Transceiver de rețea optică. Transceiver cu fibră optică

Ne-am uitat la ce sunt transceiverele optice ale factorilor de formă SFP și SFP+ în general. În acest articol am dori să aruncăm o privire mai atentă la câteva puncte mai subtile.

Ne vom concentra, de asemenea, pe clasificarea transceiver-urilor după tipul de conector optic, standarde și tehnologie de multiplexare a diviziunii lungimii de undă.

Terminare cablu

Cablul optic pentru conectarea la modulele SFP trebuie să fie terminat într-un conector LC (Lucent/Little/Local Connector) sau SC (Subscriber/Square/Standard Connector).

În consecință, modulele sunt produse cu două tipuri de conectori de cablu: SC și LC.

Trebuie remarcat aici că Emițătoarele-recepția cu fibră duală în formatele SFP și SFP+ vin aproape întotdeauna cu un conector LC, deoarece SC este mai mare și doi astfel de conectori nu se vor potrivi într-un modul duplex. Utilizarea SC este posibilă numai în fibră unică.

SC este unul dintre primii conectori ceramici proiectați pentru a facilita conectarea cablurilor optice la o varietate de dispozitive și pentru a proteja cablul tăiat de contaminare și deteriorări mecanice. Având în vedere grosimea microscopică a fibrelor unui cablu optic, chiar și un fir de praf poate provoca o deteriorare semnificativă a calității comunicației sau o întrerupere a conexiunii.

Conectorul LC a fost dezvoltat de Lucent ca o versiune îmbunătățită a SC. Are jumatate din dimensiuni si un mecanism de eliberare, care usureaza manevrarea cablurilor optice in conditii de densitate mare de conexiuni/fibre.

În general, standardele Ethernet permit utilizarea atât a unui conector, cât și a celui de-al doilea, cu toate acestea, majoritatea producătorilor încă instalează conectori LC pe modulele lor. Chiar și modulele SFP WDM cu o singură fibră, care au fost întotdeauna produse standard cu un conector SC, sunt acum disponibile și cu un conector LC.

Puteți citi mai multe despre conectorii optici în acest articol.

Standarde

Transceiverele optice funcționează în Rețele Ethernetși, prin urmare, trebuie să îndeplinească unul dintre standardele relevante. Pentru comoditate, am rezumat acești parametri într-un tabel.

Viteza de transmisie	Standard	Standard	Numărul de fibre	Tipul fibrei	Lungime de undă emițător, nm
				multimod, full duplex
				multimod, semi-duplex cu detectare garantată a coliziunilor
	TIA/EIA-785-1-2002			multimod
				monomod
				monomod
				multimod
				monomod
				multimod
				monomod
				monomod
				monomod
				monomod
				multimod
				multimod	1275, 1300, 1325, 1350
				monomod	1275, 1300, 1325, 1350
				monomod
				monomod
				multimod
				multimod
				monomod
				monomod
				multimod
				monomod	1295, 1300, 1305, 1310
				monomod	1295, 1300, 1305, 1310

Ferestre de transparență din fibră optică monomod

Marea majoritate a cablurilor optic moderne este SMF G.652 versiuni diferite. Ultima versiune standard, G.652 (11/16) a fost lansat în noiembrie 2016. Standardul descrie ceea ce se numește fibră standard monomod.

Transmiterea luminii printr-o fibră optică se bazează pe principiul reflexiei interne totale la interfața mediilor cu densități optice diferite. Pentru implementare acest principiu, fibra este realizată cu două sau mai multe straturi. Miezul conducător de lumină este înconjurat de straturi de învelișuri transparente din materiale cu indici de refracție mai mici, datorită cărora are loc reflexia totală la limita straturilor.

Fibra optică, ca mediu de transmisie, se caracterizează prin atenuare și dispersie. Atenuarea este pierderea puterii semnalului în timpul trecerii unei fibre, exprimată în nivelul de pierdere pe kilometru de distanță (dB/km). Atenuarea depinde de materialul mediului de transmisie și de lungimea de undă a emițătorului. Curba spectrului de absorbție în funcție de lungimea de undă conține mai multe vârfuri cu atenuare minimă. Aceste puncte din grafic, numite și ferestre de transparență sau ferestre de telecomunicații, au fost alese ca bază pentru selectarea emițătorilor..

Există șase ferestre de transparență din fibră monomod:

Banda O (Original): 1260-1360 nm;
Banda E (Extinsă): 1360-1460 nm;
banda S ( Lungime de undă scurtă): 1460-1530 nm;
banda C ( Convenţional): 1530-1565 nm;
banda L ( Lungime de undă lungă): 1565-1625 nm;
banda U ( Lungime de undă ultra-lungă): 1625-1675 nm.

De aproape Proprietățile fibrei din fiecare domeniu pot fi considerate aproximativ aceleași. Apare un vârf de transparență, de obicei , până la capătul valului lung Banda E . Atenuare specifică în Banda O de aproximativ o ori și jumătate mai mare, decât în banda S și C , dispersia cromatică specifică este invers, are un minim zero la o lungime de undă de 1310 nm și peste zero la banda C.

Inițial, pentru organizare conexiune duplex folosind un cablu optic, s-au folosit perechi de fibre, fiecare responsabilă de propria sa direcție de transmisie. Acest lucru este convenabil, dar irositor în raport cu resursa cablului care este așezat. Pentru a nivela această problemă, a fost dezvoltată tehnologia multiplexării spectrale, sau, cu alte cuvinte, multiplexarea undelor.

