Jurij Petropavlovskij

V červnu 2017 byla v Rusku zahájena výroba dalšího typu high-tech produktů - společnost Fiber Trade LLC spustila závod na výrobu optických transceiverů v Novosibirsku. Podle samotné společnosti a názoru dalších odborníků v této oblasti jde o první a zatím jediný závod s úplným cyklem hromadné výroby takových zařízení v Rusku. Nutno podotknout, že vývojem a výrobou optoelektronických součástek včetně optických transceiverů se v Rusku zabývají i další firmy, například FTI-Optronik ze St. A. F. Ioffe Ruská akademie vědy. Čtenáře je třeba také připomenout, že ne všechny, dokonce i přední světové elektronické společnosti, mají vlastní výrobu mikroelektroniky a dalších elektronických součástek. Společnosti, které nemají vlastní výrobu, se nazývají společnosti Fabless; mikroelektroniku pro ně vyrábějí specializované podniky (slévárny-firmy) na zakázku.

Než se zamyslíme nad vlastnostmi transceiverů z optických vláken, uveďme několik údajů o společnosti samotné. soukromá společnost Společnost Fiber Trade LLC byla založena v roce 2010 v Novosibirsku Aleksey Valentinovichem Yuninem, narozeným v roce 1974 (obrázek 1), který dříve pracoval pro společnosti Novotelecom a Vimpelcom. Hlavní činností společnosti v té době byly dodávky telekomunikačních zařízení na ruský trh. V roce 2012 byl společnosti přidělen kód vývojové organizace FCRD v souladu s GOST 2.201-80 (změněn v roce 2011), což umožnilo začít vyvíjet a navrhovat produkty pod vlastní ochrannou známkou FiberTrade (FT).

Praktické práce na vytvoření výroby transceiverů začaly v roce 2015 a skončily v roce 2017 spuštěním závodu. Za tuto dobu byly vyřešeny nelehké úkoly vytvoření čistých prostor 7. třídy a instalace vysoce přesných testovacích zařízení od předních světových výrobců. Financování projektu (asi 40 milionů rublů) bylo provedeno na náklady vlastních prostředků Alexey Yunina a dalších soukromých investorů, přičemž do procesu vytváření závodu nebyly zapojeny žádné společnosti třetích stran. Očekávaný objem výroby bude 960 tisíc transceiverů ročně a výše příjmů - 3,8-4,2 miliardy rublů ročně. Návratnost je plánována na rok 2020.

Do konce roku 2018 je plánováno navýšení počtu zaměstnanců společnosti na 70 lidí (nyní je zde 22 vývojových inženýrů a 23 výrobních inženýrů a dalších specialistů). Vzhledem k nedostatku kvalifikovaných odborníků s praxí v profilu společnosti se zvažuje možnost získat absolventy vysokých škol dalším vzděláváním.

V současné době společnost trvale spolupracuje s předními telekomunikačními a IT společnostmi, včetně PJSC VimpelCom, OJSC MegaFon, PJSC Rostelecom, PJSC MTS, Vkontakte LLC, Mail Ru LLC Group, CJSC "Comstar-Region" a řadou dalších. V budoucnu může podnik zabrat až 50 % trhu optických transceiverů v Rusku; hlavní exportní směry jsou země SNS. S přihlédnutím k tomu, že společnost již má projekty, které nemají ve světě obdoby, je zvažována možnost exportu výrobků do evropských zemí.

Jedním z těchto projektů jsou multi-vendor transceivery, které umožňují jejich provoz v telekomunikačních zařízeních různých výrobců (až 5 současně). 19. října 2017 Federální služba pro duševní vlastnictví vydal Osvědčení o státní registraci počítačového programu „Vytvoření jednotné definice modulu SFR + ve spínacích zařízeních různých výrobců". Transceivery Fiber Trade od různých výrobců umožňují společnostem snížit náklady pomocí zařízení od různých výrobců ve svých systémech a také se vyhnout dodatečným nákladům na údržbu skladu modulů od různých výrobců (prodejce – dodavatel a vlastník ochranné známky).

Dalším projektem jsou optické moduly s podporou šifrování dat.

Někteří „odborní teoretici“ považují výrobu mikroelektroniky v Rusku za obtížnou a neperspektivní. Taková výroba totiž vyžaduje velké finanční náklady, a to hned od začátku. K realizaci projektů v této oblasti jsou potřeba specialisté, kteří mají nejen dobré profilové vzdělání a rozsáhlé pracovní zkušenosti, ale podle Alexeje Yunina také velkou chuť tuto oblast v Rusku rozvíjet. Nicméně výroba domácích optických transceiverů má řadu výhod.

