unter allen Bedingungen installiert werden können, selbst unter den härtesten. Mit einem richtig geplanten OADM-Set können Sie auf einen Terminal-Multiplexer verzichten und Datenströme auf Zwischenpunkte „verteilen“.

Der Nachteil von OADM ist die Verringerung der Leistung sowohl der getrennten als auch der Transitsignale und damit der maximal stabilen Übertragungsreichweite. Verschiedenen Quellen zufolge liegt die Leistungsreduzierung bei jedem Add-Drop zwischen 1,5 und 2 dB.

Mit einem noch einfacheren Gerät, dem WDM-Filter, können Sie nur einen Kanal mit einer bestimmten Wellenlänge vom allgemeinen Strom trennen. Somit ist es möglich, OADM-Analoga basierend auf beliebigen Paaren zusammenzustellen, was die Flexibilität des Netzwerkaufbaus maximal erhöht.

Im Bild: WDM-Filter (Teiler).

Der WDM-Filter kann sowohl in Netzwerken mit WDM-Multiplexing als auch mit CWDM- und DWDM-Multiplexing eingesetzt werden.
Genau wie CWDM umfasst die DWDM-Spezifikation die Verwendung von OADM und Filtern.

Multi-Source-Vereinbarungen (MSAs)

Informationen zur MSA-Unterstützung finden Sie häufig in der Begleitdokumentation für SFP- und SFP+-Transceiver. Was ist das?

MSAs sind Branchenvereinbarungen zwischen Modulherstellern, die eine durchgängige Kompatibilität zwischen Transceivern und Netzwerkgeräten verschiedener Unternehmen gewährleisten und sicherstellen, dass alle hergestellten Transceiver allgemein anerkannten Standards entsprechen. Durch die Installation von MSA-konformen SFP-Ports in Geräten wird die Palette kompatibler Module erweitert und die Existenz eines wettbewerbsfähigen Marktes für austauschbare Produkte sichergestellt.

MSA für SFP/SFP+ legt die folgenden Parameter fest:

1. Mechanische Schnittstelle:

• Modulabmessungen;
• Parameter der mechanischen Verbindung von Steckverbindern mit der Platine;
• Platzierung von Elementen auf einer Leiterplatte;
• Bemühung, notwendig für den Einbau bzw. Ausbau des Moduls in den Steckverbinder;
• Kennzeichnungsstandards.

2. Elektrische Schnittstelle:

• Pinbelegung;
• Energieeinstellungen;
• Timings und Ein-/Ausgabesignale.

3. Softwareschnittstelle:

• PROM-Chiptyp;
• Datenformate und voreingestellte Firmware-Felder;
• Parameter der I2C-Steuerschnittstelle;
• DDM-Funktionen ( Digitale Diagnoseüberwachung).

Heute umfassen Module im SFP/SFP+-Format drei vom SNIA SFF-Komitee herausgegebene MSA-Spezifikationen, zu deren Einhaltung sich die meisten Marktteilnehmer verpflichtet haben:
SFP – Im PDF-Format herunterladen
SFP+ – Im PDF-Format herunterladen
DDM – Im PDF-Format herunterladen

SFP-, SFP+-, XFP-Module technische Beschreibung(Russisch) Download im PDF-Format

Glasfaser-Kommunikationsleitungen sind eine Kommunikationsart, bei der Informationen über optische dielektrische Wellenleiter, sogenannte Glasfasern, übertragen werden. Glasfaser gilt derzeit als das fortschrittlichste physikalische Medium zur Informationsübertragung sowie als das vielversprechendste Medium zur Übertragung großer Informationsströme über große Entfernungen.

Die große Bandbreite optischer Signale ist auf die extrem hohe Trägerfrequenz zurückzuführen. Das bedeutet, dass Informationen über eine optische Kommunikationsleitung mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,1 Terabit/s übertragen werden können. Diese. Eine Faser kann 10 Millionen gleichzeitig übertragen Telefongespräche und eine Million Videosignale. Durch die gleichzeitige Übertragung von Informationen in zwei Richtungen kann die Datenübertragungsgeschwindigkeit erhöht werden, da sich Lichtwellen in einer Faser unabhängig voneinander ausbreiten können. Darüber hinaus können sich in einer optischen Faser Lichtsignale zweier unterschiedlicher Polarisation ausbreiten, was eine Verdoppelung ermöglicht Durchsatz optischer Kommunikationskanal. Bisher wurde die Grenze der Dichte der über Glasfaser übertragenen Informationen nicht erreicht.

