[原创]光纤收发器技术白皮书（完整版一）-千家论坛

lrdz002 发表于 2010-4-10 09:36:00

[原创]光纤收发器技术白皮书（完整版一）

LR-Link系列光纤收发器专业设计用于IP城域光纤数字宽带网络。该系列产品以高品质、高可靠性、高带宽、低价位的设计思路出发，定位于宽带网络接入系统。能够为用户提供带宽充足、性能稳定、功能强大、可用于电信级运营服务的低价位IP城域宽带光纤网络解决方案。主要用于10Base-T双绞线与10Base-FL光缆之间或100Base-TX双绞线与100Base-FX光缆或1000Base-TX双绞线与1000Base-FX光缆之间数据通讯；适合作智能化小区或光纤到桌面的连接器，它将网络传输距离的极限从双绞线的100米扩展到了100公里以上，它可以简单地实现一台主板服务器、中继器、集线器、交换机、终端机与一台终端机之间的互联。现提供的所有设备保证的最新开发的、稳定的、成熟的产品，所有配件、附件、元件和将设备连成系统的电缆都包含在报价中，能够连接及所有要求的功能，不存在电缆、端口或其它附件的短缺。 光纤收发器,光纤设备 
LR-Link系列光纤收发器吸收国外同类产品的优点，结合国内市场的实际情况，产品更具灵活性和实用性。该产品机箱采用结构灵活的模块化和独立式非模块化的小机壳内置电源设计，由一槽、十六槽（19”机架式）两种机箱及标准的热插拔模块组成。十六槽机箱内置模块化双备份电源，保证系统的高可靠性和稳定性。光纤收发传输模块中设计独到的交换核心，既可以支持骨干特性，如802.1Q VLAN TAG 、 SPANNING TREE，又可以自动适应10Mbps、100Mbps速率，还可以自动协商半双工或全双工传输模式，光口提供标准的SC接口，使系统组网更加灵活实用，而且大大降低组网时用户端的成本。
LR-Link系列光纤收发器是由我公司独立自行研制的，具有自主的知识产权，高品质电信级收发器产品，OPF系列光纤收发器产品的核心优势就体现在为电信宽带接入网专门设计，是电信运营级的光纤接入产品。使该产品的技术优势与市场定位完全吻合。OPF系列光纤收发器，在系统设计、质量控制、维护服务方面完全按照电信级运营水平进行管理。目前OPF收发器已通过信息产业部入网产品质量检测（详见信息产业部检测报告）。该产品在中国电信、有线电视、政府等公用网络上已经过长时间商业运行。实践证明，该产品功能丰富、性能稳定，与不同厂商的网络设备互联兼容性好，安装简单、维护方便，适用于大规模商业运行。其主要技术特性表现在： 光纤收发器,光纤设备 
具有高精度、高稳定性外调制时钟 
具有良好的电磁屏蔽特性及电磁兼容性； 
内置式高频通信专用宽范围电源； 光纤收发器,光纤设备 
数据帧级的COPF校验及纠错功能； 
可以支持热插拔的机箱模块化设计； 光纤收发器,光纤设备 
灵活的接入模式、高品质的传输质量； 
系统具有高度的可靠性及稳定性； 光纤收发器,光纤设备 
原器件选择世界大电信产品厂商的主流器件； 光纤收发器,光纤设备 
精量的每一个电子元器件达到工业级标准要求；
第二章 LR-Link系列光纤收发器设计要求 
一、   光纤收发器应用理论 光纤收发器,光纤设备 
1．光纤收发器的组成和实现方式 
由光电一体化模块（电-光-电），网络信号检测装置，光电信号检测装置组成。 
   从物理层分析提供以下功能：光纤收发器,光纤设备 
l . 电-光-电的转换 
2. 光纤接入口 
3. 网络线接入口 
4. 脉冲信号的拾取与转换，并提供各种信号状态指示灯 
5. 实现各种编码过程（物理编码子层） 
从数据链路层分析提供以下功能：光纤收发器,光纤设备 
l . 帧的打包和解包 
2.   包MAC格式化过程 
3. 初步差错检测（CRC） 
4. 重定向 
2．产品兼容性 光纤收发器,光纤设备 
产品的不兼容主要有几个方面原因： 
l. 通讯工作模式不同（全双工或半双工） 
2. 支持的服务级别和网络不同（VLAN、AGING、QOS、COS等） 
3. 实际支持的网络协议不同 
4. 厂家实际设计固化的功能不同（设计成了某些特殊功能等） 
        以太网不同速率使用不同的协议以及相关支持协议： 光纤收发器,光纤设备 
        10M以太网：IEEE802.3       生成树协议（分支树协议）：IEEE802.1d 
        100M快速以太网：IEEE802.3U     全双工/流量控制协议：IEEE802.3 
        1000M吉比特以太网：IEEE802.3Z   虚拟LAN和优先级判断（VLAN）：IEEE802.1Q               
   多级组优先排队机理（多级消减）：IEEE802.1P 
3．电气特性 
网络信号线接入传输距离特性： 光纤收发器,光纤设备 
各类以太网设计的目标距离： 
<table bordercolor="#b9d2dd" cellspacing="1" cellpadding="0" width="80%" align="center" bgcolor="#ffffff" border="1">
<tbody>
<tr valign="center">
<td width="131" height="20">
　 </td>
<td width="112" bgcolor="#ffffcc" height="20">
以太网</td>
<td width="114" bgcolor="#ffffcc" height="20">
快速以太网</td>
<td width="144" bgcolor="#ffffcc" height="20">
吉比特以太网</td></tr>
<tr valign="center">
<td width="131" bgcolor="#ccffff" height="20">
数据速率</td>
<td width="101" height="20">
10Mbit/s </td>
<td width="103" height="20">
100Mbit/s </td>
<td width="133" height="20">
1000Mbit/s </td></tr>
<tr valign="center">
<td width="131" bgcolor="#ccffff" height="20">
第5类UTP</td>
<td width="101" height="20">
100m(min) </td>
<td width="103" height="20">
100m </td>
<td width="133" height="20">
100m </td></tr>
<tr valign="center">
<td width="131" bgcolor="#ccffff" height="20">
屏蔽的铜缆</td>
<td width="101" height="20">
500m </td>
<td width="103" height="20">
100m </td>
<td width="133" height="20">
25m </td></tr></tbody></table>
电口双绞线接入方式： 
RJ-45双绞线接入后通过耦合器将信号传递到主板电路处理，耦合器完成电气隔离。影响电气特性的主要因素：耦合器传递特性、网络电口特性、双绞线电气特性 
4．光口特性 
光纤收发器的光口特性 光纤收发器,光纤设备
由不同光电一体化模块或单晶接收发射管特性决定。 
① 光口特性与传输距离的对应关系： 
不同厂家提供的光电模块性能参数上有所不同，分为以下几种情况： 
l .PECL电路匹配参数不同（外围电阻电容器件参数不同） 
2. 同一波长模块发射功率不同（传输距离越远使用的发射功率越大） 
3.光口接收灵敏度不同（接收灵敏度负值越大接收能力越强） 
4.光接口类型不同（ST、SC接口）光纤收发器,光纤设备 
光电一体化模块作为收发器的一个重要部件，它起着光电-电光转换作用，它影响着传输距离和传输速率。 
② 传输距离与光电模块的对应关系单模光纤传输损耗：光波长1310/1300 nm以0.5dBm/Km损耗；光波长1550 nm以0.25dBm/Km损耗 
多模光纤传输损耗：光波长850 nm以3dBm/Km损耗 
光电模块动态范围计算：发射功率-接收灵敏度=光电模块动态范围 
单模传输距离的计算：（光电模块动态范围-插入损耗-接入损耗-其它损耗）/dBm/Km 
5．设计要求与理论 
为了使光纤收发器能满足大部分用户的需求，我们有必要了解一下设计要求与理论。 
① 设计要求： 
    l .产品的可靠性（温度特性、湿度特性、电源稳定特性、收发模块基板电气特性） 
    2.产品的兼容性（兼容不同型号的交换机、网卡、集线器、路由器等 光纤收发器,光纤设备   
    3.产品的升级性（收发器模块化、机架统一化、系列兼容化） 
    4.产品的可扩展性（模块互换性、外扩功能化） 光纤收发器,光纤设备 
    5.产品的多样化、系列化（以太网全线速率产品10~1000M） 
     ② 设计理论： 
l. 光纤收发器的主芯片选型（对数据处理能力、交换能力），产品对外兼容能力 光纤收发器,光纤设备 
2.产品实际应用中电源系统是光纤收发器的“心脏”，大部分公司的产品问题都出在电源上。供电系统电源必须作严格的测试，对各类参数（电压的波动范围、电压稳定性、纹波大小、电流大小、EMI能力、抗浪涌能力、隔离电压等）必须严格要求。 
3.线路基板的电气性能要求：PCB布线合理化、电子电容参数和位置合理化、电气接口匹配和光电一体化模块（PECL电路）接口匹配合理化 光纤收发器,光纤设备 
4.整机器件全部使用进口器件，如三星电解电容、TDK电感电阻、春田电容等 
5. 整机设计的美观化（机壳美观化、元件安排美观化、表面通俗化） 
6．测试要求和标准 
对相关配件的测试 
①     供电电源系统的电气性能测试 
②     支持热插拔插座性能测试 
③产品高低温温度测试（包含电源、收发器模块） 
对收发器以太网电气接口性能的测试 
①       RJ-45双绞线传输距离长度测试 
②       RJ-45双绞线传输交叉（NODE/HUB）测试 
③       RJ-45双绞线传输阻抗匹配检测 
④       电气接口兼容（交换机、集线器、网卡）测试 
对收发器光纤接口测试 光纤收发器,光纤设备 
①     光电一体化模块接口单多模兼容测试 
② 光电一体化模块接口传输距离测试 
③ PECL接口阻抗匹配检测 
④ 光接口兼容（光口交换机、光纤集线器、光纤网卡、光纤收发器）测试 
电源系统电压、电流要求 
①100M收发器电压、电流为DC5V/550mA，功率：2.75W 电压偏移度为±0.03V，输入电压：AC110V~260V 
2.10/100M收发器电压、电流为DC5V/650 mA，功率：3.2w电压偏移度为 
0.05V，输入电压：AC110V~260V 
③   10M收发器电压、电流为DC5V/250mA，功率：1.25W 电压偏移度为±0.02V，输入电压：AC110V~260V 
第三章 LR-Link系列收发器应用特性要求 
一．光纤收发器配置要求 光纤收发器,光纤设备 
1．协议要求： 
① 符合以太网传输IP数据包的标准：Ethernet II(RFC894) 
② 支持IEEE802.3 10BaseT 
③ 支持IEEE802.3U 100BaseTX 
④ 支持IEEE802.3/ IEEE802.2 
⑤ 支持100 Base-FX 
⑥ 支持CSMA/CD 
2．物理接口 
① 设备提供RJ-45的以太网接口 
② 设备提供SC单模或多模光纤接口 
③ 单机插卡式提供一个光纤收发模块插槽 
④ 机架插卡式提供16个光纤收发模块插槽 
3．功能要求 
① 支持全双工、半双工、自适应三种工作方式 
② 提供设备能通过自身提供的状态指示灯，用户可实时监测设备当前的工作状态，包括UTP口、电源和光纤端口是否激活 
③ 提供设备能实时监测设备当前的工作方式是全双工还是半双工 
④ 提供设备能够根据对方工作方式来自动协商全双工或半双工工作 
⑤ 提供设备能够支持10Mbps与100Mbps自动适应 
⑥ 提供设备能在多模全双工状态下提供2KM传输距离，单模全双工下提供20公里，40公里，60公里，120公里等多种传输距离 
⑦ 提供设备的以太网接口的传输距离不少于100米（使用UTP5E时） 
⑧ 提供的设备可以支持网管功能或支持SNMP 
⑨ 提供的设备与其它公司交换机或收发器可以互联互通 
⑩ 提供的设备在端口能力等方面支持平滑升级和扩容 
    二．硬件、软件要求 
           1．设备硬件总体要求 
① 设备采用分布式结构，易于扩容和维护 
② 提供热插拔功能 
③ 系统容错性好 
④ 提供AC/DC电源，在过压、过流、过温时能自动保护，自动关机。电源配备冗余电源，并有自动切换功能 
           2．设备软件总体要求 
① 支持软件升级，实现投资保护 
② 软件设计为模块化结构，保证安全可靠，具有容错能力提供软件能满足确保全网运行所需要的管理运营，维护等有关的全部软件：网络故障诊断工具包，网络系统安全预警软件包

lrdz002 发表于 2010-4-10 09:38:00

光纤收发器技术白皮书（完整版二）
第四章 LR-Link系列收发器技术特点 
一、LR-Link系列光纤收发器的兼容性： 
尽管各厂商的以太网设备在IEEE802.3及IEEE802.3u的标准上是完全兼容的。但当将以太网用于城域网接入时，由于交换方式、传输模式、缓冲配置等实现方式的不同，就会出现各种各样的匹配问题。OPF系列光纤收发器经过长时间应用中的不断改进，实现了与绝大多数以太网设备的良好匹配，可以适应各种不同厂商的以太网设备，在与CISCO、3COM、Lucent、Nortel、EXTREAM、FOUNDRY、CABELTRON、Intel、华为、中兴、D-LINK、长城等不同设备的互联商业应用中匹配良好、运行稳定。
1. LR-Link系列光纤收发器所有的工作参数在出厂前均通过SmartB200测试通过
2. LR-Link系列光纤收发器所有的工作参数采用自适应技术，无须手动配置
3. LR-Link系列光纤收发器内置2端口高效交换核心，吞吐能力为148000pps，1KMAC地址表，1MB共享动态缓存；在各大电信局的商业运行环境下性能表现稳定可靠，延时短。
4.通过LR-Link系列收发器前面板上的状态指示灯可以准确判断故障点，提供远程链路故障告警功能，可带电插拔的模块方便维护
5.LR-Link收发器在交换核心上提供码流的COPF及帧长度校验，同时通过1MB的动态缓存及交换核心能够过滤网上所有的Unicast包，缓减因流量突发而导致的网络振荡，迅速缓减网络拥塞
6. LR-Link系列光纤收发器光接口完全符合IEEE802.3u的100Base-FX全双工接口标准，可与符合该标准的各种产品互联，其电接口符合IEEE802.3u的100Base-TX标准，可与符合该标准的网络设备互联。
二、LR-Link系列光纤收发器的可靠性和稳定性：
光纤收发器的可靠性、运行稳定性及服务的可持续性几个方面来综合考虑： 
（一）可靠性： 
1、内置电源 
l. 电源线路板与收发模块线路板为完全独立的两块PCB板；
2.输入与输出端均有通过防浪涌滤波电感和电容，保护内部电路；
3.电源模块是通信专用的开关电源，提供过压及过流保护，电源输出纹波在标准输出为5VDC时纹波小于40mV，小于1%；
4.开关电源符合安规认证，电源使用器件必须满足高温工作要求，器件全部使用进口器件延长产品和电源寿命；
5.局端设备提供冗余电源，通过电流共享方式为局端的光纤收发器提供最大限度的可性保证；
6.无论局端设备还是用户端设备都有与外壳联接的保护地，防止雷电袭击设备。
而电源外置时主要有以下几个问题： 
1.能否保证长时间稳定工作，主要是解决电源发热、电源外壳变软的问题。 
2.局端设备的放置、管理不方便。 
3.没有接地保护，增加运行风险。 
4.电源与设备之间的一段连接导线增加了电磁干扰。 
5.据国家质量监督局的统计结果，中国市场外接电源的合格率仅为5.4%。 
2、电磁隔离 
1.电源符合安规认证， EMI达到认证标准，不易干扰其它设备工作 
2.电源及外部信号对主电路板的电磁干扰 
3.主电路板因为布线的原因产生的电磁干扰 
为解决电源产生的电磁干扰，LR-Link系列收发器的电源电路板与主电路板进行完全隔离，其次对电源进行屏蔽隔离。为解决布线原因产生的电磁干扰，慧锦网络系列收发器的主电路板采用二层电路板，用大面积铺地，这样可以大大减少因为电源线和地线的分布所产生的分布电容，从而减少电磁干扰，同时由于电源线与地线的表面积增大，可以大大改善主电路板的供电特性和散热特性。 
3、散热 
LR-Link光纤收发器的散热主要有两种方式： 
1.内置风扇散热 
主要用于局端的2U、3U机箱，通过一个或数个风扇对整个局端机箱提供散热，这种散热方式，对风扇的依赖较大，如果风扇出现故障，对整个局端设备的运行会有较大影响。因此，风扇的可靠性会直接影响整机运行的可靠性。应用高度可靠的独立式电源对风扇独立供电。机箱左右两侧设计了通风孔，底部发热源处也设计了通风孔，机箱后部安放大风扇，空气在机箱内部形成对流，内外交换达到散热目的。 
2.通过增大光纤收发器外壳的表面积散热 
主要用于用户端光纤收发器的散热。由于用户端产品的体积限制和发热程度，不宜采用风扇散热，主要的散热方式还是增大散热表面。用户端光纤收发器功率低，发热量小可以用加大散热面积解决。 
4、光模块的选用 
光纤收发器的光模块主要有两种： 
l.光收发独立的两个光器件 
发射器：LD激光器，可以调制的发射功率 
接收器：PINTIA管，接收灵敏度很高 
类型有单模LD激光器，多模LED管（HFBR1414，HFBR2416） 
光收发一体的光模块,其中内置信号放大器、AGC电路、滤波器 
光收发一体的光模块主要是把光纤进来的光信号转换为标准PECL差分电信号，与内部芯片直接匹配，并提供一个光口检测电平信号SD。OPF系列光纤收发器采用国际知名厂商的光收发一体的光模块，内置滤波、AGC电路、放大器以提供良好的光特性和电气特性，保证数据传输有较高的可靠性。同时可以保证产品的大量及时交付能力，以提高整体服务能力。如Aglient（安捷伦HFCT5215、HFCT5205B等） 
5、主要芯片的选用 
光纤收发器所用到的核心芯片主要是模数、数模混合的PHY层、数据链路层芯片，OPF光纤收发器选用台湾的IC+系列芯片，其功能丰富、强大，集成度高，性能稳定能满足市场上所要求的所有功能。其研发和生产在数模混合电路的设计和生产中具有多年的经验。该芯片与CISCO、3COM、Lucent、Nortel、EXTREAM、FOUNDRY、CABELTRON、Intel等交换机具有很强的兼容性，经过二年多来的大规模使用，该产品已是非常成熟的产品，这样不但可以保证产品的技术可且可以保证产品的长期供应及服务能力。在收发器产品中它具有极高的性价比。 
（二）稳定性： 
具有高精度、高稳定性外调制时钟，满足高漂移度的时钟 
具有良好的电磁屏蔽特性及电磁兼容性，不易受外界干扰，也不干扰外界； 
内置式高频通信专用宽范围电源，保证在低电压情况下也能正常工作； 
最小的光接入损耗，传输距离远，受温度影响不大； 
数据帧级的COPF校验及纠错功能； 
常温情况下的丢包率及误码率：0
高温情况下的丢包率及误码率：0
满负荷情况下的丢包率及误码率：0
LR-Link光纤收发器的出厂检测为单台检测，所有产品经过48小时老化过程，出厂时保      证满足用户要求的传输距离和性能、通常网络流量下无丢包现象。 

<table bordercolor="#b9d2dd" cellspacing="1" cellpadding="0" width="100%" border="1">
<tbody>
<tr valign="center" bgcolor="#ffffcc">
<td width="184" height="20">
流量及温度环境</td>
<td width="226" height="20">
24小时误码率观察</td>
<td width="278" height="20">
数据来源</td></tr>
<tr valign="center">
<td width="184" bgcolor="#ccffff" height="20">
常温</td>
<td width="226" height="20">
丢包率=0 误码码个数=0</td>
<td width="278" height="20">
信息产业部部光通信产品质量监督检验中心</td></tr>
<tr valign="center">
<td width="184" bgcolor="#ccffff" height="20">
高温</td>
<td width="226" height="20">
丢包率=0 误码码个数=0</td>
<td width="278" height="20">
信息产业部部光通信产品质量监督检验中心</td></tr>
<tr valign="center">
<td width="184" bgcolor="#ccffff" height="20">
满负荷，双向80Mbps</td>
<td width="226" height="20">
丢包率=0 误码码个数=0</td>
<td width="278" height="20">
深圳市联瑞电子有限公司</td></tr></tbody></table>
（三）可持续性： 
产品的可持续性要在产品的设计过程中进行充分的考虑，在原器件的选择上，LR-Link系列光纤收发器选择全球知名厂商，在市场上有大规模应用的主流产品，可以保证原器件方面的持续供货能力，从而保证产品的持续交货能力和备品备件供应能力。
三、LR-Link系列光纤收发器的可管理性：
LR-Link系列光纤收发器的可管理性主要体现在两个方面，经过大规模应用的长期实践，光纤收发器作为网络中的传输职能单元，对其进行管理的主要任务是故障监测，针对这一要求，F-NET光纤收发器通过光链路故障告警和双绞线链路告警，基于SNMP的独立网管两部分来协助网管人员。
1.光链路故障告警是LR-Link收发器的一个可配置选项，当启动光链路告警功能后，光路一但出现故障，收发器将自动阻断电端口的连接，导致与其上联的网络设备端口LINK DOWN，这样从交换机的网管平台上就可以获得该路传输故障的指示。
2.双绞线链路故障告警是LR-Link收发器的一个可配置选项，当启动双绞线链路告警功能后，网络线上一但出现故障，收发器将自动阻断光端口的连接，导致与其上联的网络设备端口LINK DOWN，这样从交换机的网管平台上就可以获得该路传输故障的指示，同时可以延长光电模块的寿命。
3.LR-Link收发器的独立网管系统基于标准的SNMP网络管理协议，为所有的LR-Link系列产品提供图形化的管理、监测功能。由LR-Link系统管理图形界面、LR-Link管理模块、LR-Link接口模块构成，每一个Agent可以管理多达2000多个16槽机箱。
四、LR-Link系列光纤收发器的易维护性：
LR-Link系列光纤收发器的易维护性主要体现在其即插即用的设计思想及台式和机架式统一的热插拔模块。
1.所有型号产品统一规格，可与所有的机箱配合使用
2.电源实现模块化便于安装维护
3.即插即用，最简单的参数配置选择
4.便于大规模的升级维护

bjlaodao 发表于 2010-4-12 12:40:00

好东西，我需要收集一下子，谢谢分享。

woody861110 发表于 2010-5-28 11:19:00

谢谢  好东西

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