Zásadní nevýhodou zahraničních zařízení je nemožnost změny softwaru podle požadavků operátorů a pravděpodobnost nedeklarovaných funkčnost dodávaná zařízení. Levnější čínské transceivery se také vyznačují vyšším procentem závad, což od spotřebitelů vyžaduje dodatečné náklady na vrácení / výměnu vadných modulů. Podle Alexeje Yunina je jedním z hlavních cílů výroby optických transceiverů zajištění bezpečnosti země. Při vývoji produktů a softwaru pro ně v Rusku ví výrobce o svých produktech doslova vše a umí je ovládat. V tomto případě můžeme vlastně mluvit o dodržování informační bezpečnost v éře kybernetické války a hackerské útoky. Další významnou výhodou výroby radioelektronických produktů v tuzemsku je mnohem větší flexibilita ve vztazích s tuzemskými zákazníky ve všech nově vznikajících otázkách.

Hlavními spotřebiteli produktů závodu jsou přední telekomunikační operátoři a datová centra v zemi. Do budoucna má společnost velké plány, například pokrytí až 50 % potřeb ruského trhu s optickými transceivery a vstup na zahraniční trhy. Existuje přání stát se členem projektu náhrady importu (IMVEI), který pomůže výrazně zvýšit prodej na domácím trhu. Potřeba transceiverů bude jen narůstat, například v Rusku se do roku 2024 plánuje nasazení 5G sítí v té či oné podobě ve městech nad 300 tisíc obyvatel, což si vyžádá výměnu vybavení základnových stanic a výrazný nárůst jejich počtu.

Testy zařízení Fiber Trade, včetně těch, které provedli přední telekomunikační operátoři v zemi, prokázaly konkurenceschopnost optických transceiverů společnosti s evropskými protějšky z hlediska spolehlivosti a funkčnosti.

Katalogy společnosti v roce 2017 kromě samotných transceiverů obsahují i ​​další typy produktů: media konvertory, zařízení pro těsnění kanálů, zařízení pro dlouhé linky, pasivní zařízení.

Optické transceivery

Optické transceivery (FOTS) nebo optoelektronické transceivery jsou navrženy tak, aby převáděly optické signály přenášené přes optické komunikační linky (FOCL) na elektrické signály a naopak - elektrické signály na optické. Potřeba VOT vyvstala již v 90. letech 20. století, kdy došlo k aktivnímu zavádění optických sítí pro širokopásmový přístup sítí a mobilních operátorů spojení. V té době byly WOT prováděny na desky plošných spojů aktivní telekomunikační zařízení. Vzhledem k nárůstu nabídky takových zařízení (switche, multiplexery, routery, media konvertory) je však potřeba oddělit zařízení pro zpracování informací a přenos dat. Kromě toho musí být zařízení pro přenos signálů přes FOCL s cílem sjednocení tak či onak standardizována.

BOTy od různých výrobců jsou již dlouhou dobu jednotné kompaktní zásuvné moduly instalované ve standardizovaných elektrických portech aktivních telekomunikačních zařízení. Tento přístup k vytvoření síťové infrastruktury umožňuje optimalizovat náklady při návrhu a hlavně při rekonstrukci optických sítí, např. zvýšit rychlost přenosu dat, množství přenášených informací a dosah signálu. přenos přes FOCL.

Moduly BOT se vyrábí v různých provedeních - form factorech. V současné době jsou nejpoužívanější moduly SFP (Small Form-factor Pluggable), znázorněné na obrázku 2. Moduly SFP jsou kompaktní jednotky v kovová pouzdra, zajišťující ochranu elektronických součástek modulů před elektromagnetickým zářením a mechanické poškození. Moduly mají většinou dva optické porty - laserový emitor (TX - vysílač) a fotodetektor (RX - přijímač), které zajišťují provoz modulu ve dvouvlnném režimu (obrázek 3). Moduly SFP s jednou vlnovou délkou mají pouze jeden port, zatímco pro změnu směru přenosu se používá multiplexování.

Na deskách plošných spojů modulů jsou kromě zářičů a fotodetektorů instalovány další elektronické součástky a součástky - řídicí obvody laserových diod, převodníky signálu na lineární kód, předpětí fotodiod, různé zesilovače a filtry, digitální obvody sledování. Desky modulů dále obsahují EEPROM (Electrally Erasable Reprogrammable Memory) s ovládáním software(varianta blokového schématu modulu SFP je na obrázku 4).

Různé mechanické a elektrické charakteristiky BOT není definován mezinárodními standardy, ale specifikacemi MSA (Multi-source Agreement), vyvinutými na základě dohod mezi různými výrobci zařízení. Tato „povaha“ procesu vývoje více specifikací je charakterizována „neomezeným rozsahem“ společností účastnících se dohod MSA. Za účelem efektivního rozvoje specifikací MSA byla v roce 1990 v USA vytvořena skupina (výbor) Small Form Factor Committee (SFF Committee), která určovala tvarové faktory v průmyslu ukládání informací. Mezi desítkami členů výboru jsou největší producenti elektronika a počítačová technologie- Dell, Foxconn, Fujitsu, Hewlett Packard, Hitachi, IBM, Intel, Pioneer, Samsung, Seagate, Sun Microsystem, Texas Instruments, Toshiba. V roce 2016 organizace změnila svůj název na SNIA SFF Technology Affiliate. K dnešnímu dni jsou partnery výboru SFF kromě výše uvedených další přední společnosti - Microsoft, Broadcom, Cisco, Huawei, Lenivo, Micron, Microsemi, GiGNET a řada dalších (celkem více než 50 společností) .