Tehnologii de multiplexare a lungimii de undă, WDM/CWDM/DWDM

WDM

Tehnologia WDM, Wavelength Division Multiplexing, se bazează pe transmiterea mai multor fluxuri de lumină cu lungimi de lumină diferite de-a lungul unei fibre.

Tehnologia de bază WDM permite crearea unei conexiuni duplex, perechea de lungimi de undă cea mai frecvent utilizată fiind 1310/1550 nm, din banda O și, respectiv, C. Pentru implementarea tehnologiei se folosesc o pereche de module „oglindă”, unul cu emițător de 1550 nm și receptor de 1310 nm, al doilea, dimpotrivă, cu emițător de 1310 nm și receptor de 1550 nm.

Diferența de lungime de undă a ambelor canale este de 240 nm, ceea ce face posibilă distingerea ambelor semnale fără a utiliza mijloace speciale detectare. Principala pereche folosită este 1310/1550, care vă permite să creați conexiuni stabile la distanțe de până la 60 km.

În cazuri rare, sunt folosite și perechile 1490/1550, 1510/1570 și alte opțiuni din ferestrele de transparență cu o atenuare specifică mai mică față de banda O, ceea ce face posibilă organizarea mai multor conexiuni „pe distanță lungă”. În plus, există o combinație 1310/1490, când un semnal de televiziune prin cablu este transmis în paralel cu datele la o lungime de undă de 1550 nm.

CWDM

Următoarea etapă de dezvoltare a fost Coarse WDM, CWDM, tehnologia de multiplexare spectrală grosieră. CWDM vă permite să transmiteți până la 18 fluxuri de dateîn domeniul de unde de la 1270 la 1610 nm în trepte de 20 nm.

Modulele CWDM sunt în marea majoritate a cazurilor din două fibre. Există BiDi, module SFP CWDM bidirecționale, în care recepția și transmisia au loc pe o singură fibră, dar în Ucraina sunt încă destul de rare la vânzare.

Transmițătoarele (module) SFP și SFP+ CWDM transmit la o anumită lungime de undă.

Receptorul unor astfel de module este de bandă largă, adică primește un semnal la orice lungime de undă, ceea ce vă permite să organizați un singur canal duplex cu oricare două module certificate pentru conformitatea cu CWDM. Pentru a trece simultan prin mai multe canale, se folosesc multiplexoare-demultiplexoare pasive, care colectează fluxuri de date de la modulele SFP „color” (fiecare dintre ele având un transmițător cu propria lungime de undă) într-un singur fascicul pentru transmisie prin fibră și îl parează în fluxuri individuale. la punctul final. Versatilitatea receptoarelor oferă o mai mare flexibilitate în rețea.

DWDM

Cea mai recentă dezvoltare până în prezent este Dense WDM (DWDM), multiplexarea spectrală densă, care permite organizarea a până la 24, iar în sistemele personalizate, până la 80 de canale de comunicație duplex, în intervalul de lungimi de undă 1528,77-1563,86 nm cu un pas de 0 79-0,80 nm.

Desigur, cu cât plasarea canalelor este mai densă, cu atât toleranțele la fabricarea emițătorilor devin mai strânse. Dacă pentru modulele convenționale o eroare de lungime de undă acceptabilă este de 40 nm, pentru transceiverele WDM această eroare se reduce la 20-30 nm, pentru CWDM este deja de 6-7 nm, iar pentru DWDM este de doar 0,1 nm. Cu cât toleranțele sunt mai strânse, cu atât este mai scump să produci emițători.

Cu toate acestea, în ciuda costului hardware mult mai mare, DWDM are următoarele avantaje majore față de CWDM:
1) transferul este vizibil Mai mult canale pe o singură fibră;
2) transmiterea unui număr mai mare de canale pe distanțe mai mari, datorită faptului că DWDM funcționează în intervalul de cea mai mare transparență (1525-1565 nm).

În cele din urmă, trebuie menționat că, spre deosebire de standardul original WDM, în CWDM și DWDM fiecare canal individual poate livra date la viteze atât de 1 Gbit/s, cât și de 10 Gbit/s. La rândul lor, standardele Ethernet de 40 Gbit și 100 Gbit sunt implementate prin combinarea debitului mai multor canale de 10 Gbit.

Ce sunt modulele OADM și filtrele WDM (divizoare)?

În ciuda numelui similar, modulul OADM nu este un transceiver optic, ci mai degrabă un filtru optic, unul dintre tipurile de multiplexor.

În imagine: modul OADM.

Nodurile Optical Add Drop Multiplexor (OADM) sunt folosite pentru a separa fluxurile de date în puncte intermediare. OADM, altfel Add-Drop Module, este un dispozitiv optic care este instalat într-o întrerupere a cablului optic și vă permite să filtrați două fluxuri de date dintr-un fascicul comun. OADM, ca toate multiplexoarele, spre deosebire de transceiverele SFP și SFP+, sunt dispozitive pasive, ceea ce înseamnă că nu necesită alimentare și pot fi instalate în orice condiții, chiar și în cele mai severe. Un set OADM planificat corespunzător vă permite să faceți fără un multiplexor terminal și să „distribuiți” fluxuri de date către punctele intermediare.

