Posted on 2008-05-20 10:09
天之驕子 閱讀(2371)
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一、光收發一體模塊定義
光收發一體模塊由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發射和接收兩部分。發射部分是：輸入一定碼率的電信號經內部的驅動芯片處理后驅動半導體激光器（LD）或發光二極管（LED）發射出相應速率的調制光信號，其內部帶有光功率自動控制電路，使輸出的光信號功率保持穩定。接收部分是：一定碼率的光信號輸入模塊后由光探測二極管轉換為電信號。經前置放大器后輸出相應碼率的電信號，輸出的信號一般為PECL電平。同時在輸入光功率小于一定值后會輸出一個告警信號。
二、光收發一體模塊分類
按照速率分：以太網應用的100Base（百兆）、1000Base（千兆）、10GE SDH應用的155M、622M、2.5G、10G
按照封裝分：1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP，各種封裝見圖1～6
1×9封裝--焊接型光模塊，一般速度不高于千兆，多采用SC接口
SFF封裝--焊接小封裝光模塊，一般速度不高于千兆，多采用LC接口
GBIC封裝--熱插拔千兆接口光模塊，采用SC接口
SFP封裝--熱插拔小封裝模塊，目前最高數率可達4G，多采用LC接口
XENPAK封裝--應用在萬兆以太網，采用SC接口
XFP封裝--10G光模塊，可用在萬兆以太網，SONET等多種系統，多采用LC接口
按照激光類型分：LED、VCSEL、FP LD、DFB LD
按照發射波長分：850nm、1310nm、1550nm等等
按照使用方式分：非熱插拔（1×9、SFF），可熱插拔（GBIC、SFP、XENPAK、XFP）
三、光纖連接器的分類和主要規格參數
光纖連接器是在一段光纖的兩頭都安裝上連接頭，主要作光配線使用。
按照光纖的類型分：單模光纖連接器（一般為G.652纖：光纖內徑9um，外徑125um），多模光纖連接器（一種是G.651纖其內徑50um，外徑125um；另一種是內徑62.5um，外徑125um）；
按照光纖連接器的連接頭形式分：FC，SC，ST，LC，MU，MTRJ等等，目前常用的有FC，SC，ST，LC，見圖7～10。
FC型--最早由日本NTT研制。外部加強件采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。測試設備選用該種接頭較多。
SC型--由日本NTT公司開發的模塑插拔耦合式連接器。其外殼采用模塑工藝，用鑄模玻璃纖維塑料制成，呈矩形；插針由精密陶瓷制成，耦合套筒為金屬開縫套管結構。緊固方式采用插拔銷式，不需要旋轉。
LC型--朗訊公司設計的。套管外徑為1.25mm，是通常采用的FC-SC、ST套管外徑2.5mm的一半。提高連接器的應用密度。
四、光模塊主要參數
1、 光模塊傳輸數率：百兆、千兆、10GE等等
2、 光模塊發射光功率和接收靈敏度：發射光功率指發射端的光強，接收靈敏度指可以探測到的光強度。兩者都以dBm為單位，是影響傳輸距離的重要參數。光模塊可傳輸的距離主要受到損耗和色散兩方面受限。損耗限制可以根據公式：損耗受限距離＝（發射光功率-接收靈敏度）/光纖衰減量 來估算。光纖衰減量和實際選用的光纖相關。一般目前的G.652光纖可以做到1310nm波段0.5dB/km，1550nm波段0.3dB/km甚至更佳。50um多模光纖在850nm波段4dB/km 1310nm波段2dB/km。對于百兆、千兆的光模塊色散受限遠大于損耗受限，可以不作考慮。常見的光模塊規格：
| 傳輸數率 |
發射波段 |
傳輸使用光纖 |
參考傳輸距離 |
| 百兆 |
1310nm |
多模 |
2km |
| 百兆 |
1310nm |
單模 |
15km |
| 百兆 |
1310nm |
單模 |
40km |
| 百兆 |
1550nm |
單模 |
80km |
| 千兆 |
850nm |
多模 |
550m |
| 千兆 |
1310 |
單模/多模 |
10km/550m |
| 千兆 |
1550 |
單模 |
70km |
3、 10GE光模塊遵循802.3ae的標準，傳輸的距離和選用光纖類型、光模塊光性能相關。如10G－S傳輸距離的300m有如下條件
4、 飽和光功率值指光模塊接收端最大可以探測到的光功率，一般為-3dBm。當接收光功率大于飽和光功率的時候同樣會導致誤碼產生。因此對于發射光功率大的光模塊不加衰減回環測試會出現誤碼現象。
五、光模塊功能失效重要原因
光模塊功能失效分為發射端失效和接收端失效，分析具體原因，最常出現的問題集中在以下幾個方面：