Zkoumali jsme, jaké optické transceivery s tvarovým faktorem SFP a SFP + jsou obecně. V tomto bychom se rádi podívali blíže na několik jemnějších bodů.

Zejména se zaměříme na klasifikaci transceiverů podle typu optického konektoru, standardů a technologie spektrálního dělení multiplexování.

Ořezávání kabelů

Optický kabel pro připojení k SFP modulům musí být ukončen do konektoru LC (Lucent/Little/Local Connector) nebo SC (Subscriber/Square/Standard Connector).

V souladu s tím jsou moduly k dispozici se dvěma typy kabelových konektorů: SC a LC.

Zde je třeba poznamenat, že dvouvláknové optické transceivery formátů SFP, SFP+ jsou téměř vždy vybaveny LC konektorem, protože SC je větší a dva takové konektory se do duplexního modulu nevejdou. Použití SC je možné pouze v jednovláknovém provedení.

SC je jedním z prvních keramických konektorů navržených pro usnadnění připojení optických kabelů k různým zařízením a ochranu řezu kabelu před znečištěním a mechanickým poškozením. Vzhledem k mikroskopické tloušťce vláken optického kabelu může i jedno smítko prachu způsobit výrazné zhoršení kvality komunikace nebo přerušení spojení.

Konektor LC byl vyvinut společností Lucent jako vylepšení oproti SC. Má poloviční velikost a má odnímatelnost, což usnadňuje manipulaci s optickými kabely v přípojkách/vláknech s vysokou hustotou.

Obecně ethernetové standardy umožňují použití jak jednoho, tak druhého konektoru, nicméně většina výrobců stále instaluje na své moduly LC konektory. Dokonce i jednovláknové moduly SFP WDM, které byly vždy standardně dodávány s konektorem SC, jsou nyní k dispozici také s konektorem LC.

Více o optických konektorech si můžete přečíst v tomto článku.

Normy

Optické transceivery fungují v Ethernetové sítě a proto musí splňovat jednu z příslušných norem. Pro usnadnění jsme shrnuli parametry těch v tabulce.

Rychlost příjmu-přenosu	Standard		Standard	Počet vláken	typ vlákna	Vlnová délka emitoru, nm
					multimódový, plně duplexní
					multimódový, poloviční duplex s garantovanou detekcí kolize
	TIA/EIA-785-1-2002				vícerežimový
					jediný režim
					jediný režim
					vícerežimový
					jediný režim
					vícerežimový
					jediný režim
					jediný režim
					jediný režim
					jediný režim
					vícerežimový
					vícerežimový	1275, 1300, 1325, 1350
					jediný režim	1275, 1300, 1325, 1350
					jediný režim
					jediný režim
					vícerežimový
					vícerežimový
					jediný režim
					jediný režim
					vícerežimový
					jediný režim	1295, 1300, 1305, 1310
					jediný režim	1295, 1300, 1305, 1310

Průhledná okna optického jednovidového vlákna

Naprostá většina moderních optických kabelů patří do standardu SMF G.652 různé verze. Nejnovější verze standard, G.652 (11/16) byl vydán v listopadu 2016. Norma popisuje tzv. standardní jednovidové vlákno.

Prostup světla optickým vláknem je založen na principu totálního vnitřního odrazu na rozhraní mezi médii s různou optickou hustotou. Pro realizaci tento princip vlákno se vyrábí dvou- nebo vícevrstvé. Světlovodivé jádro je obklopeno vrstvami průhledných obalů vyrobených z materiálů s nižšími indexy lomu, díky čemuž dochází k úplnému odrazu na hranici vrstvy.

Optické vlákno se jako přenosové médium vyznačuje útlumem a rozptylem. Útlum je ztráta výkonu signálu během průchodu vlákna, vyjádřená jako úroveň ztráty na kilometr vzdálenosti (dB/km). Útlum závisí na materiálu přenosového média a vlnové délce vysílače. Vlnová závislost absorpčního spektra obsahuje několik vrcholů s minimálním útlumem. Právě tyto body na grafu, nazývané také průhledná okna nebo telekomunikační okna, byly vybrány jako základ pro výběr emitorů..

Jednovidové vlákno má šest průhledných oken:

• O-pásmo (původní): 1260-1360 nm;
• E-pásmo (rozšířené): 1360-1460 nm;
• S-pásmo ( Krátká vlnová délka: 1460-1530 nm;
• C-pásmo ( Konvenční): 1530-1565 nm;
• L pásmo ( Dlouhá vlnová délka): 1565-1625 nm;
• U-band ( Ultra dlouhá vlnová délka): 1625-1675 nm.

Blížící se vlastnosti vláken v každém rozmezí lze považovat za přibližně stejné. Vrcholem průhlednosti je, obvykle , na konec dlouhé vlny E-pásmo . Specifický útlum v O-pásmo asi jedenapůlkrát vyšší než v S- a C-pásmu , specifická chromatická disperze - naopak, má nulové minimum při vlnové délce 1310 nm a nad nulou at C-pásmo.