Dezavantajul OADM este reducerea puterii atât a semnalelor separate, cât și a semnalelor de tranzit și, prin urmare, raza maximă de transmisie stabilă. Conform diferitelor surse, reducerea puterii variază de la 1,5 la 2 dB pentru fiecare Add-Drop.

Un dispozitiv și mai simplificat, filtrul WDM, vă permite să separați un singur canal cu o anumită lungime de undă de fluxul general. Astfel, este posibilă asamblarea analogilor OADM pe baza perechilor arbitrare, ceea ce crește flexibilitatea construcției rețelei la maximum.

În imagine: filtru WDM (divizor).

Filtrul WDM poate fi utilizat atât în rețele cu multiplexare WDM, cât și cu multiplexare CWDM, DWDM.
La fel ca CWDM, specificația DWDM include utilizarea OADM și a filtrelor.

Acorduri cu mai multe surse (MSA)

Puteți vedea adesea informații despre suportul MSA în documentația însoțitoare pentru transceiverele SFP și SFP+. Ce este?

MSA-urile sunt acorduri industriale între producătorii de module care asigură compatibilitate end-to-end între transceiver și echipamente de retea diferite companiiși conformitatea tuturor transceiver-urilor produse cu standardele general acceptate. Instalarea porturilor SFP conforme MSA în echipamente extinde gama de module compatibile și asigură existența unei piețe competitive pentru produse interschimbabile.

MSA pentru SFP/SFP+ setează următorii parametri:

1. Interfață mecanică:

dimensiunile modulului;
parametrii conexiunii mecanice a conectorilor la placă;
plasarea elementelor pe o placă de circuit imprimat;
un efort, necesar pentru instalarea modulului în/scoaterea din conector;
standarde de etichetare.

2. Interfață electrică:

pinout;
setări de putere;
temporizații și semnale de intrare/ieșire.

3. Interfață software:

tip cip PROM;
formate de date și câmpuri de firmware prestabilite;
Parametrii interfeței de control I2C;
Funcții DDM ( Monitorizarea diagnosticelor digitale).

Astăzi, modulele în format SFP/SFP+ includ trei specificații MSA emise de comitetul SNIA SFF, pe care majoritatea participanților de pe piață au fost de acord să le respecte:
SFP - Descărcați în format pdf
SFP+ - Descărcați în format pdf
DDM - Descărcați în format pdf

Module SFP, SFP+, XFP descriere tehnica(rusă) Descărcați în format pdf

site-ul web

„SKEO” furnizează transceiver de toate tipurile disponibile; modulele comune sunt păstrate în stoc la depozitul companiei. Linia de module optice SKEO este proiectata pentru instalare in zonele critice ale retelei de comunicatii; modulele au caracteristici stabile garantate; garantia pentru aceasta serie este de 5 ani. Aceste transceiver-uri pot înlocui modulele scumpe care sunt oferite de furnizori.

Alegerea modulelor optice SKEO este optimă pentru utilizarea în rețele de transport standard, unde rentabilitatea echipamentelor este foarte apreciată.

Transceiverele optice (transceiver, transmițător și receptor) sunt module înlocuibile pentru echipamentele de telecomunicații. Sarcina unui transceiver optic este de a converti un semnal electric într-unul optic.

Utilizarea transceiver-urilor optice

Transceiverele optice au înlocuit transceiverele încorporate în echipament. Dezavantajele transmițătoarelor încorporate au fost imposibilitatea schimbării mediului de transmisie a datelor și complexitatea întreținere V dispozitiv de rețeaîn caz de eșec.

Echipamentele cu transceiver optice înlocuibile suportă mai multe medii de transmisie a datelor (fibră monomodală sau multimodală, cupru pereche răsucită etc.) și pot fi înlocuite cu ușurință în caz de defecțiune. În cazul transmisiei de date prin fibre optice monomod, lungimea liniei poate ajunge la 200 km fără regenerare și amplificare (pentru 155 Mbit).

Diferiți factori de formă ai transceiverului

Emițătoarele optice au mai mulți factori de formă, care sunt determinați de Comitetul SFF (Small Form Factor Committee), ale cărui grupuri de lucru includ producători de top de echipamente de telecomunicații. Cei mai comuni factori de formă ai transceiver-urilor optice sunt GBIC, SFP, SFP+, X2, XENPAK, XFP, CFP, qSFP. Aceste transceiver acceptă diverse protocoale și rate de transfer de date de la 100 Mbit/s la 100 Gbit/s.

Parametrii transceiverelor pot varia foarte mult, dar pentru cele mai comune tipuri de module este valabilă următoarea clasificare:

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

Distanța maximă de transmisie este determinată de bugetul optic și toleranța de dispersie cromatică. Aici, bugetul optic se referă la diferența dintre puterea de radiație a emițătorului și sensibilitatea receptorului. Prin analogie cu lista de corespondență dintre factorul de formă și viteză/protocol, puteți face o listă de distanțe, din nou pentru transceiver-uri obișnuite:

GBIC și SFP 0,1, 0,3, 3, 20, 40, 80, 120, 160 km
XENPAK, X2, XFP, SFP+ 0,3, 10, 40, 80 km
QFSP28 - 10 sau 40 km

Denumirile standard ale distanțelor pentru transceiver-uri de până la 500 de metri sunt SR, până la 20 km - LR, până la 60 km - ER, după 60 km - ZR.

