Módulos ópticos. Transceptores de fibra óptica usando transceptores ópticos

Yuri Petropavlovsky

Em junho de 2017, a produção de outro tipo de produtos de alta tecnologia começou na Rússia - a empresa Fiber Trade LLC lançou uma fábrica para a produção de transceptores de fibra óptica em Novosibirsk. De acordo com a própria empresa e a opinião de outros especialistas neste campo, esta é a primeira e até agora a única fábrica com um ciclo completo de produção em massa desses dispositivos na Rússia. Deve-se notar que outras empresas também estão envolvidas no desenvolvimento e produção de componentes optoeletrônicos, incluindo transceptores ópticos, na Rússia, por exemplo, FTI-Optronik de St. A. F. Ioffe Academia Russa Ciências. Os leitores também devem ser lembrados de que nem todas, mesmo as principais empresas eletrônicas do mundo, têm sua própria produção de microeletrônicos e outros componentes eletrônicos. As empresas que não possuem produção própria são chamadas de empresas Fabless; a microeletrônica para eles é produzida por empresas especializadas (Fundições-empresas) sob encomenda.

Antes de considerar as características dos transceptores de fibra óptica, vamos dar alguns dados sobre a própria empresa. empresa privada A Fiber Trade LLC foi fundada em 2010 em Novosibirsk por Aleksey Valentinovich Yunin, nascido em 1974 (Figura 1), que trabalhou anteriormente para Novotelecom e VimpelCom. A principal atividade da empresa na época era o fornecimento de equipamentos de telecomunicações para o mercado russo. Em 2012, a empresa recebeu o código da organização de desenvolvimento FCRD de acordo com o GOST 2.201-80 (alterado em 2011), o que possibilitou começar a desenvolver e projetar produtos sob sua própria marca FiberTrade (FT).

Os trabalhos práticos de criação da produção de transceptores começaram em 2015 e terminaram em 2017 com o lançamento da planta. Durante esse período, as difíceis tarefas de criar salas limpas de 7ª classe e instalar equipamentos de teste de alta precisão dos principais fabricantes mundiais foram resolvidas. O financiamento do projeto (cerca de 40 milhões de rublos) foi realizado às custas dos próprios fundos de Alexey Yunin e de outros investidores privados, enquanto nenhuma empresa terceirizada estava envolvida no processo de criação da planta. O volume esperado de produção será de 960 mil transceptores por ano e o valor da receita - 3,8-4,2 bilhões de rublos por ano. O retorno está previsto para 2020.

Até o final de 2018, está previsto aumentar o número de funcionários da empresa para 70 pessoas (agora são 22 engenheiros de desenvolvimento e 23 engenheiros de produção e outros especialistas). Devido à falta de especialistas qualificados e com experiência no perfil da empresa, está sendo considerada a possibilidade de atrair graduados universitários com formação complementar.

Atualmente, a empresa coopera de forma permanente com as principais empresas de telecomunicações e TI, incluindo PJSC VimpelCom, OJSC MegaFon, PJSC Rostelecom, PJSC MTS, Vkontakte LLC, Mail Ru LLC Group", CJSC "Comstar-Region" e várias outras. No futuro, a empresa poderá deter até 50% do mercado de transceptores de fibra óptica na Rússia; as principais direções de exportação são os países da CEI. Levando em conta que a empresa já possui projetos que não possuem análogos no mundo, está sendo considerada a possibilidade de exportar produtos para países europeus.

Um desses projetos inclui transceptores de vários fornecedores que permitem sua operação em equipamentos de telecomunicações de vários fornecedores (até 5 ao mesmo tempo). 19 de outubro de 2017 Serviço Federal de propriedade intelectual emitiu um certificado de registro estadual do programa de computador "Formação de uma definição unificada do módulo SFR + em equipamentos de comutação vários fabricantes". Os transceptores multifornecedor Fiber Trade permitem que as empresas reduzam custos utilizando equipamentos de diferentes fabricantes em seus sistemas, além de evitar custos adicionais para manter um armazém de módulos de diferentes fornecedores (fornecedor - fornecedor e proprietário da marca).

Outro projeto são os módulos ópticos com suporte à criptoproteção de dados.

Alguns "teóricos especialistas" consideram a produção de microeletrônica na Rússia difícil e pouco promissora. De fato, essa produção exige grandes custos financeiros e desde o início. Para implementar projetos nessa área, são necessários especialistas que não apenas tenham uma boa formação especializada e ampla experiência de trabalho, mas também, segundo Alexei Yunin, um grande desejo de desenvolver essa área na Rússia. No entanto, a produção de transceptores de fibra óptica domésticos tem uma série de vantagens.