Zpočátku byly k uspořádání duplexního spojení pomocí optického kabelu použity páry vláken, z nichž každé bylo zodpovědné za svůj vlastní směr přenosu. To je pohodlné, ale nehospodárné ve vztahu ke zdroji kladeného kabelu. Aby se tento problém vyrovnal, byla vyvinuta technologie spektrálního dělení multiplexování, nebo jinými slovy vlnového multiplexování.

Technologie vlnového multiplexování, WDM/CWDM/DWDM

WDM

Srdcem technologie WDM, Wavelength Division Multiplexing, je přenos několika světelných toků s různou délkou světla přes jediné vlákno.

Základní WDM technologie umožňuje vytvoření jednoho duplexního spojení, s nejčastěji používaným vlnovým párem 1310/1550 nm, z O- a C-pásma, resp. Pro implementaci technologie je použita dvojice „zrcadlových“ modulů, jeden s vysílačem 1550 nm a přijímačem 1310 nm, druhý naopak s vysílačem 1310 nm a přijímačem 1550 nm.

Rozdíl ve vlnové délce obou kanálů je 240 nm, což umožňuje rozlišit oba signály bez použití speciálních detekčních nástrojů. Hlavní použitá dvojice 1310/1550 umožňuje vytvářet stabilní spojení na vzdálenosti až 60 km.

Ve vzácných případech se také používají páry 1490/1550, 1510/1570 a další možnosti z průhledných oken s nižším specifickým útlumem vzhledem k O-pásmu, což umožňuje organizovat více „dálkových“ spojení. Navíc ke kombinaci 1310/1490 dochází, když je signál kabelové televize přenášen paralelně s daty na vlnové délce 1550 nm.

CWDM

Další fází vývoje bylo hrubé WDM, CWDM, hrubé spektrální multiplexování. CWDM umožňuje vysílat až 18 datových toků v rozsahu vlnových délek od 1270 do 1610 nm s krokem 20 nm.

CWDM moduly jsou v naprosté většině případů dvouvláknové. Existují BiDi, obousměrné SFP CWDM moduly, ve kterých příjem a vysílání probíhá přes jedno vlákno, ale na Ukrajině jsou stále poměrně vzácné na prodej.

Vysílače (moduly) SFP a SFP+ CWDM vysílají na jedné konkrétní vlnové délce.

Přijímač takových modulů je širokopásmový, to znamená, že přijímá signál na jakékoli vlnové délce, což vám umožňuje organizovat jeden duplexní kanál s libovolnými dvěma moduly certifikovanými pro shodu s CWDM. Pro současný přenos několika kanálů se používají pasivní multiplexory-demultiplexery, které shromažďují datové toky z „barevných“ SFP modulů (každý z nich má vysílač s vlastní vlnovou délkou) do jednoho paprsku pro přenos přes vlákno a analyzují jej do jednotlivých toků. v koncovém bodě. Všestrannost přijímačů poskytuje větší flexibilitu při vytváření sítí.

DWDM

Nejnovější vývoj - Dense WDM (DWDM), husté spektrální multiplexování, umožňuje organizovat až 24 a v zakázkových systémech až 80 duplexních komunikačních kanálů, v rozsahu vlnových délek 1528,77-1563,86 nm s krokem 0,79-0,80 nm.

Přirozeně, čím hustší je umístění kanálů, tím přísnější jsou tolerance při výrobě zářičů. Zatímco u konvenčních modulů je přijatelná chyba vlnové délky do 40 nm, u WDM transceiverů je tato chyba snížena na 20-30 nm, u CWDM je to již 6-7 nm a u DWDM je to pouze 0,1 nm. Čím menší tolerance, tím dražší je výroba zářičů.

Navzdory mnohem vyšším nákladům na vybavení má DWDM oproti CWDM následující významné výhody:
1) znatelně přenést více kanály na jednom vláknu;
2) přenos více kanály na velké vzdálenosti, protože DWDM pracuje v nejtransparentnějším rozsahu (1525-1565 nm).

Nakonec je třeba zmínit, že na rozdíl od původního standardu WDM může v CWDM a DWDM každý jednotlivý kanál dodávat data rychlostí 1 Gb/s i 10 Gb/s. Standardy 40 Gb a 100 Gb Ethernet jsou implementovány kombinací šířky pásma několika 10 Gb kanálů.

Co jsou moduly OADM a filtry WDM (rozdělovače)?

Navzdory souhláskovému názvu není modul OADM optický transceiver, ale spíše optický filtr, jeden z typů multiplexerů.

Na obrázku: modul OADM.

Uzly Optical Add Drop Multiplexor (OADM) se používají k oddělení datových toků v mezilehlých bodech. OADM, jinak Add-Drop modul, je optické zařízení, které se instaluje do mezery optického kabelu a umožňuje filtrovat dva datové toky ze společného paprsku. OADM, stejně jako všechny multiplexory, na rozdíl od SFP a SFP + transceiverů, jsou pasivní zařízení, nevyžadují tedy napájení a lze je instalovat za jakýchkoliv podmínek, až po ty nejnáročnější. Správně naplánovaný balíček OADM vám umožňuje obejít se bez koncového multiplexeru a „distribuovat“ datové toky do mezilehlých bodů.