Transceiver optice CWDM și DWDM

Pentru a oferi suport pentru tehnologiile de multiplexare cu divizare a lungimii de undă xWDM, sunt disponibile transmițătoare cu emițătoare cu lungimi de undă de operare din grila CWDM/DWDM. Pentru sistemele CWDM, transceiver-urile sunt produse cu 18 lungimi de undă diferite, pentru DWDM 44 lungimi de undă (grilă 100 GHz) sau 80 lungimi de undă (grilă 50 GHz).

Transceiverele optice vă permit să vă controlați proprii parametri de stare prin funcția de monitorizare. Această funcție numit DDM (Digital Diagnostics Monitoring) sau DOM (Digital Optical Monitoring). Folosind această funcție, puteți monitoriza parametrii standard de funcționare a transceiver-ului, cum ar fi caracteristicile electrice, temperatura, puterea radiată și nivelul semnalului la detector. Aceste informații ajută la prevenirea eșecurilor de transmisie a datelor prin identificarea promptă a modificărilor negative în linie.

„Firmware-ul” transceiver-urilor optice este o scurtă înregistrare în memoria nevolatilă a modulului optic, care conține informații de clasificare despre modul, care poate include număr de serie, numele producătorului, factorul de formă, intervalul de transmisie a datelor și multe altele. Unii producători folosesc firmware pentru a-și bloca propriile echipamente să nu mai funcționeze cu transceiver-uri terțe. Pentru a face acest lucru, echipamentul monitorizează prezența unei înregistrări corecte și generale suma de controlîn memoria transceiver-ului instalat.

Iuri Petropavlovski

În iunie 2017, în Rusia a început producția unui alt tip de produs de înaltă tehnologie - compania Fiber Trade LLC a lansat o fabrică pentru producția de transceiver cu fibră optică în Novosibirsk. Potrivit companiei în sine și a opiniilor altor experți în acest domeniu, aceasta este prima și până acum singura fabrică cu un ciclu complet de producție în masă a unor astfel de dispozitive în Rusia. Trebuie remarcat faptul că dezvoltarea și producția de optice componente electronice, inclusiv transceiver-uri optice, alte companii sunt, de asemenea, angajate în Rusia, de exemplu, FTI-Optronik din Sankt Petersburg, fondată în 1994 pe baza Institutului Fizico-Tehnic numit după. A.F. Ioffe al Academiei Ruse de Științe. De asemenea, ar trebui să le reamintim cititorilor că nu toată lumea, chiar și companiile electronice de top din lume, au propria producție de produse microelectronice și alte componente electronice. Companiile care nu au producție proprie se numesc companii Fabless; microelectronica pentru acestea sunt produse de întreprinderi specializate (societăți de turnători) conform comenzilor.

Înainte de a lua în considerare caracteristicile transceiver-urilor cu fibră optică, vom oferi câteva informații despre companie în sine. Compania privată Fiber Trade LLC a fost fondată în 2010 la Novosibirsk de Alexey Valentinovich Yunin, născut în 1974 (Figura 1), care a lucrat anterior la Novotelecom și VimpelCom. Principalul domeniu de activitate al companiei la acea vreme era furnizarea de echipamente de telecomunicații pe piața rusă. În 2012, companiei i s-a atribuit codul de organizare a dezvoltatorilor FKRD conform GOST 2.201-80 (modificat în 2011), ceea ce i-a permis să înceapă să dezvolte și să proiecteze produse sub propriul său brand FiberTrade (FT).

Lucrările practice privind crearea producției de transceiver au început în 2015 și s-au încheiat în 2017 odată cu lansarea fabricii. În acest timp, au fost rezolvate sarcinile dificile de creare a camerelor curate de clasa 7 și de instalare a echipamentelor de testare de înaltă precizie de la cei mai importanti producători din lume. Proiectul a fost finanțat (aproximativ 40 de milioane de ruble) din fondurile proprii ale lui Alexey Yunin și ale altor investitori privați, în timp ce nu au fost implicate companii terțe în procesul de creare a fabricii. Volumul de producție estimat va fi de 960 de mii de transceiver pe an, iar volumul de venituri va fi de 3,8-4,2 miliarde de ruble pe an. Este planificat să se obțină rambursare până în 2020.

Până la sfârșitul anului 2018, este planificată creșterea numărului de personal al companiei la 70 de persoane (în prezent există 22 de ingineri de dezvoltare și 23 de ingineri de producție și alți specialiști). Din cauza lipsei de specialiști calificați cu experiență în profilul companiei, se ia în considerare posibilitatea atragerii absolvenților universitari cu pregătire ulterioară.

În prezent, compania cooperează în mod continuu cu companii de telecomunicații și IT de top, inclusiv PJSC VimpelCom, OJSC Megafon, PJSC Rostelecom, PJSC MTS, VKontakte LLC, Mail Ru LLC Group", CJSC Comstar-Region și o serie de altele. În viitor, compania poate ocupa până la 50% din piața transceiverelor cu fibră optică din Rusia; principalele destinații de export sunt țările CSI. Ținând cont de faptul că compania are deja proiecte care nu au analogi în lume, se iau în considerare posibilitățile de export de produse în țările europene.