Die wichtigste Komponente ist das Glasfaserkabel. Weltweit gibt es mehrere Dutzend Unternehmen, die optische Kabel für verschiedene Zwecke herstellen. Die bekanntesten davon: AT&T, General Cable Company (USA); Siecor (Deutschland); BICC-Kabel (Großbritannien); Les Cables de Lion (Frankreich); Nokia (Finnland); NTT, Sumitomo (Japan), Pirelli (Italien). Die Kosten für optische Kabel sind vergleichbar mit den Kosten für Standard-Kupferkabel. Der Einsatz der faseroptischen Signalübertragung wird derzeit durch die relativ hohen Gerätekosten und die Komplexität der Installationsarbeiten erschwert.

Um Daten über optische Kanäle zu übertragen, müssen die Signale von elektrisch in optisch umgewandelt, über eine Kommunikationsverbindung übertragen und dann am Empfänger wieder in elektrische umgewandelt werden. Diese Transformationen finden in Transceivern statt, die enthalten elektronische Komponenten zusammen mit optischen Komponenten.

IN allgemeiner Fall Die Organisation des optischen Kanals ähnelt IrDA. Wesentliche Unterschiede bestehen in der Reichweite optischer Wellen und der Geschwindigkeit der übertragenen Daten. Dabei werden Halbleiterlaser als Sender und Hochfrequenz-Fotodioden als Empfänger eingesetzt. Das Blockschaltbild des optoelektronischen Datenempfängers ist in Abb. dargestellt. 5.19 und in Abb. 5.20 – Datensender.

Reis. 5.19. Optoelektronischer Datenempfänger

Reis. 5.20. Optoelektronischer Datensender

Zur Übertragung von Informationen über einen Glasfaserkanal werden zwei Wellenlängenbereiche verwendet: 1000 ^ 1300 nm (zweites optisches Fenster) und 1500 ^ 1800 nm (drittes optisches Fenster). In diesen Bereichen gibt es den geringsten Signalverlust in der Leitung pro Kabellängeneinheit.

Für optische Übertragungssysteme können verschiedene optische Quellen verwendet werden. Im Low-Cost-Bereich werden beispielsweise häufig Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt lokale Netzwerke für die Kommunikation über kurze Distanzen. Allerdings erlauben das breite Spektralband der Strahlung und die Unfähigkeit, in den Wellenlängen des zweiten und dritten optischen Fensters zu arbeiten, den Einsatz von LEDs in Telekommunikationssystemen nicht.

Im Gegensatz zu einer LED kann ein optisch modulierter Lasersender in einem dritten optischen Fenster arbeiten. Daher wird für Ultralangstrecken- und WDM-Übertragungssysteme, bei denen die Kosten keine große Rolle spielen und eine hohe Effizienz ein Muss ist, eine optische Laserquelle verwendet. Für optische Kommunikationskanäle verschiedene Arten Direkt modulierte Halbleiterlaserdioden haben ein optimales Kosten-/Wirkungsgradverhältnis. Die Geräte können sowohl im zweiten als auch im dritten optischen Fenster betrieben werden.

Alle Halbleiterlaserdioden, die zur Direktmodulation verwendet werden, benötigen typischerweise Folgendes Gleichstrom Offset, um den Arbeitspunkt und den Modulationsstrom für die Signalübertragung einzustellen. Die Größe des Vorspannungsstroms und des Modulationsstroms hängt von den Eigenschaften der Laserdiode ab und kann von Typ zu Typ und innerhalb desselben Typs voneinander abweichen. Bei der Auslegung der Sendeeinheit muss der zeitliche und temperaturabhängige Schwankungsbereich dieser Eigenschaften berücksichtigt werden. Dies gilt insbesondere für die wirtschaftlich günstigeren ungekühlten Halbleiterlasertypen. Daraus folgt, dass der Lasertreiber einen Vorstrom und einen Modulationsstrom in einem ausreichenden Bereich erzeugen muss, um den Betrieb verschiedener optischer Sender mit einem breiten Spektrum an Laserdioden über lange Zeiträume und bei unterschiedlichen Temperaturen zu ermöglichen.

Um die nachlassende Leistung der Laserdiode auszugleichen, wird ein Gerät zur automatischen Leistungsregelung (APC) verwendet. Es nutzt eine Fotodiode, die die Lichtenergie des Lasers in einen proportionalen Strom umwandelt und diesen dem Lasertreiber zuführt. Basierend auf diesem Signal erzeugt der Treiber einen Vorstrom in die Laserdiode, sodass die Lichtleistung konstant bleibt und der ursprünglich eingestellten entspricht. Dadurch bleibt die „Amplitude“ des optischen Signals erhalten. Die in der APC-Schaltung enthaltene Fotodiode kann auch in der automatischen Modulationssteuerung (AMC) verwendet werden.