Nevýhodou OADM je snížení výkonu separovaného i tranzitního signálu a tím i maximální dosah stabilního přenosu. Podle různých zdrojů je snížení výkonu od 1,5 do 2 dB na každém Add-Drop.

Ještě zjednodušené zařízení, filtr WDM, umožňuje oddělit pouze jeden kanál s určitou vlnovou délkou od celkového proudu. Je tedy možné sestavit analogy OADM na základě libovolných párů, což zvyšuje flexibilitu budování sítě na maximum.

Na obrázku: WDM filtr (rozdělovač).

WDM filtr lze použít jak v sítích s WDM multiplexováním, tak s CWDM, DWDM multiplexováním.
Stejně jako CWDM je specifikace DWDM založena na použití OADM a filtrů.

Smlouvy o více zdrojích (MSA)

Často v doprovodné dokumentaci k SFP a SFP + transceivery můžete vidět informace o podpoře MSA. co to je

MSA jsou průmyslové dohody mezi výrobci modulů, které zajišťují kompatibilitu mezi transceivery a síťovým zařízením od různých společností a všechny vyráběné transceivery splňují obecně uznávané standardy. Instalace portů SFP kompatibilních s MSA do zařízení rozšiřuje řadu kompatibilních modulů a zajišťuje konkurenční trh pro zaměnitelné produkty.

MSA pro SFP/SFP+ nastaví následující parametry:

1. Mechanické rozhraní:

• rozměry modulu;
• parametry mechanického spojení konektorů s deskou;
• umístění prvků na desce plošných spojů;
• úsilí, nutné vložit modul do/vyjmout ze slotu;
• normy označování.

2. Elektrické rozhraní:

• pinout;
• možnosti napájení;
• časování a I/O signály.

3. Softwarové rozhraní:

• typ čipu PROM;
• datové formáty a přednastavená pole firmwaru;
• parametry ovládacího rozhraní I2C;
• Funkce DDM ( Monitorování digitální diagnostiky).

K dnešnímu dni obsahují moduly formátu SFP/SFP+ tři specifikace MSA vydané výborem SNIA SFF, které se většina účastníků trhu zavázala dodržovat:
SFP - Stáhnout jako pdf
SFP+ - Stáhnout jako pdf
DDM - Stáhnout jako pdf

Moduly SFP, SFP+, XFP technický popis(rus.) Stáhnout ve formátu pdf

místo

Komunikační linky z optických vláken jsou typem komunikace, ve které jsou informace přenášeny prostřednictvím optických dielektrických vlnovodů, známých jako „optické vlákno“. Optické vlákno je v současnosti považováno za nejpokročilejší fyzické médium pro přenos informací a také za nejslibnější médium pro přenos velkých toků informací na velké vzdálenosti.

Širokopásmové optické signály jsou způsobeny extrémně vysokou nosnou frekvencí. To znamená, že informace lze přenášet po optické komunikační lince rychlostí asi 1,1 terabit/s. Tito. Jedno vlákno dokáže přenést 10 milionů současně. telefonické rozhovory a milion video signálů. Rychlost přenosu dat lze zvýšit přenosem informací ve dvou směrech najednou, protože světelné vlny se mohou šířit v jednom vláknu nezávisle na sobě. V optickém vláknu se navíc mohou šířit dva světelné signály. různé polarizace, která se zdvojnásobí propustnost optický komunikační kanál. K dnešnímu dni nebylo dosaženo limitu pro hustotu informace přenášené přes optické vlákno.

Nejdůležitější součástí je optický kabel. Na světě existuje několik desítek společností, které vyrábějí optické kabely pro různé účely. Nejznámější z nich jsou: AT&T, General Cable Company (USA); Siecor (Německo); kabel BICC (UK); Les cables de Lion (Francie); Nokia (Finsko); NTT, Sumitomo (Japonsko), Pirelli (Itálie). Cena optických kabelů je úměrná ceně standardních „měděných“ kabelů. Použití prostředků pro přenos signálu z optických vláken je stále omezeno relativně vysokou cenou zařízení a složitostí instalačních prací.

Pro přenos dat optickými kanály musí být signály převedeny z elektrických na optické, přeneseny po komunikační lince a poté převedeny zpět na elektrické v přijímači. Tyto převody probíhají v transceiverech, které obsahují elektronické sestavy spolu s optickými součástkami.

Obecně je organizace optického kanálu podobná IrDA. Podstatnými rozdíly jsou dosah optických vln a rychlost přenášených dat. V tomto ohledu se jako zářiče používají polovodičové lasery a jako přijímače vysokofrekvenční fotodiody. Blokové schéma přijímače optoelektronických dat je na Obr. 5.19 a na Obr. 5.20 - vysílač dat.