Unul dintre aceste proiecte include transceiver multivendor, permițând operarea acestora în echipamentele de telecomunicații ale diverșilor furnizori (până la 5 simultan). La 19 octombrie 2017, Serviciul Federal pentru Proprietate Intelectuală a emis un Certificat de înregistrare de stat a programului de calculator „Formarea unei definiții unificate a modulului SFR+ în echipamentele de comutare diverși producători" Emițătoarele-recepția multivendor de la Fibre Trade ajută la reducerea costurilor companiilor care utilizează echipamente de la diferiți producători în sistemele lor și, de asemenea, evită Cheltuieli suplimentare pentru întreținerea unui depozit de module de la diverși furnizori (vânzătorul este furnizorul și proprietarul mărcii).

Un alt proiect este modulele optice cu suport pentru funcțiile de criptare a datelor.

Unii „experți teoretici” consideră că producția de microelectronice în Rusia este dificilă și nepromițătoare. Într-adevăr, o astfel de producție necesită costuri financiare mari și încă de la început. Pentru a implementa proiecte în acest domeniu, avem nevoie de specialiști care nu numai că au o bună educație specializată și o vastă experiență de lucru, ci și, conform lui Alexey Yunin, o mare dorință de a dezvolta acest domeniu în Rusia. Cu toate acestea, producția de transceiver-uri cu fibră optică autohtonă are o serie de avantaje.

Dezavantajele fundamentale ale dispozitivelor străine sunt imposibilitatea de a schimba software-ul pentru a satisface cerințele operatorilor și probabilitatea de a avea nedeclarate funcţionalitate dispozitivele furnizate. Transceiverele chinezești mai ieftine se caracterizează și printr-un procent mai mare de defecte, ceea ce impune consumatorilor să plătească costuri suplimentare pentru returnarea/înlocuirea modulelor defecte. Potrivit lui Alexey Yunin, unul dintre obiectivele principale ale producției de transceiver-uri cu fibră optică este asigurarea securității țării. Când dezvoltă produse și software pentru ei în Rusia, producătorul știe literalmente totul despre produsele sale și le poate controla. În acest caz, putem vorbi de fapt despre conformitate securitatea informatieiîn epoca „războaielor cibernetice” și a atacurilor hackerilor. Pentru alții avantaj important producția de produse de radioelectronica în țară înseamnă o flexibilitate semnificativ mai mare în relațiile cu clienții autohtoni pe toate problemele emergente.

Principalii consumatori ai produselor fabricii sunt principalii operatori de telecomunicații și centre de date din țară. Pe viitor, compania are planuri mari, de exemplu, acoperind până la 50% din nevoi piata ruseascaîn transceiver-uri cu fibră optică și intrarea pe piețele externe. Există dorința de a deveni un participant la proiectul de substituție a importurilor (ISUI), care va ajuta la creșterea semnificativă a vânzărilor prin piata interna. Nevoia de transceiver va crește doar, de exemplu, în Rusia până în 2024, rețelele 5G într-o formă sau alta sunt planificate să fie implementate în orașe cu o populație de peste 300 de mii de locuitori, ceea ce va necesita înlocuirea echipamentelor. stații de bazăși o creștere semnificativă a numărului acestora.

Testele echipamentelor Fiber Trade, inclusiv cele efectuate de cei mai importanți operatori de telecomunicații din țară, au arătat competitivitatea transceiver-urilor cu fibră optică ale companiei față de analogii europeni în ceea ce privește fiabilitatea și funcționalitatea.

Pe lângă transceiver-urile în sine, cataloagele companiei din 2017 prezintă și alte tipuri de produse: convertoare media, echipamente de compactare a canalelor, echipamente pentru linii lungi, echipamente pasive.

Transceiver cu fibră optică

Transceiverele cu fibră optică (FOT) sau transceiverele optoelectronice sunt concepute pentru a converti semnalele optice transmise prin liniile de comunicație cu fibră optică (FOCL) în semnale electrice și semnalele electrice inverse în semnale optice. Necesitatea VOT a apărut încă din anii 1990, când introducerea activă a rețelelor de acces în bandă largă cu fibră optică prin rețea și operatori de telefonie mobilă comunicatii. La acel moment, AICI au fost interpretate pe plăci de circuite imprimate echipamente de telecomunicații active. Cu toate acestea, din cauza creșterii gamei de astfel de dispozitive (comutatoare, multiplexoare, routere, convertoare media), a apărut necesitatea de a separa dispozitivele de procesare a informațiilor și de transmisie a datelor. Mai mult decât atât, dispozitivele în sine pentru transmiterea semnalelor prin legături de fibră optică trebuie să fie standardizate într-un fel sau altul în scopul unificării.

De ceva vreme, VOT-urile de la diverși producători sunt module unificate, compacte, înlocuibile, instalate în porturile electrice standardizate ale echipamentelor de telecomunicații active. Această abordare a creării unei infrastructuri de rețea vă permite să optimizați costurile la proiectare și, cel mai important, la reconstrucția rețelelor optice, de exemplu, pentru a crește rata de transfer de date, volumul informațiilor transmise și intervalul de transmisie a semnalului prin linii de fibră optică. .

Modulele VOT sunt disponibile în diferite modele - factori de formă. În prezent, cele mai utilizate module sunt SFP (Small Form-Factor Pluggable), prezentate în Figura 2. Modulele SFP sunt blocuri compacte în carcase metalice care protejează componentele electronice ale modulelor de radiatie electromagneticași deteriorări mecanice. Modulele au, de obicei, două porturi optice - un emițător laser (TX - transmițător) și un fotodetector (RX - receptor), asigurându-se că modulul funcționează în modul de unde duble (Figura 3). Modulele SFP cu o singură undă au un singur port, iar modul de multiplexare este utilizat pentru a schimba direcția de transmisie.