Die Wiederherstellung der Synchronisation und die Konvertierung in das serielle Format erfordern Taktimpulse, die synthetisiert werden müssen. Dieser Synthesizer kann auch in einen Parallel-Seriell-Wandler integriert werden und umfasst normalerweise eine Phasenregelkreisschaltung. Der Synthesizer spielt eine wichtige Rolle im Sender eines optischen Kommunikationssystems.

Optische Empfänger erkennen Signale, die entlang eines Glasfaserkabels übertragen werden, und wandeln sie in elektrische Signale um, die dann verstärkt werden, ihre Form wiederherstellen und Signale synchronisieren. Abhängig von der Baudrate und den Systemspezifikationen des Geräts kann der Datenstrom vom seriellen in das parallele Format konvertiert werden. Die Schlüsselkomponente, die dem Verstärker in das Empfangsgerät folgt, ist die Takt- und Datenwiederherstellungsschaltung (CDR). Der CDR führt die Taktung durch, entscheidet über den Amplitudenpegel des eingehenden Signals und erzeugt einen rekonstruierten Datenstrom.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Synchronisation aufrechtzuerhalten (externer SAW-Filter, externes Steuertaktsignal usw.), aber nur integrierter Ansatz ermöglicht es Ihnen, dieses Problem effektiv zu lösen. Die Verwendung einer Phasenregelschleife (PLL) ist ein wesentlicher Bestandteil der Synchronisierung der Taktimpulse mit dem Datenstrom. Dadurch wird sichergestellt, dass das Taktsignal mit der Mitte des Datenworts ausgerichtet ist.

Lasermodule der LFO-1-Serie (Tabelle 5.15) werden auf Basis hocheffizienter MQW InGaAsP/InP- und AlGaInP/GaAs-Laserdioden hergestellt und sind in standardmäßigen ungekühlten Koaxialgehäusen mit Singlemode- oder Multimode-Glasfaser erhältlich. Einige Modelle sowie die ungekühlte Version können in DIL-14-Gehäusen mit eingebautem Mikrokühlschrank und Thermistor hergestellt werden. Alle Module haben große Auswahl Betriebstemperaturen, hohe Stabilität der Strahlungsleistung, Betriebsdauer von mehr als 500.000 Stunden und sind die besten Strahlungsquellen für digitale (bis zu 622 Mbit/s) optische Kommunikationsleitungen, optische Tester und optische Telefone.

Fotodetektormodule der PD-1375-Serie (Tabelle 5.16) für den Spektralbereich 1100-1650 nm werden auf Basis von InGaAs-PIN-Fotodioden hergestellt und sind in ungekühlten Versionen mit Singlemode (Modell PD-1375s-ip) oder Multimode ( PD-1375m-ip), Glasfaser, sowie in einem Gehäuse vom Typ „optische Buchse“ zur Kopplung mit SM- und MM-Fasern, abgeschlossen mit einem „FC/PC“-Stecker (Modell PD-1375-ir). Die Module verfügen über einen weiten Betriebstemperaturbereich, eine hohe spektrale Empfindlichkeit, niedrige Dunkelströme und sind für den Betrieb in analogen und digitalen Glasfaser-Kommunikationsleitungen mit Informationsübertragungsraten von bis zu 622 Mbit/s ausgelegt.

Der von MAXIM hergestellte Chipsatz für Transceiver ermöglicht die Konvertierung in optische SDH/SONET-Übertragungssysteme. SDH ist ein europäischer Standard für die Glasfaser-Datenübertragung. SONET ist ein Standard, der Geschwindigkeiten, Signale und Schnittstellen für die synchrone Datenübertragung mit Geschwindigkeiten von mehr als einem Gigabit/Sekunde über ein Glasfasernetzwerk definiert.

Die Verstärker MAX3664 und MAX3665 (Abb. 5.21) wandeln den Strom vom Fotodiodensensor in eine Spannung um, die verstärkt und als Differenzsignal an den Ausgang gesendet wird. Neben dem Photostromverstärker enthalten die Mikroschaltungen Rückmeldung um den konstanten Anteil zu kompensieren, der von der Größe des Dunkelstroms des Fotodetektors abhängt und eine sehr geringe Temperatur- und Zeitstabilität aufweist. Ein typisches MAX3665-Verdrahtungsdiagramm ist in Abb. dargestellt. 5.22. Der Hauptzweck dieser Verstärker besteht darin, die Amplitude des elektrischen Signals wiederherzustellen und das wiederhergestellte Signal zur weiteren Verarbeitung zu übertragen.