As desvantagens fundamentais dos dispositivos estrangeiros são a impossibilidade de alterar o software para os requisitos dos operadores e a probabilidade de funcionalidade dispositivos fornecidos. Os transceptores chineses mais baratos também se caracterizam por uma maior porcentagem de defeitos, o que exige custos adicionais dos consumidores para devoluções/substituições de módulos defeituosos. Segundo Alexei Yunin, um dos principais objetivos da produção de transceptores de fibra óptica é garantir a segurança do país. Ao desenvolver produtos e software para eles na Rússia, o fabricante sabe literalmente tudo sobre seus produtos e pode controlá-los. Neste caso, podemos realmente falar sobre conformidade segurança da informação na era da guerra cibernética e ataques de hackers. Outra vantagem importante da produção de produtos radioeletrônicos no país é uma flexibilidade muito maior no relacionamento com os clientes nacionais em todas as questões emergentes.

Os principais consumidores dos produtos da planta são as principais operadoras de telecomunicações e data centers do país. No futuro, a empresa tem grandes planos, por exemplo, cobrir até 50% das necessidades do mercado russo em transceptores de fibra óptica e entrar em mercados estrangeiros. Existe o desejo de se tornar membro do projeto de substituição de importações (IMVEI), que ajudará a aumentar significativamente as vendas no mercado interno. A necessidade de transceptores só aumentará, por exemplo, na Rússia até 2024, as redes 5G de uma forma ou de outra estão planejadas para serem implantadas em cidades com população superior a 300 mil habitantes, o que exigirá a substituição de equipamentos de estação base e um aumento significativo do seu número.

Testes dos equipamentos Fiber Trade, incluindo os realizados pelas principais operadoras de telecomunicações do país, mostraram a competitividade dos transceptores de fibra óptica da empresa com os congêneres europeus em termos de confiabilidade e funcionalidade.

Os catálogos da empresa em 2017, além dos atuais transceptores, também incluem outros tipos de produtos: conversores de mídia, equipamentos de vedação de canais, equipamentos para linhas longas, equipamentos passivos.

Transceptores de fibra óptica

Transceptores de fibra óptica (FOTS) ou transceptores optoeletrônicos são projetados para converter sinais ópticos transmitidos por linhas de comunicação de fibra óptica (FOCL) em sinais elétricos e vice-versa - sinais elétricos em ópticos. A necessidade de VOT surgiu já na década de 1990, quando a introdução ativa de redes de fibra óptica para acesso em banda larga por rede e operadoras de celular conexões. Naquela época, WOT eram realizados em placas de circuito impresso equipamentos de telecomunicações ativos. No entanto, devido ao crescimento da gama de tais dispositivos (switches, multiplexadores, roteadores, conversores de mídia), há a necessidade de separar os dispositivos de processamento de informações e transmissão de dados. Além disso, os dispositivos para transmissão de sinais sobre FOCL com o objetivo de unificação devem ser padronizados de uma forma ou de outra.

Por muito tempo, BOTs de vários fabricantes foram unificados módulos plug-in compactos instalados em portas elétricas padronizadas de equipamentos de telecomunicações ativos. Esta abordagem à criação de uma infraestrutura de rede permite otimizar custos no projeto e, mais importante, na reconstrução de redes ópticas, por exemplo, para aumentar a taxa de transferência de dados, a quantidade de informação transmitida e o alcance do sinal transmissão sobre FOCL.

Os módulos BOT são produzidos em vários designs - fatores de forma. Os módulos SFP (Small Form-factor Pluggable), mostrados na Figura 2, são atualmente os mais utilizados. Os módulos SFP são unidades compactas em caixas de metal, proporcionando proteção dos componentes eletrônicos dos módulos contra radiação eletromagnética e dano mecânico. Os módulos geralmente possuem duas portas ópticas - um emissor de laser (TX - transmissor) e um fotodetector (RX - receptor), que garantem o funcionamento do módulo em modo de duas ondas (Figura 3). Os módulos SFP de comprimento de onda único têm apenas uma porta, enquanto a multiplexação é usada para alterar a direção da transmissão.

Nas placas de circuito impresso dos módulos, além de emissores e fotodetectores, são instalados outros componentes e componentes eletrônicos - circuitos de controle de diodo laser, conversores de sinal em código linear, circuitos de polarização de fotodiodos, vários amplificadores e filtros, circuitos digitais monitoramento. As placas do módulo também contêm uma EEPROM (Memória Reprogramável Eletricamente Apagável) com um controle Programas(uma variante do diagrama de blocos do módulo SFP é mostrada na Figura 4).

Diversas mecânicas e características elétricas O BOT não é definido por padrões internacionais, mas sim por especificações MSA (Multi-source Agreement), desenvolvidas com base em acordos entre diversos fabricantes de equipamentos. Essa "natureza" do processo de desenvolvimento de especificações múltiplas é caracterizada pelo "alcance indefinido" de empresas participantes dos acordos MSA. Para desenvolver efetivamente as especificações da MSA, em 1990, um grupo (comitê) Small Form Factor Committee (SFF Committee) foi criado nos EUA para determinar os fatores de forma no setor de armazenamento de informações. Entre as dezenas de membros do comitê estão os maiores produtores eletrônicos e tecnologia de computador- Dell, Foxconn, Fujitsu, Hewlett Packard, Hitachi, IBM, Intel, Pioneer, Samsung, Seagate, Sun Microsystem, Texas Instruments, Toshiba. Em 2016, a organização mudou seu nome para SNIA SFF Technology Affiliate. Até o momento, os parceiros do Comitê SFF, além dos listados acima, são outras empresas líderes - Microsoft, Broadcom, Cisco, Huawei, Lenivo, Micron, Microsemi, GiGNET e várias outras (mais de 50 empresas no total) .

