№4 / 2013 / статья 4

Оптоволоконная передача данных от TE Connectivity – соединители стандартов SFP и XFP

Михаил Гонин (г. Санкт-Петербург)

логотип

Оптическое волокно используется в сфере телекоммуникаций для интернет-коммуникации, передачи телефонных сигналов и сигналов кабельного телевидения. Его основная задача заключается в передаче огромного потока информации. С ней прекрасно справляются системы, основанные на оптоволоконном методе передачи данных. В настоящее время данный метод позволяет передавать данные на скоростях до 100 Гбит/с.

Достичь больших скоростей передачи данных удается за счет передачи по одному оптоволокну нескольких независимых информационных каналов. Для такой передачи используются методы временного и частотного уплотнения. Одним из этих методов является метод WDM (Wavelength-division multiplexing), позволяющий передавать данные нескольких каналов с разделением по длине волны. Для этого в оптоволоконные системы устанавливают оптические мультиплексоры с частотным (спектральным) разделением каналов, которые объединяют несколько передаваемых сигналов в один. Каждый источник сигнала передается лучами с различными длинами волн. Эти лучи проходят по оптоволоконной линии независимо и не взаимодействуют друг с другом. Данный метод значительно повышает пропускную способность и позволяет осуществить двунаправленную передачу информации. Скорость передачи данных по оптическим линиям связи в настоящее время ограничена характеристиками приемопередающего оборудования, а именно — максимальной скоростью модуляции передатчика и способностью фотоприемника распознавать данные. На текущий момент передача данных может достигать скорости 10 Гбит/с. Благодаря методу WDM происходит разделение полосы пропускания на несколько каналов с той же скоростью передачи данных. Данное разделение позволяет увеличить пропускную способность.

Оптоволоконная технология обладает следующими преимуществами по сравнению с электрическими (медными) сетями:

  • скорость передачи данных достигает 100Гбит/с;
  • абсолютная защищенность оптоволокна от электрических помех, наводок и полное отсутствие излучения вовне, так как данные передаются при помощи света;
  • большая защищенность передаваемых данных от постороннего перехватывания;
  • большая дальность связи, вызванная малым затуханием светового потока в оптоволокне;
  • Большая устойчивость к внешним воздействиям, таким как влажность и температура;
  • гальваническая развязка элементов сети;
  • длительный срок эксплуатации;
  • взрыво- и пожаробезопасность.

Напомним области, в которых волоконно-оптические сети получили наибольшее распространение и области, в которых ВОЛС (волоконно-оптические линии связи) набирают обороты. ВОЛС применяются при построении сетей от поставщика услуг связи до конечного дома или предприятия, также возможна прокладка оптических кабелей до конечного пользователя, но это более дорогостоящая работа, она пока что только начинает приобретать популярность. Помимо прочего, растет интерес к применению оптических линий связи в авиа- и кораблестроении. ВОЛС применятся при прокладке сетей на большие расстояния.

Сеть на основе оптоволоконной технологии состоит из передающего устройства, преобразующего электрические сигналы в световые, самого оптоволоконного кабеля, приемного устройства, преобразующего световые сигналы в электрические импульсы. В состав сети входит и конечное оборудование, к которому можно отнести коммутаторы, маршрутизаторы, серверы, системы хранения данных и прочее. Также при передаче данных на большие расстояния могут использоваться ретрансляторы и усилители.

Оптические сети поддерживают множество протоколов связи. Перечислим некоторые из них: Ethernet-100 Base-F, Ethernet-1000 Base-SX, ATM, FDDI LSF, Fiber Channel, 10GBase-E, 10GBase-L.

Для унификации процесса построения сетей с использованием оптических кабелей ведущие производители оборудования заключили соглашение (MultiSource Agreement (MSA)), согласно которому участники обязуются придерживаться стандартов в разработке оборудования для сетей на основе оптоволоконной технологии. В данном соглашении описаны основные требования к габаритным размерам разъемов и модулей, к интерфейсам и топологии разъемов конечных устройств.