Pe lângă emițători și fotodetectoare, pe plăcile de circuite imprimate ale modulelor sunt instalate alte componente și componente electronice - circuite de control cu diode laser, convertoare de semnal la cod liniar, circuite de polarizare a fotodiodelor, diverse amplificatoare și filtre, circuite digitale de monitorizare. Plăcile modulului conțin și o EEPROM (memorie reprogramabilă ștearsă electric) cu un control software(o variantă a diagramei bloc al modulului SFP este prezentată în Figura 4).

Diferitele caracteristici mecanice și electrice ale VOT sunt determinate nu de standardele internaționale, ci de specificațiile MSA (Multi-source Agreement), dezvoltate pe baza acordurilor între diverși producători de echipamente. Această „natura” a procesului de producere a mai multor specificații este caracterizată de „cercul nedeterminat” de companii care participă la MSA. Pentru a dezvolta în mod eficient specificațiile MSA, în 1990, un grup (comitet) Small Form Factor Committee (SFF Committee) a fost creat în SUA pentru a determina factorii de formă în industria stocării informațiilor. Printre zecile de membri ai comitetului se numără cei mai mari producători de electronice și echipamente informatice - Dell, Foxconn, Fujitsu, Hewlett Packard, Hitachi, IBM, Intel, Pioneer, Samsung, Seagate, Sun Microsystem, Texas Instruments, Toshiba. În 2016, organizația și-a schimbat numele în SNIA SFF Technology Affiliate. Până în prezent, partenerii Comitetului SFF, pe lângă cei enumerați mai sus, sunt și alte companii lider - Microsoft, Broadcom, Cisco, Huawei, Lenivo, Micron, Microsemi, GiGNET și o serie de altele (mai mult de 50 de companii în total) .

Liniile de comunicație cu fibră optică sunt un tip de comunicare în care informațiile sunt transmise de-a lungul ghidurilor de undă dielectrice optice, cunoscute sub numele de fibră optică. Fibra optică este considerată în prezent cel mai avansat mediu fizic pentru transmiterea informațiilor, precum și cel mai promițător mediu pentru transmiterea fluxurilor mari de informații pe distanțe mari.

Lățimea de bandă largă a semnalelor optice se datorează frecvenței purtătoare extrem de ridicate. Aceasta înseamnă că informațiile pot fi transmise printr-o linie de comunicație optică la o viteză de aproximativ 1,1 Terabit/s. Acestea. O fibră poate transmite 10 milioane simultan convorbiri telefoniceși un milion de semnale video. Viteza de transmisie a datelor poate fi crescută prin transmiterea informațiilor în două direcții simultan, deoarece undele luminoase se pot propaga independent unele de altele într-o singură fibră. În plus, fibrele optice se pot propaga semnale luminoase două polarizări diferite, ceea ce vă permite să vă dublați debitului canal de comunicare optic. Până în prezent, limita privind densitatea informațiilor transmise prin fibră optică nu a fost atinsă.

Cea mai importantă componentă este cablul de fibră optică. Există câteva zeci de companii în lume care produc cabluri optice în diverse scopuri. Cele mai cunoscute dintre ele: AT&T, General Cable Company (SUA); Siecor (Germania); Cablu BICC (Marea Britanie); Les cables de Lion (Franţa); Nokia (Finlanda); NTT, Sumitomo (Japonia), Pirelli (Italia). Costul cablurilor optice este comparabil cu costul cablurilor standard de „cupru”. Utilizarea transmisiei de semnal prin fibră optică este în prezent împiedicată de costul relativ ridicat al echipamentelor și de complexitatea lucrărilor de instalare.

Pentru a transmite date prin canale optice, semnalele trebuie convertite de la electric la optic, transmise printr-o legătură de comunicații și apoi convertite înapoi în electric la receptor. Aceste transformări au loc în transceiver, care conțin componente electronice împreună cu componente optice.

În general, organizarea canalului optic este similară cu IrDA. Diferențele semnificative sunt gama undelor optice și viteza datelor transmise. În acest sens, laserele semiconductoare sunt folosite ca emițători, iar fotodiodele de înaltă frecvență sunt folosite ca receptori. Schema structurala receptorul de date optoelectronic este prezentat în Fig. 5.19, iar în Fig. 5.20 – transmițător de date.

Orez. 5.19. Receptor de date optoelectronice

Orez. 5.20. Transmițător de date optoelectronic

Pentru a transmite informații pe un canal de fibră optică, sunt utilizate două intervale de lungimi de undă: 1000 ^ 1300 nm (a doua fereastră optică) și 1500 ^ 1800 nm (a treia fereastră optică). În aceste intervale există cea mai mică pierdere de semnal în linie per unitate de lungime a cablului.

Pentru sistemele de transmisie optică pot fi utilizate diverse surse optice. De exemplu, diodele emițătoare de lumină (LED-uri) sunt adesea folosite la preț redus rețele locale pentru comunicare la distanță scurtă. Cu toate acestea, banda spectrală largă de radiații și incapacitatea de a lucra în lungimile de undă ale celei de-a doua și a treia ferestre optice nu permit utilizarea LED-urilor în sistemele de telecomunicații.

Spre deosebire de un LED, un transmițător laser modulat optic poate funcționa într-o a treia fereastră optică. Prin urmare, pentru sistemele de transmisie pe distanță ultra-lungă și WDM, unde costul nu este o considerație majoră și eficiența ridicată este o necesitate, se utilizează o sursă optică laser. Pentru canalele de comunicații optice Tipuri variate Diodele laser cu semiconductor modulate direct au un raport optim cost/eficiență. Dispozitivele pot funcționa atât în a doua și a treia fereastră optică.

Toate diodele laser semiconductoare utilizate pentru modularea directă au de obicei nevoie de DC offset pentru a seta punctul de operare și curentul de modulație pentru transmisia semnalului. Mărimea curentului de polarizare și a curentului de modulație depinde de caracteristicile diodei laser și poate diferi de la tip la tip și unul de celălalt în cadrul aceluiași tip. Gama de variație a acestor caracteristici în timp și temperatură trebuie luată în considerare la proiectarea unității emițătorului. Acest lucru este valabil mai ales pentru tipurile nerăcite mai avantajoase din punct de vedere economic de lasere semiconductoare. Rezultă că driverul laser trebuie să producă un curent de polarizare și un curent de modulație într-un interval suficient pentru a permite diferiților transmițători optici cu o gamă largă de diode laser să funcționeze pe perioade lungi de timp și la temperaturi diferite.

Pentru a compensa deteriorarea performanței diodei laser, este utilizat un dispozitiv de control automat al puterii (APC). Utilizează o fotodiodă, care convertește energia luminoasă a laserului într-un curent proporțional și o furnizează driverului laser. Pe baza acestui semnal, driverul produce un curent de polarizare în dioda laser, astfel încât puterea luminii să rămână constantă și să se potrivească cu cea setată inițial. Aceasta menține „amplitudinea” semnalului optic. Fotodioda găsită în circuitul APC poate fi folosită și în controlul automat al modulației (AMC).

Recuperarea sincronizării și conversia în format serial necesită impulsuri de ceas care trebuie sintetizate. Acest sintetizator poate fi, de asemenea, integrat într-un convertor paralel-serial și include de obicei un circuit cu buclă blocată în fază. Sintetizatorul joacă un rol important în transmițătorul unui sistem de comunicații optice.

Receptoarele optice detectează semnalele transmise de-a lungul unui cablu de fibră optică și le convertesc în semnale electrice, care apoi le amplifică, le refac forma și sincronizează semnalele. În funcție de rata de transmisie și de caracteristicile sistemului dispozitivului, fluxul de date poate fi convertit din format serial în format paralel. Componenta cheie care urmează amplificatorul în dispozitivul de recepție este circuitul de recuperare a ceasului și a datelor (CDR). CDR efectuează sincronizarea, decide nivelul de amplitudine al semnalului de intrare și produce un flux de date reconstruit.

Există mai multe modalități de a menține sincronizarea (filtru SAW extern, semnal extern al ceasului de control etc.), dar numai o abordare integrată poate rezolva eficient această problemă. Utilizarea buclei blocate în fază (PLL) este o parte integrantă în sincronizarea impulsurilor de ceas cu fluxul de date, ceea ce asigură că semnalul de ceas este aliniat cu mijlocul cuvântului de date.

Modulele laser din seria LFO-1 (Tabelul 5.15) sunt fabricate pe baza diodelor laser MQW InGaAsP/InP și AlGaInP/GaAs foarte eficiente și sunt disponibile în pachete coaxiale standard nerăcite cu fibră optică monomodală sau multimodală. Unele modele, împreună cu versiunea nerăcită, pot fi produse în carcase de tip DIL-14 cu microfrigider și termistor încorporate. Toate modulele au o gamă largă de temperaturi de funcționare, stabilitate ridicată a puterii de radiație, o durată de viață de peste 500 de mii de ore și sunt cele mai bune surse radiații pentru liniile de comunicații optice digitale (până la 622 Mbit/s), testere optice și telefoane optice.

Puterea radiației, (mW)	Lungime de undă, (nm)	tich. fibre	Microfrigider	Tip de coajă

Modulele fotodetectoare din seria PD-1375 (Tabelul 5.16) pentru intervalul spectral 1100-1650 nm sunt realizate pe baza fotodiodelor PIN InGaAs și sunt disponibile în versiuni nerăcite cu modul unic (modelul PD-1375s-ip) sau multimod ( PD-1375m-ip), fibră optică, precum și într-o carcasă tip „priză optică” pentru cuplarea cu fibre SM și MM terminate cu conector „FC/PC” (model PD-1375-ir). Modulele au o gamă largă de temperatură de funcționare, sensibilitate spectrală mare, curenți de întuneric scăzut și sunt proiectate să funcționeze în linii de comunicație analogice și digitale cu fibră optică cu rate de transfer de informații de până la 622 Mbit/s.

Lungime de undă, (nm)	tich. fibre	Sensibilitate, (A/W)	Viteza de recepție, (Mbit/s)	Tip de coajă


				"priză"

Chipsetul produs de MAXIM pentru transceiver permite conversii în sistemele de transmisie optică SDH/SONET. SDH este un standard european pentru transmisia de date prin fibră optică. SONET este un standard care definește viteze, semnale și interfețe pentru transmisia sincronă a datelor la viteze mai mari de un gigabit/sec printr-o rețea de fibră optică.

Amplificatoarele MAX3664 și MAX3665 (Fig. 5.21) convertesc curentul de la senzorul cu fotodiodă într-o tensiune, care este amplificată și trimisă la ieșire ca semnal diferențial. Pe lângă amplificatorul fotocurent, microcircuitele conțin Părere pentru a compensa componenta constantă, care depinde de mărimea curentului de întuneric al fotodetectorului și are stabilitate la temperatură și timp foarte scăzută. Schema tipica pornirea MAX3665 este prezentată în Fig. 5.22. Scopul principal al acestor amplificatoare este de a restabili amplitudinea semnalului electric și de a transmite semnalul restaurat pentru procesare ulterioară.

Cipul MAX3675 (MAX3676) recuperează semnalele de ceas din fluxul de date primit și le tacează. Diagrama functionala MAX3676 este prezentat în Fig. 5.23. Algoritmii de procesare a semnalului din aceste dispozitive sunt mult mai complexi. Ca rezultat al conversiei semnalului, împreună cu restabilirea fluxului de date digitale, este extras semnalul de sincronizare necesar procesării corecte ulterioare. O diagramă tipică de conectare MAX3676 este prezentată în Fig. 5.24. MAX3676 primește un semnal de la un amplificator fotocurent și convertește semnalul în date diferențiale de ieșire și semnale de ceas la niveluri logice standard. Trebuie avut în vedere că toate aceste conversii sunt efectuate cu semnale care sosesc în format serial la o viteză foarte mare.

Orez. 5.21. Schema funcțională a amplificatorului fotocurent MAX3665

Orez. 5.22. Schema de conectare tipică pentru MAX3665

Orez. 5.23. Diagrama funcțională a lui MAX3676

Orez. 5.24. Schema de conectare tipică pentru MAX3676

Pentru a transmite semnale generate ca urmare a recepției prin interfețe standard, MAXIM oferă MAX3680 și MAX3681, acestea sunt convertoare seriale în paralel. MAX3680 convertește un flux de date seriale de 622 Mbps într-un flux de cuvinte pe opt biți de 78 Mbps. Ieșirea datelor și ceasului sunt compatibile cu nivelurile TTL. Consum de energie – 165 mW cu o sursă de 3,3 V. MAX 3681 convertește un flux de date serial (622 Mbps) într-un flux de cuvinte pe patru biți de 155 Mbps. Datele și ceasul diferențiale ale acestuia suportă semnalul diferențial de joasă tensiune al interfeței LVDS (Figura 5.25).

Cipul MAX3693 (Fig. 5.26) convertește patru fluxuri de date LVDS transmise la o viteză de 155 Mbit/s într-un flux serial de 622 Mbit/s. Impulsurile de ceas necesare pentru transmisie sunt sintetizate folosind o buclă blocată în fază încorporată care conține un oscilator controlat de tensiune, un amplificator cu filtru de buclă și un detector de frecvență de fază care necesită doar o referință externă de ceas. Cu o sursă de 3,3 V, consumul de energie este de 215 mW. Semnalele de ieșire a datelor seriale sunt semnale diferențiale logice cuplate cu emițător pozitiv standard.

Sarcina principală a driverului laser MAX3669 (Figura 5.27) este de a furniza polarizare și curent de modulare pentru a modula direct ieșirea diodei laser. Pentru o flexibilitate suplimentară, intrările diferențiale acceptă fluxuri de date PECL, precum și variații de tensiune diferențială de până la 320 mV vârf la vârf la Vcc=0,75 V. Prin schimbarea rezistenței externe între pinul BIASSET și masă, curentul de polarizare poate fi ajustat. de la 5 la 90 mA, iar rezistența dintre pinul MODSET și masă poate regla curentul de modulație de la 5 la 60 mA. O diagramă tipică de conectare pentru MAX3669 la un modul laser este prezentată în Fig. 5.28. Datele ajung în cod paralel pe 4 biți și sunt convertite în date seriale de către convertorul MAX3693 folosind semnale de ceas. De la acest convertor, semnalele în format serial sunt transmise către driver laser MAX3669, care generează un semnal modulator cu parametrii necesari pentru a controla radiația unei diode laser.

O selecție destul de detaliată a materialelor privind utilizarea acestor componente poate fi găsită pe site-ul www.rtcs.ru, Rainbow Technologies, distribuitorul oficial al MAXIM în țările CSI.

Orez. 5.25. Conectarea unui receptor optic la magistrala de date folosind o interfață LVDS

Orez. 5.26. Diagrama funcțională a lui MAX3693

Orez. 5.27. Diagrama funcțională a lui MAX3669

MAXIM produce, de asemenea, un set de circuite integrate din seria MAX38xx pentru construirea unei interfețe cu fibră optică cu o performanță de 2,5 Gbit/s. De exemplu, un driver laser cu control automat modulația MAX3865 (Fig. 5.29) are următoarele caracteristici distinctive:

Tensiune de alimentare unipolară 3,3 sau 5 V;

Consum 68 mA

Lucrați cu performanțe de până la 2,5 Gbps (NRZ);

Feedback ghidat;

Curenți de polarizare și modulație programabili;

Durata muchiilor de coborâre/ridicare 84 ps;

Monitorizarea curenților de modulație și deplasare;

Detector de defecțiuni;

Protecție ESD.