Examinamos quais são os transceptores ópticos do fator de forma SFP e SFP + em geral. Neste, gostaríamos de examinar mais de perto alguns pontos mais sutis.

Em particular, focaremos na classificação dos transceptores pelo tipo de conector óptico, padrões e tecnologia de multiplexação por divisão espectral.

Corte de cabos

Um cabo óptico para conexão com módulos SFP deve ser terminado em um conector LC (Lucent/Little/Local Connector) ou SC (Subscriber/Square/Standard Connector).

Assim, os módulos estão disponíveis com dois tipos de conectores de cabo: SC e LC.

Aqui deve-se notar que transceptores ópticos de duas fibras dos formatos SFP, SFP+ quase sempre vêm com um conector LC, já que o SC é maior e dois desses conectores não cabem em um módulo duplex. O uso de SC só é possível em fibra única.

SC é um dos primeiros conectores cerâmicos projetados para facilitar a conexão de cabos ópticos a uma variedade de dispositivos e proteger o corte do cabo contra contaminação e danos mecânicos. Dada a espessura microscópica das fibras de um cabo óptico, mesmo uma partícula de poeira pode causar uma deterioração significativa na qualidade da comunicação ou uma quebra de conexão.

O conector LC foi desenvolvido pela Lucent como uma melhoria em relação ao SC. Tem metade do tamanho e possui um snap-off, o que facilita o manuseio de cabos ópticos em conexões/fibras de alta densidade.

Em geral, os padrões Ethernet permitem o uso de um e do segundo conector, no entanto, a maioria dos fabricantes ainda instala conectores LC em seus módulos. Mesmo os módulos SFP WDM de fibra única, que sempre vêm de fábrica com um conector SC, agora também estão disponíveis com um conector LC.

Você pode ler mais sobre conectores ópticos neste artigo.

Padrões

Os transceptores ópticos operam em Redes Ethernet e, portanto, deve atender a um dos padrões relevantes. Por conveniência, resumimos os parâmetros daqueles na tabela.

Velocidade de transmissão de recepção

Padrão

Padrão

Número de fibras

tipo de fibra

Comprimento de onda do emissor, nm

multimodo, full-duplex

multimodo, half duplex com detecção de colisão garantida

TIA/EIA-785-1-2002

multimodo

modo único

modo único

multimodo

modo único

multimodo

modo único

modo único

modo único

modo único

multimodo

multimodo

1275, 1300, 1325, 1350

modo único

1275, 1300, 1325, 1350

modo único

modo único

multimodo

multimodo

modo único

modo único

multimodo

modo único

1295, 1300, 1305, 1310

modo único

1295, 1300, 1305, 1310

Janelas de transparência de fibra óptica monomodo

A grande maioria dos cabos ópticos modernos pertence ao padrão SMF G.652 versões diferentes. última versão padrão, G.652 (16/11) foi lançado em novembro de 2016. O padrão descreve a chamada fibra monomodo padrão.

A transmissão da luz através de uma fibra óptica baseia-se no princípio da reflexão interna total na interface entre meios com diferentes densidades ópticas. Para implementação este princípio, a fibra é feita de duas ou várias camadas. O núcleo condutor de luz é cercado por camadas de cascas transparentes feitas de materiais com índices de refração mais baixos, devido aos quais ocorre reflexão total no limite da camada.

A fibra óptica, como meio de transmissão, caracteriza-se pela atenuação e dispersão. A atenuação é a perda de potência do sinal durante a passagem da fibra, expressa como o nível de perda por quilômetro de distância (dB/km). A atenuação depende do material do meio de transmissão e do comprimento de onda do transmissor. A dependência do comprimento de onda do espectro de absorção contém vários picos com atenuação mínima. São esses pontos do gráfico, também chamados de janelas de transparência ou janelas de telecomunicações, que foram escolhidos como base para a seleção dos emissores..

Existem seis janelas de transparência de fibra monomodo:

  • banda O (Original): 1260-1360 nm;
  • banda E (estendida): 1360-1460 nm;
  • banda S ( Comprimento de onda curto: 1460-1530 nm;
  • banda C ( Convencional): 1530-1565 nm;
  • banda L ( Comprimento de onda longo): 1565-1625 nm;
  • banda U ( Comprimento de onda ultralongo): 1625-1675 nm.

Aproximando as propriedades da fibra dentro de cada faixa podem ser consideradas aproximadamente as mesmas. O pico da transparência é, usualmente , para o final da onda longa Banda E . Atenuação específica em O-band cerca de uma vez e meia maior do que nas bandas S e C , dispersão cromática específica - vice-versa, tem um mínimo zero em um comprimento de onda de 1310 nm e acima de zero em banda C.