1． 光口污染和損傷
由于光接口的污染和損傷引起光鏈路損耗變大，導致光鏈路不通。產生的原因有：
- 光模塊光口暴露在環境中，光口有灰塵進入而污染；
- 使用的光纖連接器端面已經污染，光模塊光口二次污染；
- 帶尾纖的光接頭端面使用不當，端面劃傷等；
- 使用劣質的光纖連接器；
2． ESD損傷
ESD是ElectroStatic Discharge縮寫即"靜電放電"，是一個上升時間可以小于1ns（10億分之一秒）甚至幾百ps（1ps＝10000億分之一秒）的非常快的過程，ESD可以產生幾十Kv/m甚至更大的強電磁脈沖。靜電會吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響產品的功能與壽命； ESD的瞬間電場或電流產生的熱，使元件受傷，短期仍能工作但壽命受到影響；甚至破壞元件的絕緣或導體，使元件不能工作（完全破壞）。ESD是不可避免，除了提高電子元器件的抗ESD能力，重要的是正確使用，引起ESD損傷的因素有：
- 環境干燥，易產生ESD；
- 不正常的操作，如：非熱插拔光模塊帶電操作；不做靜電防護直接用手接觸光模塊靜電敏感的管腳[t2]；運輸和存放過程中沒有防靜電包裝；
- 設備沒有接地或者接地不良；
六、光收發一體光模塊應用注意點
1． 光口問題
光鏈路上各處的損耗衰減都關系到傳輸的性能，因此要求：
- 選擇符合入網標準的光纖連接器；
- 光纖連接器要有封帽，不使用時蓋上封帽，避免光纖連接器污染而二次污染光模塊光口；封帽不使用時應放在防塵干凈處保存；
- 光纖連接器插入是水平對準光口，避免端面和套筒劃傷；
- 光模塊光口避免長時間暴露，不使用時加蓋光口塞；光口塞不使用時儲存在防塵干凈處；清潔光模塊時根據光口類型選用合適的無塵棉棒（SC使用ф2.5mm的無塵棉棒[如NTT的14100400]，LC和MTRJ使用ф1.25mm的無塵棉棒[如NTT的14100401]）蘸上無水酒精插入光口內部，按同一方向旋轉擦拭；然后再用干燥的無塵棉棒插入器件光口，按同一方向旋轉擦拭；
- 光纖連接器的端面保持清潔，避免劃傷；清潔端面時使用干燥無塵棉[如：小津產業株式會社的M－3]在手指未接觸部分按如圖9所示方法擦拭清潔，每次擦拭不能在同一位置；對臟污嚴重的接頭，則將無塵棉浸無水酒精（不易過多），按相同方法進行擦拭清潔，并需更換另一干燥無塵棉按相同方法操作一次，保證接頭端面干燥，再進行測試；此類清潔方法需注意擦拭長度要足夠，才能保證清潔效果，并且不能在相同位置重復擦拭；此類無塵棉每張可按圖示方向擦拭4次；場地不足時可將無塵棉放在手掌上，在手指未接觸部分按如圖10所示方法在手掌部位進行擦拭清潔，每次擦拭不能在同一位置；對臟污嚴重的接頭，則將無塵棉浸無水酒精（不易過多），按相同方法進行擦拭清潔，并需更換另一干燥無塵棉按相同方法操作一次，保證接頭端面干燥，再進行測試；此類清潔方法需注意擦拭長度要足夠，才能保證清潔效果，并且不能在相同位置重復擦拭；此類無塵棉每張可按圖示方向擦拭3次；也可以使用清潔器如圖11～13所示；
2． ESD損傷
ESD是自然界不可避免的現象，預防ESD從防止電荷積聚和讓電荷快速放電兩方面著手：
- 保持環境的濕度30～75％RH；
- 劃定專門的防靜電區域。選用防靜電的地板或工作臺；
- 使用的相關設備采用并聯接地的公共接地點接地，保證接地路徑最短，接地回路最小，不能串聯接地，應避免采用外接電纜連接接地回路的設計方式；
- 在專門的防靜電區域中操作，防靜電工作區內禁止放置工作不必須的靜電產生材料，如未作防靜電處理的塑料袋、盒子、泡沫、帶子、筆記本、紙片、個人用品等物品，這些材料必須距離靜電敏感器件30厘米以上；
- 包裝和周轉的時候，采用防靜電包裝和防靜電周轉箱/車；
- 禁止對非熱插拔的設備，進行帶電插拔的操作；
- 避免用萬用表表筆直接檢測靜電敏感的管腳；
- 對光模塊操作時做靜電防護工作（如：帶靜電環或將手通過預先接觸機殼等手段釋放靜電），接觸光模塊殼體，避免接觸光模塊PIN腳；
七、簡易光模塊失效判斷步驟
1．測試光功率是否在指標要求范圍之內，如果出現無光或者光功率小的現象。處理方法：
- 檢查光功率選擇的波長和測量單位（dBm）
- 清潔光纖連接器端面，光模塊光口，方法見第五節。
- 檢查光纖連接器端面是否發黑和劃傷，光纖連接器是否存在折斷，更換光纖連接器做互換性試驗
- 檢查光纖連接器是否存在小的彎折。
- 熱插拔光模塊可以重新插拔測試。
- 同一端口更換光模塊或者同一光模塊更換端口測試。
2．光功率正常但是鏈路無法通，檢查link燈。
3． 客戶端光模塊無光輸出
分析結果：故障品返回后故障復現，定位LD不發光。分解LD，其內部芯片電鏡圖分析為ESD和EOS導致故障。
九、附件--光纖端面要求