Данное соглашение позволяет легко менять конечное оборудование при ремонте или обновлении без лишних затрат на обслуживание.

Одним из важнейших вопросов при построении ВОЛС является подключение оптических кабелей к конечному коммуникационному оборудованию. Для этих целей используются SFP (Small Form-factor Pluggable)-трансиверы. В зависимости от исполнения в данном трансивере может располагаться либо только приемник или передатчик, либо и приемник, и передатчик. Стандарт построения SFP-трансиверов предусматривает возможность «горячего» подключения, их габариты и электрический интерфейс определены в соглашении MSA. Также, в зависимости от исполнения, SFP-трансиверы позволяют организовать подключение коммутационного оборудования как к волоконно-оптическим линиям связи, так и к проводным (медным) сетям. Модуль обладает компактными размерами, позволяющими в стандартном 19-дюймовом корпусе высотой 1U разместить до 48 разъемов подключения.

Возможны следующие исполнения SFP-модулей:

  • 1000BASE-T SFP для проводных сетей. Данные модули применяются со стандартной витой парой UTP-5, длина кабеля до 100метров.
  • 1000BASE-SX SFP для многомодовых оптических кабелей. Данные модули удовлетворяют требованиям стандарта IEEE 802.3z 1000BASE-SX. При диаметре сердцевины оптического кабеля 50мкм максимальная длина кабеля составляет 550м, при диаметре сердцевины 62,5мкм- до 220м
  • 1000BASE-LX/LH SFP для одномодовых и многомодовых оптических кабелей. Удовлетворяют требованиям стандарта IEEE 802.3z 1000BASE-LX. На стандартном одномодовом кабеле длина может достигать 10км, при применении многомодового кабеля максимальная длина кабеля составляет 550м.
  • 1000BASE-EX SFP для одномодовых кабелей с максимальной длиной до 40км.
  • 1000BASE-ZX SFP для одномодовых кабелей с максимальной длиной порядка 70км. При использовании данных модулей на более коротких дистанциях необходимо использование аттенюаторов для предотвращения перегрузок приемника.
  • 1000BASE-BX10-D SFP и 1000BASE-BX10-U SFP для одномодовых оптических кабелей с двунаправленной связью. Удовлетворяют требования стандартов IEEE 802.3ah 1000BASE-BX10-D и 1000BASE-BX10-U. Длина связи- до 10км.
  • Двухканальный 1000BASE-BX10-D SFP для одномодовых оптических кабелей. Данные модули также называют компактными SFP, модули объединяют в себе два интерфейса, удовлетворяющих требованиям стандарта IEEE 802.3ah. Максимальная длина связи- до 10км.

У SFP-модулей принята цветовая маркировка: синим цветом маркируются модули для одномодовых оптических кабелей, черным или бежевым — модули, применяемые с многомодовыми кабелями.

Модули SFP применяются в сетях со скоростями связи до 4 гигабит в секунду.

Для скоростей соединения до 10 гигабит в секунду широкое применение получили XF-трансиверы. Основные требования к электрическим и механическим характеристикам данных трансиверов описаны в соглашении MSA. Дадим краткую характеристику данных оптических модулей. Итак, стандарт по XFP трансиверам был принят в 2002 году. По сравнению с SFP-модулями, модули XFP имеют большие габариты, но, как уже сказано выше, применяются для работы в более высокоскоростных сетях. Возможны два варианта исполнения данных трансиверов. На двухволоконных трансиверах установлены два разъема типа LC для возможности подключения двух оптических кабелей, также возможно исполнение модулей с одним разъемом LC, в данных модулях применяется спектральное уплотнение каналов (XFP WDM). Как и SFP-модули, XFP-трансиверы поддерживают возможность горячего подключения к коммутационному оборудованию. Основные параметры, характеризующие данные трансиверы, это:

  • тип поддерживаемых оптических кабелей: одномодовые или многомодовые;
  • количество используемых волокон: 2 или 1;
  • дальность связи. Существуют модули с дальностью связи до 300м- XFP-SR-модули. Данные модули используют многомодовое оптическое волокно. XFP-LR- имеют дальность связи до 10км, работают с одномодовым волокном. XFP-ER- могут работать на расстоянии до 40км, также работают с одномодовым волокном. XFP-ZR-модули применяются при работе с одномодовым волокном на дальностях связи до 80км;
  • длина волны используемых приемника и передатчика: обычно выпускаются с рабочими длинами волн 850нм, 1310нм и 1550нм;
  • поддерживаемые протоколы: SONET OC-192, G.709 «OTU-2», 10 Gb/s Ethernet, 10 Gb/s Fibre Channel;
  • модули разработаны для сетей со скоростями 10,3…11,3Гб/с;
  • Согласно стандарту MSA, модуль имеет стандартный 30-контактный разъем для подключения к коммутационному оборудованию.

Компания TE Connectivity является одним из участников соглашения MSA и предлагает потребителю разъемы для SFP-модулей. Основные составные части данных разъемов описаны ниже.

Разъемы SFP, предлагаемые компанией TE Connectivity, представляют собой полную систему, состоящую из модульного разъема, устанавливаемого на плату, а также — модульного разъема на кабель. В свою очередь, разъем, устанавливаемый на печатную плату, состоит из следующих основных частей:

1. Connector (рисунок 1) — 20-контактный разъем с позолоченными контактами (толщина слоя золочения может быть либо 15, либо 30 микродюймов).

SFP-разъем на плату

 

Рис. 1. SFP-разъем на плату

Разъем представляет собой сокет с угловыми контактами, шаг которых 0,8 мм, для подключения печатной платы трансивера, расположенного на кабеле. Толщина печатной платы трансивера должна составлять 1 ±0,1 мм. Разъемы поставляются в катушках либо в лентах, что позволяет устанавливать их как вручную, так и с использованием автоматов. Разъем устанавливается на печатную плату до установки металлического кожуха.

2. Cage (рисунок 2) — Металлический кожух разъема.

Кожух SFP-разъема

 

Рис. 2. Кожух SFP-разъема

Предназначение данного кожуха:

  • для обеспечения заземления;
  • для удовлетворения требований электромагнитной совместимости;
  • выступает в роли направляющей для точного совпадения разъема на плате устройства и SFP-модуля на кабеле;
  • в кожухе установлена специальная защелка для надежной фиксации кабельного модуля в устройстве;
  • отверстия в кожухе предназначены для воздушного охлаждения установленного трансивера;
  • кожух поставляется в пластиковой упаковке, установка производится вручную.

Также, помимо основных частей, возможна установка дополнительных элементов разъема:

1. Light Pipe Assembly (рисунок 3) — представляет из себя 1 либо 2 изогнутые прозрачные трубки.

Световоды для SFP-разъема

 

Рис. 3. Световоды для SFP-разъема

Предназначен для индикации режимов работы. Устанавливается сверху на кожух разъема. При использовании данного способа индикации можно использовать светодиоды для поверхностного монтажа, установленные за разъемом.

2. Heat Sink and Clip (рисунок 4).

Радиатор для SFP-разъема

 

Рис. 4. Радиатор для SFP-разъема

Также в дополнение для отвода тепла от SFP-модуля на кожух разъема может устанавливаться радиатор, крепление которого к кожуху осуществляется при помощи специальной скобы.

3. Dust/EMI Plug (рисунок 5).

Защитная крышка для SFP-разъема

 

Рис. 5. Защитная крышка для SFP-разъема

Специальная заглушка для защиты свободных разъемов от пыли и для удовлетворения требований электромагнитной совместимости.

Составные части разъема для SFP-модуля изображены на рисунке 6.

Составные части разъема для SFP-модуля

 

Рис. 6. Составные части разъема для SFP-модуля

TE Connectivity предлагает широкий выбор вариантов исполнения разъемов на плату:

1. Одиночное исполнение (рисунок 7, таблица 1). В данном исполнении кожух разъема может поставляться как разборным (состоит из двух частей), так и в цельном исполнении. При использовании одиночного разъема минимальная толщина печатной платы должна составлять 1,5 мм. Рекомендуемый материал — текстолит (FR-4 или G-10).

