一种带SGMII的增强型小型可插拔光模块

近年来,大数据和云计算的发展不断地促进以太网交换机的升级,在这个过程中,需要一种支持SGMII(串行吉比特媒体独立接口)的光模块来应用在百兆和千兆交换机之间。SGMII是连接PHY(物理层)芯片和MAC(物理地址)的接口。文章在常规的100Base-FX光模块中内置一块100/1 000 Mbit/s的PHY芯片,使来自千兆交换机MAC层的千兆数据通过百兆光模块转换成百兆数据再通过光信号传输出去,从而实现百兆和千兆交换机之间的直接通信。

小型可插拔光电模块的定位结构设计研究

光电模块是光通信行业中的核心部件,目前其光口和电口的装联主要是可插拔型结构。在可插拔型光电模块中,小型可插拔(Small Formfactor Pluggable Plus,SFP+)光电模块因封装体积小而得到广泛应用,但同时也存在较多的由插拔故障导致的信号传输不畅等问题。文中针对SFP+模块光口和电口的插拔故障进行成因分析,给出了相关的定位设计优化方案。实践证明相关优化设计可有效减少模块信号传输问题,为有效提高光电模块光口和电口结构的可靠性指明了方向。

面向数据中心的超高速光模块板级信号完整性研究

【目的】人工智能的高速发展对数据中心算力提出了更高的要求。光模块作为数据中心光/电互连的核心器件,其设计也将迎来巨大挑战。随着光模块速率的不断提升,信号完整性问题成为制约光模块性能不可忽视的瓶颈。因此为了设计出满足数据中心光互连,特别是高性能计算场景速率要求的超高速光模块,需要对光模块内部高速链路进行优化设计。【方法】文章以一款双密度4通道小型可插拔(QSFP-DD)光模块设计方案为例,对光模块中影响信号完整性的因素进行了仿真优化。具体工作为,从理论角度分析了链路上引起信号完整性问题的部分,如过孔和球栅阵列(BGA)焊球,并讨论了优化这些性能的改进方法。特别是分析了针对50 GHz以上频段信号传输的优化方法,使高速链路能实现超高速4阶电平脉冲幅度调制(PAM4)信号低损耗传输。另外,还研究了整体高速通道的传输性能,并利用4端口矢量网络分析仪进行了测试。【结果】研究结果表明,该设计方案能够达到所需的传输带宽并且能有效削弱谐振。全通道仿真结果显示所有通道传输带宽内回波损耗低于-15 dB,插入损耗低于3 dB,可实现224 Gbit/s PAM4信号低损耗传输,同时测试结果与仿真结果基本相符,证明文章所提设计方案能满足数据中心高速光互连对光模块速率的需求。【结论】文章所提光模块信号完整性设计方法对今后超高速光模块设计具有重要的指导意义,同时也可以为其他各类高速电路设计提供参考。

50 Gbit/s SFP56光模块自动化测试系统设计

【目的】在50 Gbit/s小型可插拔(SFP)56光模块的实际生产测试过程中,测试需搭配的仪器设备较多,测试仪器孤立使用,且测试过程复杂,调试与测试分开进行,这些问题使得光模块测试的时间延长,效率较低,给测试人员带来诸多不便,同时也无法保证测试产品的一致性。为提高光模块的调试和测试效率,降低测试人员的工作难度,文章设计了SFP56光模块自动化测试系统。【方法】文章所提测试系统使用Python语言,利用其强大的第三方库,如VISA、pyserial库等设计,该系统可在Windows操作系统下使用。【结果】该系统可对光模块进行调试和自动化测试,使测试仪器可并行使用,减少了时间和资源的浪费。也可以根据测试需求对光模块进行分步测试,在很大程度上提高了产线中光模块调试和测试的效率,也降低了对测试人员的要求。经验证表明,与传统光模块测试相比,每只光模块的测试时间降低了约70 s,大大提高了光模块的测试效率。在光模块测试中避免了人为操作带来的结果偏差,能够保证产品的一致性。【结论】与目前市面上比较流行的使用Labview语言设计的光模块自动化测试系统相比,文章所提系统可拓展性更强且更方便升级维护,其可拓展为100、200、400及800 Gbit/s等高速率的光模块测试系统,为后续高速率光模块的测试打下了技术基础。

高速SFP光模块消光比的温度补偿研究

高速小型可插拔式(SFP)光模块作为光通信系统的关键器件,一直是光通信领域研究的热点,其中保持消光比稳定是高速SFP光模块一项极为重要的性能。文章阐述了几种常见的通过温度补偿来改变调制电流,保持消光比稳定的方案,并介绍了各种方案的特点和基本原理。这些分析和研究对SFP光模块的设计有较高的参考价值。