Inicialmente, para organizar uma conexão duplex utilizando um cabo óptico, foram utilizados pares de fibras, cada uma responsável por seu próprio sentido de transmissão. Isso é conveniente, mas um desperdício em relação ao recurso do cabo que está sendo colocado. Para nivelar este problema, foi desenvolvida a tecnologia de multiplexação por divisão espectral, ou seja, multiplexação de ondas.

Tecnologias de multiplexação de ondas, WDM/CWDM/DWDM

WDM

No coração da tecnologia WDM, a Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda, é a transmissão de vários fluxos de luz com diferentes comprimentos de luz em uma única fibra.

A tecnologia básica WDM permite a criação de uma única conexão duplex, com o par de ondas mais utilizado 1310/1550 nm, das bandas O e C, respectivamente. Para implementar a tecnologia, é utilizado um par de módulos “espelho”, um com transmissor de 1550 nm e um receptor de 1310 nm, o outro, ao contrário, com um transmissor de 1310 nm e um receptor de 1550 nm.

A diferença no comprimento de onda de ambos os canais é de 240 nm, o que permite distinguir ambos os sinais sem o uso de ferramentas especiais de detecção. O par principal usado 1310/1550 permite criar conexões estáveis ​​em distâncias de até 60 km.

Em casos raros, também são utilizados os pares 1490/1550, 1510/1570 e outras opções de janelas de transparência com menor atenuação específica em relação à banda O, o que permite organizar mais conexões de “longo alcance”. Além disso, a combinação 1310/1490 ocorre quando um sinal de televisão a cabo é transmitido em paralelo com dados em um comprimento de onda de 1550 nm.

CWDM

O próximo estágio de desenvolvimento foi WDM grosseiro, CWDM, multiplexação espectral grosseira. O CWDM permite que você transmita até 18 fluxos de dados na faixa de comprimento de onda de 1270 a 1610 nm com um passo de 20 nm.

Os módulos CWDM na grande maioria dos casos são de duas fibras. Existem módulos BiDi, SFP CWDM bidirecionais, nos quais a recepção e a transmissão passam por uma fibra, mas na Ucrânia eles ainda são bastante raros à venda.

Os transmissores (módulos) SFP e SFP+ CWDM transmitem em um comprimento de onda específico.

O receptor desses módulos é de banda larga, ou seja, recebe um sinal em qualquer comprimento de onda, o que permite organizar um único canal duplex com quaisquer dois módulos certificados para conformidade CWDM. Para transmissão simultânea de vários canais, são usados ​​multiplexadores-demultiplexadores passivos, que coletam fluxos de dados de módulos SFP “coloridos” (cada um com um transmissor com seu próprio comprimento de onda) em um único feixe para transmissão por fibra e os analisa em fluxos individuais no ponto final. A versatilidade dos receptores proporciona maior flexibilidade na rede.

DWDM

O mais recente desenvolvimento até o momento - Dense WDM (DWDM), multiplexação espectral densa, permite organizar até 24 e em sistemas personalizados - até 80 canais de comunicação duplex, na faixa de comprimento de onda de 1528,77-1563,86 nm com um passo de 0, 79-0,80 nm.

Naturalmente, quanto mais densa a colocação dos canais, mais apertadas se tornam as tolerâncias na fabricação dos emissores. Enquanto um erro de comprimento de onda dentro de 40 nm é aceitável para módulos convencionais, para transceptores WDM esse erro é reduzido para 20-30 nm, para CWDM já é de 6-7 nm e para DWDM é de apenas 0,1 nm. Quanto menores as tolerâncias, mais cara a produção de emissores.

No entanto, apesar do custo muito mais alto do equipamento, o DWDM tem as seguintes vantagens significativas sobre o CWDM:
1) transferir visivelmente mais canais em uma fibra;
2) transmissão mais canais em longas distâncias, devido ao fato de que o DWDM opera na faixa mais transparente (1525-1565 nm).

Por fim, deve-se mencionar que, diferentemente do padrão WDM original, em CWDM e DWDM, cada canal individual pode entregar dados em velocidades de 1 Gb/s e 10 Gb/s. Por sua vez, os padrões Ethernet de 40 Gb e 100 Gb são implementados combinando a largura de banda de vários canais de 10 Gb.

O que são módulos OADM e filtros WDM (divisores)?

Apesar do nome consonantal, o módulo OADM não é um transceptor óptico, mas sim um filtro óptico, um dos tipos de multiplexadores.

Na foto: módulo OADM.

Os nós Optical Add Drop Multiplexor (OADM) são usados ​​para separar fluxos de dados em pontos intermediários. OADM, ou módulo Add-Drop, é um dispositivo óptico que é instalado no vão de um cabo óptico e permite filtrar dois fluxos de dados de um feixe comum. OADM, como todos os multiplexadores, diferentemente dos transceptores SFP e SFP+, são dispositivos passivos, portanto não necessitam de alimentação e podem ser instalados em quaisquer condições, até as mais severas. Um pacote OADM devidamente planejado permite que você faça sem o multiplexador final e "distribua" fluxos de dados para pontos intermediários.