Rýže. 5.19. Optoelektronický přijímač dat

Rýže. 5.20. Optoelektronický datový vysílač

Pro přenos informací přes kanál z optických vláken se používají dva rozsahy vlnových délek: 1000 ^ 1300 nm (druhé optické okno) a 1500 ^ 1800 nm (třetí optické okno). V těchto rozsazích - nejmenší ztráta signálu ve vedení na jednotku délky kabelu.

Pro optické přenosové systémy lze použít různé optické zdroje. Například světlo emitující diody (LED) se často používají s nízkou cenou lokální sítě pro komunikaci na krátkou vzdálenost. Široké spektrální emisní pásmo a nemožnost pracovat ve vlnových délkách druhého a třetího optického okna však neumožňují použití LED v telekomunikačních systémech.

Na rozdíl od LED může opticky modulovaný laserový vysílač pracovat ve třetím optickém okně. Proto se pro přenosové systémy s ultra dlouhým dosahem a WDM, kde cena není hlavním hlediskem, ale vysoká účinnost je nutností, používá laserový optický zdroj. Pro optické komunikační kanály odlišné typy Přímo modulované polovodičové laserové diody mají optimální poměr cena/výkon. Zařízení mohou pracovat ve druhém i třetím optickém okně.

Všechny polovodičové laserové diody používané pro přímou modulaci mají obvykle požadavek na stejnosměrný zkreslený proud pro nastavení pracovního bodu a modulačního proudu pro přenos signálu. Velikost předpětí a modulačního proudu závisí na vlastnostech laserové diody a může se lišit typ od typu a jeden od druhého v rámci stejného typu. Rozsah těchto charakteristik s časem a teplotou je třeba vzít v úvahu při návrhu vysílací jednotky. To platí zejména pro ekonomicky výhodnější nechlazené typy polovodičových laserů. Z toho vyplývá, že ovladač laseru musí poskytovat předpětí a modulační proud v rozsahu dostatečném k tomu, aby různé optické vysílače se širokým výběrem laserových diod mohly pracovat po dlouhou dobu a při různých teplotách.

Pro kompenzaci zhoršujícího se výkonu laserové diody se používá zařízení automatického řízení výkonu (APC). Využívá fotodiodu, která převádí světelnou energii laseru na proporcionální proud a dodává ji do ovladače laseru. Na základě tohoto signálu vyšle ovladač předpětí do laserové diody, takže světelný výkon zůstane konstantní a odpovídá původnímu nastavení. Tím je zachována "amplituda" optického signálu. Fotodiodu nacházející se v obvodu APC lze také použít v automatickém řízení modulace (AMC).

Obnova hodin a serializace vyžadují, aby byly syntetizovány hodinové impulsy. Tento syntezátor může být také integrován do paralelně-sériového převodníku a obvykle obsahuje obvod smyčky fázového závěsu. Syntezátor hraje důležitou roli ve vysílači optického komunikačního systému.

Optické přijímače detekují signály přenášené přes optický kabel a převádějí je na elektrické signály, které pak zesilují, obnovují svůj tvar a hodinové signály. V závislosti na přenosové rychlosti a systémových specifikách zařízení lze datový tok převést ze sériového na paralelní formát. Klíčovou součástí, která následuje po zesilovači v přijímači, je obvod hodin a obnovy dat (CDR). CDR provádí taktování, rozhoduje o úrovni amplitudy příchozího signálu a vydává obnovený datový tok.

Existuje několik způsobů, jak zachovat synchronizaci (externí SAW filtr, externí řídicí hodinový signál atd.), ale pouze integrovaný přístup může tento problém efektivně vyřešit. Použití systému fázového závěsu (PLL) je nedílnou součástí synchronizace hodinových impulsů s datovým tokem, což zajišťuje, že hodinový signál je zarovnán se středem informačního slova.

Laserové moduly řady LFO-1 (tab. 5.15) jsou vyráběny na bázi vysoce výkonných laserových diod MQW InGaAsP/InP a AlGaInP/GaAs a jsou dostupné ve standardních nechlazených koaxiálních pouzdrech s jednovidovým nebo vícevidovým optickým vláknem. Jednotlivé modely spolu s nechlazenými verzemi lze vyrábět v pouzdrech DIL-14 s vestavěným mikrochladičem a termistorem. Všechny moduly mají široký rozsah provozních teplot, vysokou stabilitu radiačního výkonu, životnost více než 500 tisíc hodin a jsou nejlepšími zdroji záření pro digitální (až 622 Mbps) optické komunikační linky, optické testery a optické telefony.

	Radiační výkon, (mW)	Vlnová délka, (nm)	tych. vlákna	mikrolednička	Typ pláště

Fotodetektorové moduly řady PD-1375 (tabulka 5.16) pro spektrální rozsah 1100-1650 nm jsou vyrobeny na bázi InGaAs PIN fotodiod a jsou dostupné v nechlazené verzi s single-mode (model PD-1375s-ip) nebo multimode (PD-1375m-ip), optickém vláknu a také v pouzdře typu "optical socket" pro dokování s SM a MM vlákny zakončenými "FC / PC" konektorem (model PD-1375-ir). Moduly mají široký rozsah provozních teplot, vysokou spektrální citlivost, nízké temné proudy a jsou navrženy pro provoz v analogových a digitálních optických komunikačních linkách s rychlostí přenosu dat až 622 Mbps.