1～10Gb/s QSFP收发器的AC耦合策略

介绍了基于光纤通信技术的四通道小型可插拔(QSFP)收发器的板级AC耦合策略。借助理论分析,推导出一种选择AC耦合电容值的近似准则,通过对QSFP收发器通道的无源特性以及QSFP收发器全链路的性能测试,验证了AC耦合对QSFP收发器性能的影响,并提出一种采用0201封装尺寸、容值为100nF的AC耦合电容方案。实验证明,此方案可满足QSFP收发器在1Gb/s到10Gb/s码速范围内的性能要求,同时也验证了这种选择AC耦合电容参数的近似准则具有一定的可信度,对其他收发器设计中AC耦合电容的选取具有一定参考价值。

VCSEL耦合方式对LDD调制端电压余量影响的研究

在SFP(小型可插拔)光模块中,LDD(激光器驱动器)是一个非常关键的部分,LDD调制端的电压余量是否足够关系到光模块能否正常工作及工作指标是否满足要求。文章分别讨论了VCSEL(垂直腔表面发射激光器)与LDD的直流和交流耦合对LDD调制端电压余量的影响。实验结果表明,采用交流耦合的接口方式可以有效地避免LDD调制端电压余量不足的情况出现,研究结果对使用VCSEL的SFP光模块的设计具有参考价值。

QSFP+光收发模块的热设计研究

QSFP+光收发模块作为有源光器件中的重要组成部分,在宽带通信网络领域占有非常重要的地位。随着光网络信息容量激增,QSFP+光收发模块的速率逐步提高,其热流密度逐渐增大,模块的散热性能成为制约其进一步发展的重要因素。文中通过分析QSFP+光模块的热传递路径,建立了光模块的热模型,采用仿真分析的方法得出不同材料、接触热阻以及发热器件布局对光模块温度场的影响。结果表明,通过减小接触热阻、提高材料的导热系数、缩短发热器件与散热片之间的距离可以有效提高光模块的散热性能。

一种低成本高可靠的SFP+光收发模块电路研究与实现

本文首次设计并验证了基于macom三合一芯片设计的光模块电路,该电路旨在提供一种满足SFF-8472中规定的数字诊断功能的低成本SFP+模块。电路采用激光器驱动、限幅放大器、控制器以及时钟恢复单元集成的单芯片,在保证高精度数字诊断功能基础上,实现了低成本高可靠的特点。该电路在光接收接口组件与激光器驱动和限幅放大器单元的限幅放大器部分之间接入滤波器来提高模块的灵敏度及信号质量。在控制器单元的数字电位器的引脚上采用外加电阻的方式避免出现上电不发光的故障问题。该研究结果为下一代SFP-DD光模块设计与开发工作,奠定了一定的理论与实践基础。

QSFP-DD表贴单层高速连接器设计与应用

从电性能、工艺制程、热设计方面介绍了QSFP-DD(四通道小型可插拔双密度)接口高速连接器设计实现面临的诸多问题,通过对部件的插损、阻抗、串扰等电性能的精细化无源优化,结合电路和电磁场的仿真,最终达成56 Gb/s速率应用目标。

QSFP-DD光模块热设计研究

近年来,双密度四通道小型可插拔封装(QSFP-DD)形式的200/400 Gbit/s光模块,以其相对低功耗和体积小便于高密度部署的优势得到电信市场和数据中心市场的青睐,但高速率和小体积带来的散热条件恶化问题限制了QSFP-DD光模块的使用环境。文章采用有限元方法对QSFP-DD模块进行热学建模仿真,研究了200 Gbit/s QSFP-DD 4通道长距离(LR4)光模块在高温环境下的内部温度场,验证了导热垫对改善模块内部散热条件的效果,并实测了模块在高温环境下的性能,为QSFP-DD光模块的设计和应用提供了参考。

PAM4模块在DWDM大数据中心互联系统的应用研究

设计并验证了由QSFP28(四通道小型可插拔封装)光模块构成的数据中心专用传输系统,通过使用PAM4(四阶脉冲幅度调制)信号调制方法使其能在超过80km的距离下支持4Tbit/s的传输速率。测试结果表明,该系统对于色散与非线性具有较好的冗余,当线路损耗为18dB时,所有通道仍然具有大于10%的冗余。该研究结果为高速数据中心中光模块应用奠定了一定的理论与实践基础。