A desvantagem do OADM é a redução na potência dos sinais separados e de trânsito e, portanto, na faixa máxima de transmissão estável. De acordo com várias fontes, a redução de potência é de 1,5 a 2 dB em cada Add-Drop.

Um dispositivo ainda mais simplificado, o filtro WDM, permite separar apenas um canal com determinado comprimento de onda do fluxo total. Assim, é possível montar análogos OADM baseados em pares arbitrários, o que aumenta ao máximo a flexibilidade de construir uma rede.

Na imagem: filtro WDM (divisor).

O filtro WDM pode ser usado tanto em redes com multiplexação WDM quanto com multiplexação CWDM, DWDM.
Assim como o CWDM, a especificação DWDM é baseada no uso de OADM e filtros.

Acordos de várias fontes (MSAs)

Muitas vezes, na documentação que acompanha os transceptores SFP e SFP +, você pode ver informações sobre o suporte da MSA. O que é isso?

MSAs são acordos da indústria entre fabricantes de módulos que garantem compatibilidade de ponta a ponta entre transceptores e equipamentos de rede de diferentes empresas e que todos os transceptores fabricados cumprem os padrões geralmente aceitos. A instalação de portas SFP compatíveis com MSA em equipamentos expande a gama de módulos compatíveis e garante um mercado competitivo para produtos intercambiáveis.

MSA para SFP/SFP+ defina os seguintes parâmetros:

1. Interface mecânica:

  • dimensões do módulo;
  • parâmetros da conexão mecânica dos conectores com a placa;
  • colocação de elementos na placa de circuito impresso;
  • um esforço, necessário inserir/retirar o módulo do slot;
  • normas de rotulagem.

2. Interface elétrica:

  • pinagem;
  • opções de energia;
  • temporizações e sinais de E/S.

3. Interface do software:

  • tipo de chip PROM;
  • formatos de dados e campos de firmware predefinidos;
  • Parâmetros de interface de controle I2C;
  • Funções DDM ( Monitoramento de Diagnósticos Digitais).

Até o momento, os módulos de formato SFP/SFP+ incluem três especificações MSA emitidas pelo comitê SNIA SFF, com as quais a maioria dos participantes do mercado se comprometeu a cumprir:
SFP - Baixar em pdf
SFP+ - Baixar em pdf
DDM - Baixar em pdf

Módulos SFP, SFP+, XFP descrição técnica(rus.) Download em formato pdf


local na rede Internet

As linhas de comunicação de fibra óptica são um tipo de comunicação em que a informação é transmitida através de guias de onda dielétricos ópticos, conhecidos como "fibra óptica". A fibra óptica é atualmente considerada o meio físico mais avançado para transmissão de informações, bem como o meio mais promissor para a transmissão de grandes fluxos de informações a longas distâncias.

Os sinais ópticos de banda larga são devidos à frequência portadora extremamente alta. Isso significa que as informações podem ser transmitidas por uma linha de comunicação óptica a uma taxa de cerca de 1,1 Terabit/s. Aqueles. Uma fibra pode transmitir 10 milhões ao mesmo tempo. conversas telefônicas e um milhão de sinais de vídeo. A taxa de transferência de dados pode ser aumentada transmitindo informações em duas direções ao mesmo tempo, uma vez que as ondas de luz podem se propagar em uma fibra independentemente uma da outra. Além disso, dois sinais de luz podem se propagar em uma fibra óptica. diferentes polarizações, que duplica Taxa de transferência canal de comunicação óptica. Até o momento, o limite de densidade de informações transmitidas por fibra óptica não foi atingido.

O componente mais importante é o cabo de fibra óptica. Existem várias dezenas de empresas no mundo que produzem cabos ópticos para diversos fins. Os mais famosos são: AT&T, General Cable Company (EUA); Siecor (Alemanha); Cabo BICC (Reino Unido); Les cabos de Leão (França); Nokia (Finlândia); NTT, Sumitomo (Japão), Pirelli (Itália). O custo dos cabos ópticos é compatível com o custo dos cabos de "cobre" padrão. O uso de meios de transmissão de sinal de fibra óptica ainda é limitado pelo custo relativamente alto do equipamento e pela complexidade do trabalho de instalação.

Para transmitir dados através de canais ópticos, os sinais devem ser convertidos de elétricos para ópticos, transmitidos por uma linha de comunicação e depois convertidos de volta para elétricos no receptor. Essas conversões ocorrem em transceptores, que contêm conjuntos eletrônicos juntamente com componentes ópticos.

Em geral, a organização de um canal óptico é semelhante ao IrDA. Diferenças significativas são o alcance das ondas ópticas e a velocidade dos dados transmitidos. Nesse sentido, lasers semicondutores são usados ​​como emissores e fotodiodos de alta frequência são usados ​​como receptores. O diagrama de blocos do receptor de dados optoeletrônico é mostrado na fig. 5.19, e na fig. 5.20 - transmissor de dados.

Arroz. 5.19. Receptor de dados optoeletrônico

Arroz. 5.20. Transmissor de dados optoeletrônico

Para transmitir informações em um canal de fibra óptica, duas faixas de comprimento de onda são usadas: 1000 ^ 1300 nm (segunda janela óptica) e 1500 ^ 1800 nm (terceira janela óptica). Nestas faixas - a menor perda de sinal na linha por unidade de comprimento do cabo.

Várias fontes ópticas podem ser usadas para sistemas de transmissão óptica. Por exemplo, diodos emissores de luz (LEDs) são frequentemente usados ​​em redes locais para comunicação de curta distância. No entanto, uma ampla faixa de emissão espectral e a impossibilidade de operar nos comprimentos de onda da segunda e terceira janelas ópticas não permitem o uso do LED em sistemas de telecomunicações.

Ao contrário de um LED, um transmissor de laser opticamente modulado pode operar em uma terceira janela óptica. Portanto, para sistemas de transmissão WDM e de alcance ultralongo, onde o custo não é a principal consideração, mas a alta eficiência é uma obrigação, uma fonte óptica de laser é usada. Para canais de comunicação óptica tipos diferentes Os diodos laser semicondutores diretamente modulados têm uma ótima relação custo/desempenho. Os dispositivos podem operar tanto na segunda quanto na terceira janela óptica.

Todos os diodos laser semicondutores usados ​​para modulação direta normalmente têm um requisito de corrente de polarização CC para definir o ponto de operação e a corrente de modulação para transmissão de sinal. A quantidade de corrente de polarização e corrente de modulação depende das características do diodo laser e pode diferir de tipo para tipo e entre si dentro do mesmo tipo. A faixa dessas características com o tempo e a temperatura deve ser levada em consideração no projeto da unidade transmissora. Isso é especialmente verdadeiro para tipos de lasers semicondutores não resfriados economicamente mais rentáveis. Segue-se que o driver do laser deve fornecer uma corrente de polarização e uma corrente de modulação em uma faixa suficiente para permitir que diferentes transmissores ópticos com uma ampla variedade de diodos de laser operem por um longo tempo e em diferentes temperaturas.

Para compensar a deterioração do desempenho do diodo laser, é usado um dispositivo de controle automático de energia (APC). Ele usa um fotodiodo que converte a energia da luz do laser em uma corrente proporcional e a fornece ao driver do laser. Com base neste sinal, o driver emite uma corrente de polarização para o diodo laser para que a saída de luz permaneça constante e corresponda à configuração original. Isso mantém a "amplitude" do sinal óptico. O fotodiodo encontrado no circuito APC também pode ser usado no controle automático de modulação (AMC).

A recuperação e a serialização do relógio exigem que os pulsos do relógio sejam sintetizados. Este sintetizador também pode ser integrado a um conversor paralelo-serial e geralmente inclui um circuito de circuito fechado de fase. O sintetizador desempenha um papel importante no transmissor de um sistema de comunicação óptica.

Os receptores ópticos detectam os sinais transmitidos por um cabo de fibra óptica e os convertem em sinais elétricos, que então amplificam, restauram sua forma e os sinais de clock. Dependendo da taxa de transmissão e das especificidades do sistema do dispositivo, o fluxo de dados pode ser convertido do formato serial para paralelo. O componente chave que segue o amplificador no receptor é o circuito de relógio e recuperação de dados (CDR). O CDR executa o clocking, decide o nível de amplitude do sinal de entrada e emite o fluxo de dados restaurado.

Existem várias maneiras de manter a sincronização (filtro SAW externo, sinal de relógio de controle externo, etc.), mas apenas uma abordagem integrada pode resolver esse problema de maneira eficaz. O uso de um sistema de circuito fechado de fase (PLL) é parte integrante da sincronização dos pulsos de clock com o fluxo de dados, isso garante que o sinal de clock esteja alinhado com o meio da palavra de informação.

Os módulos laser da série LFO-1 (Tabela 5.15) são fabricados com base em diodos laser MQW InGaAsP/InP e AlGaInP/GaAs de alto desempenho e estão disponíveis em pacotes coaxiais não refrigerados padrão com fibra óptica monomodo ou multimodo. Modelos individuais, juntamente com versões não refrigeradas, podem ser produzidos em caixas DIL-14 com um micro-resfriador e termistor embutidos. Todos os módulos possuem ampla faixa de temperatura de operação, alta estabilidade de potência de radiação, vida útil superior a 500 mil horas e são as melhores fontes de radiação para linhas de comunicação óptica digital (até 622 Mbps), testadores ópticos e telefones ópticos.

Potência de radiação, (mW)

Comprimento de onda, (nm)

tych. fibras

micro geladeira

Tipo de concha

Os módulos fotodetectores da série PD-1375 (Tabela 5.16) para a faixa espectral 1100-1650 nm são feitos com base em fotodiodos InGaAs PIN e estão disponíveis em uma versão não refrigerada com monomodo (modelo PD-1375s-ip) ou multimodo (PD-1375m-ip), fibra óptica, bem como em caixa tipo "tomada óptica" para acoplamento com fibras SM e MM terminadas com conector "FC/PC" (modelo PD-1375-ir). Os módulos possuem ampla faixa de temperatura de operação, alta sensibilidade espectral, baixas correntes escuras e são projetados para operar em linhas de comunicação analógicas e digitais de fibra óptica com taxas de transferência de dados de até 622 Mbps.

Comprimento de onda, (nm)

tych. fibras

Sensibilidade, (A/W)

Velocidade de recepção, (Mbps)

Tipo de concha

"tomada"

Chipset fabricado pela MAXIM para transceptores permite conversões em sistemas de transmissão óptica SDH/SONET. SDH é o padrão europeu para fibra ótica para transmissão de dados. SONET é um padrão que define velocidades, sinais e interfaces para transmissão síncrona de dados em taxas superiores a um gigabit/s em uma rede de fibra óptica.

Os amplificadores MAX3664 e MAX3665 (Figura 5.21) convertem a corrente do sensor fotodiodo em uma tensão que é amplificada e emitida como um sinal diferencial. Além do amplificador de fotocorrente, os microcircuitos têm Comentários para compensar a componente constante, que depende da magnitude da corrente escura do fotodetector e tem uma temperatura e estabilidade de tempo muito baixas. Um diagrama de fiação típico do MAX3665 é mostrado na fig. 5.22. O principal objetivo desses amplificadores é restaurar a amplitude do sinal elétrico e transmitir o sinal restaurado para processamento posterior.

O chip MAX3675 (MAX3676) executa a recuperação do clock e o clock do fluxo de dados recebido. O diagrama de blocos do MAX3676 é mostrado na Figura 1. 5.23. Os algoritmos de processamento de sinal nesses dispositivos são muito mais complexos. Como resultado da conversão do sinal, juntamente com a restauração do fluxo de dados digitais, um sinal de clock é extraído, o que é necessário para um processamento correto posterior. Um diagrama de fiação típico do MAX3676 é mostrado na fig. 5.24. O MAX3676 recebe um sinal de um amplificador de fotocorrente e converte esse sinal em dados diferenciais de saída e sinais de clock em níveis lógicos padrão. Deve-se levar em conta que todas essas conversões são realizadas com sinais que chegam em formato serial em uma velocidade muito alta.

Arroz. 5.21. Diagrama de blocos do amplificador de fotocorrente MAX3665

Arroz. 5.22. Circuito de comutação típico MAX3665

Arroz. 5.23. Diagrama funcional MAX3676

Arroz. 5.24. Circuito de comutação típico MAX3676

Para transmitir sinais gerados como resultado da recepção via interfaces padrão A MAXIM oferece MAX3680 e MAX3681, são conversores serial-paralelo. O MAX3680 converte um fluxo de dados serial de 622 Mbps em um fluxo de palavras de oito bits de 78 Mbps. A saída de dados e clock é compatível com níveis TTL. Consumo de energia - 165 mW com alimentação de 3,3V. O MAX 3681 converte um fluxo de dados serial de 622 Mbps em um fluxo de palavras de quatro bits de 155 Mbps. Seus dados diferenciais e clock suportam o sinal diferencial de baixa tensão da interface LVDS (Figura 5.25).

O chip MAX3693 (Figura 5.26) converte quatro fluxos de dados LVDS de 155 Mbps em um fluxo serial de 622 Mbps. O relógio necessário para a transmissão é sintetizado usando um loop de bloqueio de fase integrado, que contém um oscilador controlado por tensão, um amplificador de filtro de loop e um detector de frequência de fase que requer apenas referências externas de relógio. Com uma alimentação de 3,3 V, o consumo de energia é de 215 mW. Os sinais de saída de dados seriais são sinais diferenciais lógicos de acoplamento positivo do emissor padrão.

O principal objetivo do driver de laser MAX3669 (Figura 5.27) é fornecer corrente de polarização e corrente de modulação para modular diretamente a saída do diodo laser. Para maior flexibilidade, as entradas diferenciais aceitam fluxos de dados PECL, bem como oscilações de tensão diferencial de até 320 mV (p-p) em Vcc = 0,75 V. Alterando o resistor externo entre o pino BIASSET e o terra, a corrente de polarização pode ser ajustada de 5 para 90 mA, e o resistor entre o pino MODSET e o terra pode ajustar a corrente de modulação de 5 a 60 mA. Um diagrama típico de conexão do MAX3669 ao módulo de laser é mostrado na fig. 5.28. Os dados são recebidos em código paralelo de 4 bits e são sincronizados em um fluxo de dados serial pelo conversor MAX3693. A partir deste conversor, os sinais em formato serial são transmitidos para o driver do laser MAX3669, que gera um sinal modulante com os parâmetros necessários para controlar a emissão de um diodo laser.

Uma seleção bastante detalhada de materiais sobre o uso desses componentes pode ser encontrada no site www.rtcs.ru, Rainbow Technologies, distribuidor oficial da MAXIM nos países da CEI.