Der Chip MAX3675 (MAX3676) gewinnt Taktsignale aus dem empfangenen Datenstrom zurück und taktet sie. Funktionsdiagramm MAX3676 ist in Abb. dargestellt. 5.23. Die Signalverarbeitungsalgorithmen in diesen Geräten sind wesentlich komplexer. Durch die Signalumwandlung wird zusammen mit der Wiederherstellung des digitalen Datenstroms das für die weitere korrekte Verarbeitung notwendige Synchronisationssignal extrahiert. Ein typisches MAX3676-Anschlussdiagramm ist in Abb. dargestellt. 5.24. Der MAX3676 empfängt ein Signal von einem Fotostromverstärker und wandelt das Signal um, um Differenzdaten und Taktsignale mit Standardlogikpegeln auszugeben. Es muss berücksichtigt werden, dass alle diese Konvertierungen mit Signalen durchgeführt werden, die im seriellen Format mit sehr hoher Geschwindigkeit ankommen.

Reis. 5.21. Funktionsdiagramm des Photostromverstärkers MAX3665

Reis. 5.22. Typisches Anschlussdiagramm für MAX3665

Reis. 5.23. Funktionsdiagramm von MAX3676

Reis. 5.24. Typisches Anschlussdiagramm für MAX3676

Um die durch den Empfang erzeugten Signale über Standardschnittstellen zu übertragen, bietet MAXIM MAX3680 und MAX3681 an, dabei handelt es sich um Seriell-Parallel-Code-Konverter. Der MAX3680 wandelt einen seriellen Datenstrom mit 622 Mbit/s in einen Acht-Bit-Wortstrom mit 78 Mbit/s um. Daten- und Taktausgabe sind mit TTL-Pegeln kompatibel. Stromverbrauch – 165 mW bei einer 3,3-V-Versorgung. Der MAX 3681 wandelt einen seriellen Datenstrom (622 Mbit/s) in einen Vier-Bit-Wortstrom mit 155 Mbit/s um. Seine Differenzdaten und sein Takt unterstützen das Niederspannungs-Differenzsignal der LVDS-Schnittstelle (Abbildung 5.25).

Der MAX3693-Chip (Abb. 5.26) wandelt vier LVDS-Datenströme, die mit einer Geschwindigkeit von 155 Mbit/s übertragen werden, in einen seriellen Strom von 622 Mbit/s um. Die für die Übertragung erforderlichen Taktimpulse werden mithilfe eines integrierten Phasenregelkreises synthetisiert, der einen spannungsgesteuerten Oszillator, einen Schleifenfilterverstärker und einen Phasenfrequenzdetektor enthält, der lediglich eine externe Taktreferenz erfordert. Bei einer 3,3-V-Versorgung beträgt der Stromverbrauch 215 mW. Die seriellen Datenausgangssignale sind standardmäßige positive emittergekoppelte logische Differenzsignale.

Die Hauptaufgabe des MAX3669-Lasertreibers (Abbildung 5.27) besteht darin, Vorspannung und Modulationsstrom bereitzustellen, um den Ausgang der Laserdiode direkt zu modulieren. Für zusätzliche Flexibilität akzeptieren die Differenzeingänge PECL-Datenströme sowie Differenzspannungsschwankungen von bis zu 320 mV Spitze-zu-Spitze bei Vcc=0,75 V. Durch Ändern des externen Widerstands zwischen dem BIASSET-Pin und Masse kann der Vorspannungsstrom angepasst werden von 5 bis 90 mA, und der Widerstand zwischen dem MODSET-Pin und Masse kann den Modulationsstrom von 5 bis 60 mA einstellen. Ein typisches Anschlussdiagramm für den MAX3669 an ein Lasermodul ist in Abb. dargestellt. 5.28. Die Daten kommen im parallelen 4-Bit-Code an und werden vom MAX3693-Konverter mithilfe von Taktsignalen in serielle Daten umgewandelt. Von diesem Konverter werden Signale im seriellen Format an den Lasertreiber MAX3669 übertragen, der ein Modulationssignal mit den erforderlichen Parametern zur Steuerung der Laserdiodenstrahlung erzeugt.

Eine ziemlich detaillierte Auswahl an Materialien zur Verwendung dieser Komponenten finden Sie auf der Website www.rtcs.ru von Rainbow Technologies, dem offiziellen Distributor von MAXIM in den GUS-Staaten.

Reis. 5.25. Anbindung eines optischen Empfängers an den Datenbus über eine LVDS-Schnittstelle

Reis. 5.26. Funktionsdiagramm von MAX3693

Reis. 5.27. Funktionsdiagramm von MAX3669

MAXIM produziert außerdem einen Satz ICs der MAX38xx-Serie zum Aufbau einer Glasfaserschnittstelle mit einer Leistung von 2,5 Gbit/s. Beispielsweise weist der Lasertreiber mit automatischer Modulationssteuerung MAX3865 (Abb. 5.29) folgende Besonderheiten auf:

Unipolare Versorgungsspannung 3,3 oder 5 V;

Verbrauch 68 mA

Arbeiten Sie mit einer Leistung von bis zu 2,5 Gbit/s (NRZ);

Geführtes Feedback;

Programmierbare Vorspannungs- und Modulationsströme;

Dauer der fallenden/steigenden Flanken 84 ps;

Überwachung von Modulations- und Verschiebungsströmen;

Fehlerdetektor;

ESD-Schutz.

Reis. 5.28. Typisches Anschlussdiagramm für MAX3669 an ein Lasermodul

Reis. 5.29. Typisches Diagramm für den Anschluss des MAX3865 an ein Lasermodul

„SKEO“ liefert Transceiver aller verfügbaren Typen; gängige Module sind im Lager des Unternehmens vorrätig. Die optischen Module der SKEO-Reihe sind für die Installation in kritischen Bereichen des Kommunikationsnetzwerks konzipiert; die Garantie für diese Serie beträgt 5 Jahre. Diese Transceiver können teure Module ersetzen, die von Anbietern angeboten werden.

Die Wahl der optischen SKEO-Module ist optimal für den Einsatz in Standard-Carrier-Netzwerken, bei denen die Kosteneffizienz der Ausrüstung einen hohen Stellenwert hat.

Optische Transceiver (Transceiver, Sender und Empfänger) sind austauschbare Module für Telekommunikationsgeräte. Die Aufgabe eines optischen Transceivers besteht darin, ein elektrisches Signal in ein optisches umzuwandeln.

Verwendung optischer Transceiver

Optische Transceiver haben die in Geräte eingebauten Transceiver ersetzt. Die Nachteile eingebauter Sender waren die Unmöglichkeit, das Datenübertragungsmedium zu wechseln, und die Komplexität Wartung im Netzwerkgerät im Fehlerfall.

Geräte mit austauschbaren optischen Transceivern unterstützen mehrere Datenübertragungsmedien (Singlemode- oder Multimode-Glasfaser, Twisted-Pair-Kupfer usw.) und können im Fehlerfall einfach ausgetauscht werden. Bei der Datenübertragung über Singlemode-Lichtwellenleiter kann die Leitungslänge ohne Regeneration und Verstärkung bis zu 200 km betragen (bei 155 Mbit).

Verschiedene Transceiver-Formfaktoren

Optische Transceiver haben mehrere Formfaktoren, die vom SFF-Komitee (Small Form Factor Committee) festgelegt werden, zu dessen Arbeitsgruppen führende Hersteller von Telekommunikationsgeräten gehören. Die gängigsten Formfaktoren optischer Transceiver sind GBIC, SFP, SFP+, X2, XENPAK, XFP, CFP, qSFP. Diese Transceiver unterstützen verschiedene Protokolle und Datenübertragungsraten von 100 Mbit/s bis 100 Gbit/s.

Die Parameter von Transceivern können stark variieren, für die gängigsten Modultypen gilt jedoch folgende Klassifizierung:

• GBIC und SFP 155 Mbit/s, 622 Mbit/s, 1,25 Gbit/s, 2,5 Gbit/s, 4 Gbit/s (Protokolle STM-1, STM-4, Gigabit Ethernet (Fiber Channel), STM-16)
• XENPAK, X2, XFP, SFP+ 10 Gbit/s (10GE, 10G Fibre Channel, OC-192, STM-64, 10G OTU-2 Protokolle)
• QSFP+, CFP 40 Gbit/s, 100 Gbit/s (40GE, 100G OTU-4-Protokolle)

Die maximale Übertragungsentfernung wird durch das optische Budget und die chromatische Dispersionstoleranz bestimmt. Unter dem optischen Budget versteht man hier die Differenz zwischen der Strahlungsleistung des Senders und der Empfindlichkeit des Empfängers. Analog zur Liste der Entsprechungen zwischen Formfaktor und Geschwindigkeit/Protokoll können Sie eine Liste der Entfernungen erstellen, wiederum für gängige Transceiver:

• GBIC und SFP 0,1, 0,3, 3, 20, 40, 80, 120, 160 km
• XENPAK, X2, XFP, SFP+ 0,3, 10, 40, 80 km
• QFSP28 - 10 oder 40 km

Standardentfernungsbezeichnungen für Transceiver bis 500 Meter sind SR, bis 20 km – LR, bis 60 km – ER, nach 60 km – ZR.

Optische CWDM- und DWDM-Transceiver

Zur Unterstützung von xWDM-Wellenlängenmultiplextechnologien, Transceivern mit Sendern mit Arbeitslänge Wellen aus einem CWDM/DWDM-Gitter. Für CWDM-Systeme werden Transceiver mit 18 verschiedenen Wellenlängen hergestellt, für DWDM 44 Wellenlängen (100-GHz-Raster) bzw. 80 Wellenlängen (50-GHz-Raster).

Mit optischen Transceivern können Sie Ihre eigenen Zustandsparameter durch die Überwachungsfunktion steuern. Diese Funktion wird DDM (Digital Diagnostics Monitoring) oder DOM (Digital Optical Monitoring) genannt. Mit dieser Funktion können Sie die Standardbetriebsparameter des Transceivers überwachen, wie z elektrische Eigenschaften, Temperatur, Sendeleistung und Signalpegel am Detektor. Diese Informationen tragen dazu bei, Fehler bei der Datenübertragung zu verhindern, indem negative Veränderungen in der Leitung umgehend erkannt werden.

„Firmware“ optischer Transceiver ist kurze Anmerkung im nichtflüchtigen Speicher des optischen Moduls, der Klassifizierungsinformationen über das Modul enthält, die Folgendes umfassen können: Seriennummer, Herstellername, Formfaktor, Datenübertragungsbereich und vieles mehr. Einige Hersteller verwenden Firmware, um die Zusammenarbeit ihrer eigenen Geräte mit Transceivern zu verhindern Dritthersteller. Zu diesem Zweck überwacht das Gerät das Vorhandensein einer korrekten Aufzeichnung und allgemeiner Daten Prüfsumme im Speicher des installierten Transceivers.

Juri Petropawlowski

Im Juni 2017 begann in Russland die Produktion eines anderen High-Tech-Produkts: Das Unternehmen Fiber Trade LLC eröffnete in Nowosibirsk ein Werk zur Herstellung von Glasfaser-Transceivern. Nach Angaben des Unternehmens selbst und der Meinung anderer Experten auf diesem Gebiet ist dies das erste und bisher einzige Werk in Russland mit einem vollständigen Zyklus der Massenproduktion solcher Geräte. Anzumerken ist, dass sich in Russland auch andere Unternehmen mit der Entwicklung und Produktion optoelektronischer Komponenten, darunter optischer Transceiver, beschäftigen, beispielsweise FTI-Optronik aus St. Petersburg, das bereits 1994 auf Basis des Physikalisch-Technischen Instituts gegründet wurde benannt nach. A.F. Ioffe von der Russischen Akademie der Wissenschaften. Wir sollten die Leser auch daran erinnern, dass nicht jeder, auch die führenden Unternehmen, über eine eigene Produktion von Mikroelektronikprodukten und anderen elektronischen Komponenten verfügt. Elektronikunternehmen Frieden. Unternehmen, die über keine eigene Produktion verfügen, werden Fabless-Unternehmen genannt; Die Mikroelektronik für sie wird von spezialisierten Unternehmen (Gießereien) auf Bestellung hergestellt.

Bevor wir uns mit den Eigenschaften von Glasfaser-Transceivern befassen, geben wir einige Informationen über das Unternehmen selbst. Das Privatunternehmen Fiber Trade LLC wurde 2010 in Nowosibirsk von Alexey Valentinovich Yunin, geboren 1974 (Abbildung 1), gegründet, der zuvor bei Novotelecom und VimpelCom arbeitete. Der Haupttätigkeitsbereich des Unternehmens war damals die Lieferung von Telekommunikationsgeräten an den russischen Markt. Im Jahr 2012 wurde dem Unternehmen der FKRD-Entwicklerorganisationscode gemäß GOST 2.201-80 (geändert im Jahr 2011) zugewiesen, der es ihm ermöglichte, mit der Entwicklung und Gestaltung von Produkten unter der eigenen Marke FiberTrade (FT) zu beginnen.

Die praktischen Arbeiten zum Aufbau der Produktion von Transceivern begannen im Jahr 2015 und endeten im Jahr 2017 mit der Inbetriebnahme des Werks. In dieser Zeit wurden die schwierigen Aufgaben der Schaffung von Reinräumen der Klasse 7 und der Installation hochpräziser Prüfgeräte weltweit führender Hersteller gelöst. Das Projekt wurde aus eigenen Mitteln von Alexey Yunin und anderen Privatinvestoren finanziert (ca. 40 Millionen Rubel), während an der Errichtung der Anlage keine Drittunternehmen beteiligt waren. Das erwartete Produktionsvolumen wird 960.000 Transceiver pro Jahr betragen, und das Umsatzvolumen wird 3,8 bis 4,2 Milliarden Rubel pro Jahr betragen. Es ist geplant, die Amortisation bis 2020 zu erreichen.

Bis Ende 2018 ist geplant, die Mitarbeiterzahl des Unternehmens auf 70 Personen zu erhöhen (derzeit sind es 22 Entwicklungsingenieure und 23 Produktionsingenieure und andere Fachkräfte). Aufgrund des Mangels an qualifizierten Fachkräften mit Erfahrung im Unternehmensprofil wird die Möglichkeit der Gewinnung von Hochschulabsolventen mit anschließender Ausbildung geprüft.

Derzeit arbeitet das Unternehmen kontinuierlich mit führenden Telekommunikations- und IT-Unternehmen zusammen, darunter PJSC VimpelCom, OJSC Megafon, PJSC Rostelecom, PJSC MTS, VKontakte LLC, Mail Ru LLC Group“, CJSC Comstar-Region und einer Reihe anderer. Zukünftig könnte das Unternehmen bis zu 50 % des Marktes für Glasfaser-Transceiver in Russland einnehmen; Hauptexportziele sind GUS-Staaten. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass das Unternehmen bereits über Projekte verfügt, die weltweit keine Entsprechungen haben, werden die Möglichkeiten des Exports von Produkten in europäische Länder geprüft.

Eines dieser Projekte umfasst Multivendor-Transceiver, die ihren Betrieb in Telekommunikationsgeräten verschiedener Hersteller (bis zu 5 gleichzeitig) ermöglichen. 19. Oktober 2017 Bundesdienst für geistiges Eigentum wurde ein Zertifikat über die staatliche Registrierung des Computerprogramms „Bildung einer einheitlichen Definition des SFR+-Moduls in Schaltgeräten verschiedener Hersteller“ ausgestellt. Multivendor-Transceiver von Fiber Trade ermöglichen es Unternehmen, Kosten durch den Einsatz von Geräten verschiedener Hersteller in ihren Systemen zu senken und zusätzliche Kosten für die Führung eines Lagers mit Modulen verschiedener Anbieter zu vermeiden (der Anbieter ist der Lieferant und Eigentümer der Marke).

Ein weiteres Projekt sind optische Module mit Unterstützung für Datenverschlüsselungsfunktionen.

Einige „Theoretiker“ halten die Produktion von Mikroelektronik in Russland für schwierig und aussichtslos. Tatsächlich ist eine solche Produktion von Anfang an mit hohen finanziellen Kosten verbunden. Um Projekte in diesem Bereich umzusetzen, benötigen wir Spezialisten, die nicht nur über eine gute Fachausbildung und umfangreiche Berufserfahrung verfügen, sondern laut Alexey Yunin auch den großen Wunsch haben, diesen Bereich in Russland weiterzuentwickeln. Die Herstellung heimischer Glasfaser-Transceiver bietet jedoch eine Reihe von Vorteilen.

Die grundsätzlichen Nachteile von Fremdgeräten sind die Unmöglichkeit, die Software an die Anforderungen der Betreiber anzupassen und die Gefahr einer Nichtdeklaration Funktionalität mitgelieferten Geräte. Billigere chinesische Transceiver zeichnen sich außerdem durch einen höheren Prozentsatz an Defekten aus, wodurch Verbraucher zusätzliche Kosten für die Rücksendung/den Austausch defekter Module zahlen müssen. Laut Alexey Yunin besteht eines der Hauptziele der Produktion von Glasfaser-Transceivern darin, die Sicherheit des Landes zu gewährleisten. Wenn der Hersteller in Russland Produkte und Software für sie entwickelt, weiß er buchstäblich alles über seine Produkte und kann sie kontrollieren. In diesem Fall können wir tatsächlich von Compliance sprechen Informationssicherheit im Zeitalter von „Cyber ​​Wars“ und Hackerangriffen. Für andere wichtiger Vorteil Die Produktion von Funkelektronikprodukten im Land bedeutet eine deutlich größere Flexibilität in den Beziehungen zu inländischen Kunden in allen aufkommenden Fragen.

Die Hauptabnehmer der Produkte des Werks sind die führenden Telekommunikationsbetreiber und Rechenzentren des Landes. Für die Zukunft hat das Unternehmen große Pläne, beispielsweise bis zu 50 % des Bedarfs des russischen Marktes an Glasfaser-Transceivern abzudecken und in ausländische Märkte vorzudringen. Es besteht der Wunsch, am Importsubstitutionsprojekt (ISUI) teilzunehmen, was dazu beitragen wird, den Umsatz auf dem Inlandsmarkt deutlich zu steigern. Der Bedarf an Transceivern wird beispielsweise in Russland bis 2024 nur noch zunehmen. In Städten mit mehr als 300.000 Einwohnern ist der Einsatz von 5G-Netzen in der einen oder anderen Form geplant, was einen Austausch der Ausrüstung erfordern wird Basisstationen und eine deutliche Zunahme ihrer Zahl.

Tests von Fiber Trade-Geräten, einschließlich derer, die von den führenden Telekommunikationsbetreibern des Landes durchgeführt wurden, haben die Wettbewerbsfähigkeit der Glasfaser-Transceiver des Unternehmens mit europäischen Analoga in Bezug auf Zuverlässigkeit und Funktionalität gezeigt.