	Vlnová délka, (nm)	tych. vlákna	Citlivost, (A/W)	Rychlost příjmu, (Mbps)	Typ pláště
					"zásuvka"

Čipset vyráběný firmou MAXIM pro transceivery umožňuje konverze v optických přenosových systémech SDH/SONET. SDH je evropský standard pro optická vlákna pro přenos dat. SONET je standard, který definuje rychlosti, signály a rozhraní pro synchronní přenos dat rychlostí vyšší než jeden gigabit/s přes síť z optických vláken.

Zesilovače MAX3664 a MAX3665 (obrázek 5.21) převádějí proud z fotodiodového senzoru na napětí, které je zesíleno a vydáváno jako diferenciální signál. Kromě fotoproudového zesilovače mají mikroobvody Zpětná vazba pro kompenzaci konstantní složky, která závisí na velikosti temného proudu fotodetektoru a má velmi nízkou teplotní a časovou stabilitu. Typické schéma zapojení MAX3665 je znázorněno na obr. 5.22. Hlavním účelem těchto zesilovačů je obnovit amplitudu elektrického signálu a přenést obnovený signál k dalšímu zpracování.

Čip MAX3675 (MAX3676) provádí obnovu hodin a taktování z přijatého datového toku. Blokové schéma MAX3676 je znázorněno na obrázku 1. 5.23. Algoritmy zpracování signálu v těchto zařízeních jsou mnohem složitější. V důsledku konverze signálu je spolu s obnovením digitálního datového toku extrahován hodinový signál, který je nezbytný pro další správné zpracování. Typické schéma zapojení MAX3676 je znázorněno na obr. 5.24. MAX3676 přijímá signál z fotoproudového zesilovače a převádí jej na výstupní diferenciální data a hodinové signály na standardních logických úrovních. Je třeba vzít v úvahu, že všechny tyto převody se provádějí se signály přicházejícími v sériovém formátu velmi vysokou rychlostí.

Rýže. 5.21. Blokové schéma fotoproudového zesilovače MAX3665

Rýže. 5.22. Typický spínací obvod MAX3665

Rýže. 5.23. Funkční schéma MAX3676

Rýže. 5.24. Typický spínací obvod MAX3676

K přenosu signálů generovaných v důsledku příjmu přes standardní rozhraní MAXIM nabízí MAX3680 a MAX3681, jedná se o sériově-paralelní převodníky. MAX3680 převádí 622 Mbps sériový datový tok na 78 Mbps osmibitový tok slov. Výstup dat a hodin je kompatibilní s úrovněmi TTL. Příkon - 165 mW při napájení 3,3V. MAX 3681 převádí 622 Mb/s sériový datový tok na 155 Mb/s čtyřbitový proud slov. Jeho rozdílová data a hodiny podporují nízkonapěťový diferenciální signál rozhraní LVDS (obrázek 5.25).

Čip MAX3693 (obrázek 5.26) převádí čtyři datové toky LVDS o rychlosti 155 Mb/s na sériový tok o rychlosti 622 Mb/s. Hodiny potřebné pro přenos jsou syntetizovány pomocí vestavěné smyčky fázového závěsu, která obsahuje napěťově řízený oscilátor, zesilovač smyčkového filtru a fázově-frekvenční detektor, který vyžaduje pouze externí reference hodin. Při napájení 3,3 V je spotřeba 215 mW. Výstupní signály sériových dat jsou standardní logické diferenciální signály s kladným emitorem.

Hlavním účelem laserového ovladače MAX3669 (obrázek 5.27) je dodávat předpětí a modulační proud pro přímou modulaci výstupu laserové diody. Pro větší flexibilitu přijímají diferenciální vstupy datové toky PECL a také kolísání rozdílového napětí až do 320 mV (pp) při Vcc=0,75 V. Změnou externího odporu mezi kolíkem BIASSET a zemí lze nastavit předpětí od 5 do 90 mA a rezistor mezi pinem MODSET a zemí může upravit modulační proud od 5 do 60 mA. Typické schéma připojení MAX3669 k laserovému modulu je znázorněno na Obr. 5.28. Data jsou přijímána v paralelním 4bitovém kódu a jsou taktována do sériového datového toku převodníkem MAX3693. Z tohoto převodníku jsou signály v sériovém formátu přenášeny do laserového driveru MAX3669, který generuje modulační signál s požadovanými parametry pro řízení vyzařování laserové diody.

Poměrně podrobný výběr materiálů o použití těchto komponent lze nalézt na webových stránkách www.rtcs.ru, Rainbow Technologies, oficiálního distributora MAXIM v zemích SNS.

Rýže. 5.25. Připojení optického přijímače k ​​datové sběrnici pomocí rozhraní LVDS

Rýže. 5.26. Blokové schéma MAX3693

Rýže. 5.27. Blokové schéma MAX3669

MAXIM také uvádí sadu IC řady MAX38xx pro vybudování optického rozhraní 2,5 Gb/s. Například laserový ovladač MAX3865 s automatickým řízením modulace (obr. 5.29) má následující charakteristické rysy:

Unipolární napájecí napětí 3,3 nebo 5 V;

Spotřeba 68 mA

Práce s výkonem až 2,5 Gbps (NRZ);

Řízená zpětná vazba;

Programovatelné předpětí a modulační proudy;

Trvání sestupné/náběžné hrany 84 ps;

Monitorování modulačních a předpětí;

Detektor poruch;

ESD ochrana.

Rýže. 5.28. Typické schéma pro připojení MAX3669 k laserovému modulu

Rýže. 5.29. Typické schéma pro připojení MAX3865 k laserovému modulu

SKEO dodává transceivery všech dostupných typů, běžné moduly drží skladem na skladě společnosti. Řada optických modulů SKEO je určena pro instalaci v kritických oblastech komunikační sítě, moduly mají garantované stabilní vlastnosti, záruka na tuto řadu je 5 let. Tyto transceivery mohou nahradit drahé moduly nabízené prodejci.

Volba optických modulů SKEO je optimální pro použití ve standardních nosných sítích, kde je vysoce ceněna hospodárnost zařízení.

Optické transceivery (transceiver, vysílač - vysílač a přijímač - přijímač) jsou vyměnitelné moduly pro telekomunikační zařízení. Úkolem optického transceiveru je převést elektrický signál na optický.

Použití optických transceiverů

Optické transceivery nahradily transceivery zabudované do zařízení. Nevýhodou vestavěných vysílačů byla nemožnost změny média pro přenos dat a složitost údržby v síťovém zařízení v případě poruchy.

Zařízení s vyměnitelnými optickými transceivery podporuje více přenosových médií (jednomódové nebo vícevidové vlákno, měděná kroucená dvoulinka atd.) a lze je v případě poruchy snadno vyměnit. V případě přenosu dat po jednovidových optických vláknech může délka linky dosáhnout 200 km bez regenerace a zesílení (pro 155 Mbps).

Různé tvarové faktory transceiveru

Optické transceivery mají několik tvarových faktorů, které určuje výbor SFF (Small Form Factor Committee), jehož pracovní skupiny zahrnují přední výrobce telekomunikačních zařízení. Nejběžnějšími formovými faktory optického transceiveru jsou GBIC, SFP, SFP+, X2, XENPAK, XFP, CFP, qSFP. Tyto transceivery podporují různé protokoly a datové rychlosti od 100 Mbps do 100 Gbps.

Parametry transceiverů se mohou značně lišit, ale pro nejběžnější typy modulů platí následující klasifikace:

• GBIC a SFP 155 Mbps, 622 Mbps, 1,25 Gbps, 2,5 Gbps, 4 Gbps (protokoly STM-1, STM-4, Gigabit Ethernet (Fibre Channel), STM-16)
• XENPAK, X2, XFP, SFP+ 10Gb/s (protokoly 10GE, 10G Fibre Channel, OC-192, STM-64, 10G OTU-2)
• QSFP+, CFP 40 Gb/s, 100 Gb/s (protokoly 40GE, 100G OTU-4)

Limit přenosové vzdálenosti je určen optickým rozpočtem a tolerancí chromatické disperze. Zde se optický rozpočet vztahuje k rozdílu mezi vyzařovacím výkonem vysílače a citlivostí přijímače. Analogicky se seznamem korespondence mezi tvarovým faktorem a rychlostí / protokolem můžete vytvořit seznam vzdáleností, opět pro běžné transceivery:

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

Standardní označení vzdálenosti pro transceivery do 500 metrů - SR, do 20 km - LR, do 60 km - ER, po 60 km - ZR.

Optické transceivery CWDM a DWDM

Pro podporu xWDM technologií jsou transceivery vyráběny s vysílači s provozní vlnovou délkou ze sítě CWDM / DWDM. Pro systémy CWDM jsou transceivery vyráběny s 18 různými vlnovými délkami, pro DWDM 44 vlnovými délkami (100 GHz mřížka) nebo 80 vlnovými délkami (50 GHz mřížka).

Optické transceivery umožňují ovládat vlastní stavové parametry pomocí funkce monitorování. Tato funkce se nazývá DDM (Digital Diagnostics Monitoring) nebo DOM (Digital Optical Monitoring). Pomocí této funkce můžete sledovat standardní parametry provoz transceiveru, jako jsou elektrické charakteristiky, teplota, vyzařovaný výkon a síla signálu na detektoru. Tyto informace pomáhají předcházet selhání přenosu dat tím, že včas detekují negativní změny vedení.

"Firmware" optických transceiverů je krátký záznam v energeticky nezávislé paměti optického modulu, který obsahuje klasifikační informace o modulu, které mohou zahrnovat sériové číslo, název výrobce, tvarový faktor, rozsah přenosu a další. Někteří výrobci používají firmware k blokování provozu vlastního zařízení s transceivery třetích stran. K tomu zařízení kontroluje přítomnost správného záznamu a součtu kontrolní součet v paměti nainstalovaného transceiveru.