Arroz. 5.25. Conectando um receptor óptico ao barramento de dados usando uma interface LVDS

Arroz. 5.26. Diagrama de blocos MAX3693

Arroz. 5.27. Diagrama de blocos MAX3669

A MAXIM também lança o kit IC da série MAX38xx para construir uma interface de fibra óptica de 2,5 Gb/s. Por exemplo, o driver de laser MAX3865 com controle automático de modulação (Fig. 5.29) possui os seguintes recursos distintos:

Tensão de alimentação unipolar 3,3 ou 5 V;

Consumo 68 mA

Trabalhe com desempenho de até 2,5 Gbps (NRZ);

Feedback controlado;

Correntes de polarização e modulação programáveis;

Duração da borda de descida/subida 84 ps;

Monitoramento de correntes de modulação e polarização;

Detector de falhas;

Proteção ESD.

Arroz. 5.28. Esquema típico para conectar o MAX3669 a um módulo de laser

Arroz. 5.29. Esquema típico para conectar o MAX3865 a um módulo de laser

A SKEO fornece transceptores de todos os tipos disponíveis, os módulos comuns são mantidos em estoque no armazém da empresa. A linha de módulos ópticos SKEO é projetada para instalação em áreas críticas da rede de comunicação, os módulos possuem características de estabilidade garantidas, a garantia para esta série é de 5 anos. Esses transceptores podem substituir módulos caros oferecidos por fornecedores.

A escolha dos módulos ópticos SKEO é ideal para uso em redes de operadoras padrão, onde a relação custo-benefício do equipamento é altamente valorizada.

Transceptores ópticos (transceptor, transmissor - transmissor e receptor - receptor) são módulos substituíveis para equipamentos de telecomunicações. A tarefa de um transceptor óptico é converter um sinal elétrico em um sinal óptico.

Usando transceptores ópticos

Os transceptores ópticos substituíram os transceptores embutidos no equipamento. As desvantagens dos transmissores embutidos eram a impossibilidade de alterar o meio de transmissão de dados e a complexidade de manutenção no dispositivo de rede em caso de falha.

Equipamentos com transceptores ópticos intercambiáveis ​​suportam múltiplos meios de transmissão (fibra monomodo ou multimodo, par trançado de cobre, etc.) e podem ser facilmente substituídos em caso de falha. No caso de transmissão de dados por fibras ópticas monomodo, o comprimento da linha pode chegar a 200 km sem regeneração e amplificação (para 155 Mbps).

Vários fatores de forma do transceptor

Os transceptores ópticos têm vários fatores de forma, que são determinados pelo Comitê SFF (Small Form Factor Committee), cujos grupos de trabalho incluem os principais fabricantes de equipamentos de telecomunicações. Os fatores de forma de transceptor óptico mais comuns são GBIC, SFP, SFP+, X2, XENPAK, XFP, CFP, qSFP. Esses transceptores suportam vários protocolos e taxas de dados de 100 Mbps a 100 Gbps.

Os parâmetros dos transceptores podem variar muito, mas a seguinte classificação é válida para os tipos mais comuns de módulos:

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

O limite da distância de transmissão é determinado pelo orçamento óptico e pela tolerância de dispersão cromática. Aqui, o orçamento óptico refere-se à diferença entre a potência de radiação do transmissor e a sensibilidade do receptor. Por analogia com a lista de correspondência entre fator de forma e velocidade/protocolo, você pode fazer uma lista de distâncias, novamente para transceptores comuns:

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

Designações de distância padrão para transceptores de até 500 metros - SR, até 20 km - LR, até 60 km - ER, após 60 km - ZR.

Transceptores Ópticos CWDM e DWDM

Para fornecer suporte às tecnologias xWDM, os transceptores são produzidos com transmissores com comprimento de onda operacional da malha CWDM/DWDM. Para sistemas CWDM, os transceptores são produzidos com 18 comprimentos de onda diferentes, para DWDM 44 comprimentos de onda (grade de 100 GHz) ou 80 comprimentos de onda (grade de 50 GHz).

Os transceptores ópticos permitem que você controle seus próprios parâmetros de estado através da função de monitoramento. Esse recurso é chamado de DDM (Digital Diagnostics Monitoring) ou DOM (Digital Optical Monitoring). Com esta função, você pode monitorar parâmetros padrão operação do transceptor, como características elétricas, temperatura, potência irradiada e intensidade do sinal no detector. Essas informações ajudam a evitar falhas na transmissão de dados, detectando alterações de linha negativas em tempo hábil.

"Firmware" de transceptores ópticos é um pequeno registro na memória não volátil de um módulo óptico que contém informações de classificação sobre o módulo, que podem incluir número de série, nome do fabricante, fator de forma, faixa de transferência e muito mais. Alguns fabricantes usam firmware para bloquear a operação de seus próprios equipamentos com transceptores de terceiros. Para isso, o equipamento controla a presença do registro correto e o total soma de verificação na memória do transceptor instalado.

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