Neben den Transceivern selbst werden in den Katalogen des Unternehmens aus dem Jahr 2017 auch andere Produkttypen vorgestellt: Medienkonverter, Kanalverdichtungsgeräte, Geräte für lange Leitungen, passive Geräte.

Glasfaser-Transceiver

Glasfaser-Transceiver (FOT) oder optoelektronische Transceiver dienen dazu, optische Signale, die über Glasfaser-Kommunikationsleitungen (FOCL) übertragen werden, in elektrische Signale und umgekehrt elektrische Signale in optische Signale umzuwandeln. Der Bedarf an VOT entstand bereits in den 1990er Jahren, als die aktive Einführung von Glasfaser-Breitbandzugangsnetzen durch Netzwerk- und Mobilfunkbetreiber Kommunikation. Damals wurden HERE am aufgeführt Leiterplatten aktive Telekommunikationsgeräte. Aufgrund des wachsenden Angebots solcher Geräte (Switches, Multiplexer, Router, Medienkonverter) entstand jedoch die Notwendigkeit, Informationsverarbeitungs- und Datenübertragungsgeräte zu trennen. Darüber hinaus müssen die Geräte selbst zur Übertragung von Signalen über Glasfaserverbindungen zum Zwecke der Vereinheitlichung auf die eine oder andere Weise standardisiert werden.

Seit geraumer Zeit sind VOTs verschiedener Hersteller einheitliche, kompakte, austauschbare Module, die in standardisierten elektrischen Anschlüssen aktiver Telekommunikationsgeräte installiert werden. Dieser Ansatz zum Aufbau einer Netzwerkinfrastruktur ermöglicht eine Kostenoptimierung beim Entwurf und vor allem beim Umbau optischer Netzwerke, um beispielsweise die Datenübertragungsrate, das übertragene Informationsvolumen und die Reichweite der Signalübertragung über Glasfaser zu erhöhen. optische Linien.

BOT-Module gibt es in verschiedenen Ausführungen – Formfaktoren. Die derzeit am häufigsten verwendeten Module sind SFP (Small Form-factor Pluggable), siehe Abbildung 2. SFP-Module sind kompakte Blöcke Metallgehäuse, schützt elektronische Komponenten von Modulen vor elektromagnetischer Strahlung und mechanischer Beschädigung. Module verfügen normalerweise über zwei optische Anschlüsse – einen Lasersender (TX – Sender) und einen Fotodetektor (RX – Empfänger), wodurch sichergestellt wird, dass das Modul im Dual-Wave-Modus arbeitet (Abbildung 3). Single-Wave-SFP-Module haben nur einen Port und der Multiplex-Modus wird verwendet, um die Übertragungsrichtung zu ändern.

Auf den Leiterplatten der Module sind neben Emittern und Fotodetektoren auch weitere elektronische Einheiten und Komponenten verbaut – Steuerkreise Laserdioden, Signalwandler für linearen Code, Fotodioden-Vorspannungsschaltungen, verschiedene Verstärker und Filter, digitale Überwachungsschaltungen. Die Modulplatinen enthalten außerdem ein EEPROM (elektrisch löschbarer, wiederprogrammierbarer Speicher) mit einer Steuerung Software(Eine Variante des SFP-Modulblockdiagramms ist in Abbildung 4 dargestellt).

Verschiedene mechanische und elektrische Eigenschaften des VOT werden nicht bestimmt internationale Standards, sondern durch MSA-Spezifikationen (Multi-Source-Agreement), die auf der Grundlage von Vereinbarungen zwischen verschiedenen Geräteherstellern entwickelt wurden. Diese „Natur“ des Prozesses der Erstellung mehrerer Spezifikationen ist durch den „unbestimmten Kreis“ der an MSAs beteiligten Unternehmen gekennzeichnet. Um MSA-Spezifikationen effektiv zu entwickeln, wurde bereits 1990 in den USA eine Gruppe (Komitee) Small Form Factor Committee (SFF Committee) gegründet, um Formfaktoren in der Informationsspeicherbranche festzulegen. Zu den Dutzenden Ausschussmitgliedern gehören die größten Elektronikhersteller und Computerausrüstung- Dell, Foxconn, Fujitsu, Hewlett Packard, Hitachi, IBM, Intel, Pioneer, Samsung, Seagate, Sun Microsystem, Texas Instruments, Toshiba. Im Jahr 2016 änderte die Organisation ihren Namen in SNIA SFF Technology Affiliate. Bis heute sind die Partner des SFF-Komitees neben den oben aufgeführten weitere führende Unternehmen – Microsoft, Broadcom, Cisco, Huawei, Lenivo, Micron, Microsemi, GiGNET und eine Reihe anderer (insgesamt mehr als 50 Unternehmen). .