Одиночное исполнение

 

Рис. 7. Одиночное исполнение

Таблица 1. Перечень SFP-разъемов в одиночном исполнении

Наименование Описание изделия Способ монтажа Спецификация АТСА Покрытие контактов
2227302-1 Одиночный корпус неразборный SFP Запрессовка Да
1489951-1 Одиночный корпус неразборный XFP Запрессовка Да
1367073-1 20-контактный соединитель SFP Поверхностный Да Золото 15
1367073-2 20-контактный соединитель SFP Поверхностный Да Золото 30
1761394-1 Пылезащитная заглушка соединителя SFP Да

2. Спаренное горизонтальное исполнение (рисунок 8, таблица 2). Данное исполнение позволяет максимально сэкономить место на печатной плате. Возможно исполнение с двумя, четырьмя и шестью портами.

Спаренное горизонтальное исполнение

 

Рис. 8. Спаренное горизонтальное исполнение

Таблица 2. Перечень SFP-разъемов в спаренном исполнении

Наименование Конфигурация портов Конфигурация корпуса Способ
монтажа
С разъемом Спецификация АТСА
1489669-1 1х1 Одиночный Запрессовка Нет Нет
1489779-1 1х1 Одиночный Запрессовка Нет Нет
1367629-1 1х1 со световодами Одиночный Запрессовка Нет Нет
1761014-1 1х2 Устанавливаемый в ряд Запрессовка Нет Да
1761007-1 1х2 со световодами Устанавливаемый в ряд Запрессовка Нет Нет
1658744-1 1х4 Устанавливаемый в ряд Запрессовка Нет Да
1761008-1 1х4 со световодами Устанавливаемый в ряд Запрессовка Нет Нет
1658628-1 2х1 Устанавливаемые друг над другом Запрессовка Да Да
1658859-1 2х1 со световодами Устанавливаемые друг над другом Запрессовка Да Нет
1658629-1 4×2 Устанавливаемые друг над другом/устанавливаемые в ряд Запрессовка Да Нет
1658758-1 4×2 со световодами Устанавливаемые друг над другом/устанавливаемые в ряд Запрессовка Да Нет
1658391-1 2×1 Устанавливаемые друг над другом Запрессовка Да да

Также использование данной конфигурации разъемов позволяет устанавливать разъемы друг под другом в верхнем и в нижнем слое печатной платы (так называемое расположение Belly-to-Belly, рисунок 9). При расположении разъемов как в верхнем, так и в нижнем слое печатной платы минимальная толщина печатной платы должна составлять 3 мм для случая установки одиночных разъемов и 2,25 мм для случая установки спаренных разъемов.

Расположение разъемов «Belly-to-belly»

 

Рис. 9. Расположение разъемов «Belly-to-belly»

3. Спаренное горизонтальное и вертикальное исполнение. Как видно из рисунка 10, разъемы располагаются друг над другом, подобное исполнение также позволяет сильно сэкономить пространство на печатной плате. Доступны разъемы в исполнении: 2х1, 2х4 и 2х6.

Спаренное горизонтальное и вертикальное исполнение

 

Рис. 10. Спаренное горизонтальное и вертикальное исполнение

Компания TE Connectivity также предлагает корпуса для самих трансиверов. Данные корпуса снабжены специальным «язычком», позволяющим легко вынимать трансивер из разъема на печатной плате.

Заключение

Оптоволоконные сети являются одним из самых перспективных направлений в области связи. Пропускные способности оптических каналов на порядок выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля, и продолжают расти. В связи с такой большой пропускной способностью, особое внимание следует уделять разъемным соединениям. Компания TE Connectivity предлагает широкий выбор качественных интерфейсных разъемов для оптоволоконных устройств связи. Разъемы TE Connectivity для гигабитных линий связи соответствуют предъявляемым требованиям и являются прекрасным решением для задач коммутации.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: passive.vesti@compel.ru

 

 

Наши информационные каналы

Рубрики: