光纖收發(fā)器原理

1、光纖收發(fā)器原理技術(shù) 光纖收發(fā)器是一種將短距離的雙絞線電信號(hào)和長(zhǎng)距離的光信號(hào)進(jìn)行互換 的以太網(wǎng)傳輸媒體轉(zhuǎn)換單元，在很多地方也被稱(chēng)之為光電轉(zhuǎn)換器。企業(yè)在進(jìn) 行信息化基礎(chǔ)建設(shè)時(shí)，通常更多地關(guān)注路由器、交換機(jī)乃至網(wǎng)卡等用于節(jié)點(diǎn) 數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備， 卻往往忽略介質(zhì)轉(zhuǎn)換這種非網(wǎng)絡(luò)核心但必不可少的設(shè) 備。特別是在一些要求信息化程度高、數(shù)據(jù)流量較大的政府機(jī)構(gòu)和企業(yè)，網(wǎng) 絡(luò)建設(shè)時(shí)需要直接上連到以光纖為傳輸介質(zhì)的骨干網(wǎng)， 而企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)的 傳輸介質(zhì)一般為銅線， 確保數(shù)據(jù)包在不同網(wǎng)絡(luò)間順暢傳輸?shù)慕橘|(zhì)轉(zhuǎn)換設(shè)備成 為必需品。 目前國(guó)外和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)光纖收發(fā)器的廠商很多，產(chǎn)品線也極為豐富。為了保 證與其他廠家的網(wǎng)卡、中繼

2、器、集線器和交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的完全兼容，光 纖收發(fā)器產(chǎn)品必須嚴(yán)格符合以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，除此之外，在 EMC防電磁輻射方面 應(yīng)符合 FCC 及 CE 的相關(guān)規(guī)定，如烽火網(wǎng)絡(luò)公司的光纖收發(fā)器已經(jīng)通過(guò) FCC 及 CE 認(rèn)證。時(shí)下由于國(guó)內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商正在大力建設(shè)小區(qū)網(wǎng)、校園網(wǎng)和企業(yè) 網(wǎng)，因此光纖收發(fā)器產(chǎn)品的用量也在不斷提高，以更好地滿足接入網(wǎng)的建設(shè) 需要。 隨著信息化建設(shè)的突飛猛進(jìn)，人們對(duì)于數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像等多媒體通信的需 求日益旺盛，以太網(wǎng)寬帶接入方式因此被提到了越來(lái)越重要的位置。但是傳 統(tǒng)的 5 類(lèi)線電纜只能將以太網(wǎng)電信號(hào)傳輸 100米，在傳輸距離和覆蓋范圍方 面已不能適應(yīng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需要。與此同時(shí)，

3、光纖通信以其信息容量大、 保密性好、重量輕、體積小、無(wú)中繼、傳輸距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)在廣域網(wǎng)等大型網(wǎng) 絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。 在一些規(guī)模較大的企業(yè)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)直接使用光纖為傳輸介質(zhì)建立骨干網(wǎng)， 而內(nèi)部局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)一般為銅線，如何實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)同光纖主干網(wǎng)相連 呢？這就需要在不同端口、 不同線形、不同光纖間進(jìn)行轉(zhuǎn)換并保證鏈接質(zhì)量。 光纖收發(fā)器的出現(xiàn)，將雙絞線電信號(hào)和光信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，確保了數(shù)據(jù)包 在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間順暢傳輸。 同時(shí)它將網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離極限從銅線的 100 米擴(kuò)展 到 100 多公里（單模光纖） 。 光纖收發(fā)器的結(jié)構(gòu) 光纖收發(fā)器包括三個(gè)基本功能模塊：光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片、光信號(hào)接口 （ 光收 發(fā)一體

4、模塊 ）和電信號(hào)接口 （RJ45） ，如果配備網(wǎng)管功能則還包括網(wǎng)管信息處 理單元。 光纖收發(fā)器的發(fā)展 隨著對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的需求急劇增大，運(yùn)營(yíng)商對(duì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理的需求不斷增加，以 太網(wǎng)傳輸速度的不斷升級(jí)，光收發(fā)器種類(lèi)和復(fù)雜程度都在以驚人的速度發(fā) 展。 由于光纖技術(shù)成本下降和容量要求的提高，眾多電信公司、地方政府、甚至 大的企業(yè)集團(tuán)已經(jīng)開(kāi)始將光纖技術(shù)應(yīng)用于城市區(qū)域網(wǎng)絡(luò) （MAN）應(yīng)用。因此， 曾一度局限于遠(yuǎn)距離和高端骨干網(wǎng)絡(luò)的光纖鏈接技術(shù)現(xiàn)已遍及網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的 每一角落。但是，光纖鏈路應(yīng)用數(shù)量的急速增加也導(dǎo)致了品種繁多，有時(shí)甚 至互相矛盾的光纖收發(fā)器。 光纖收發(fā)器元器件的選擇 在以太網(wǎng)光纖收發(fā)器設(shè)計(jì)中， 元器

5、件的選擇舉足輕重， 它決定了產(chǎn)品的性能、 壽命和成本。光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片 （OEMC是） 整個(gè)收發(fā)器的核心。選擇介質(zhì)轉(zhuǎn)換 芯片是以太網(wǎng)光纖收發(fā)器設(shè)計(jì)的第一步，也是非常重要的一步。它的選擇直 接影響和決定了其它元器件的選擇。 光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片的主要性能指標(biāo)有： 1 網(wǎng)管功能 網(wǎng)絡(luò)管理是網(wǎng)絡(luò)可靠性的保證，是提高網(wǎng)絡(luò)效益的方式，網(wǎng)絡(luò)管理的運(yùn)行、 管理、維護(hù)等功能可以大大增加網(wǎng)絡(luò)的可用時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)的利用率、網(wǎng)絡(luò) 性能、服務(wù)質(zhì)量、安全性和經(jīng)濟(jì)效益。但研制有網(wǎng)管功能的以太網(wǎng)光纖收發(fā) 器所需的人力、物力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)無(wú)網(wǎng)管的同類(lèi)產(chǎn)品，主要表現(xiàn)在： (1) 硬件投資。 以太網(wǎng)光纖收發(fā)器網(wǎng)管功能的實(shí)現(xiàn)需要在收發(fā)器電路

6、板上配 置網(wǎng)管信息處理單元來(lái)處理網(wǎng)管信息， 該單元利用介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片的管理接口 獲取管理信息。管理信息與網(wǎng)路上的普通數(shù)據(jù)共用數(shù)據(jù)通道。帶網(wǎng)管功能的 以太網(wǎng)光纖收發(fā)器，元器件種類(lèi)及數(shù)量多于無(wú)網(wǎng)管的同類(lèi)產(chǎn)品，相應(yīng)地，布 線復(fù)雜，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。烽火網(wǎng)絡(luò)公司長(zhǎng)期致力于光纖收發(fā)器產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，為 了優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品更加穩(wěn)定，增強(qiáng)產(chǎn)品功能，自主開(kāi)發(fā)了光纖收發(fā) 器介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片，使產(chǎn)品的集成度更高，有效地減少了因多種芯片之間協(xié)同 工作所造成的不穩(wěn)定因素。新開(kāi)發(fā)的芯片具有光纖線路質(zhì)量在線測(cè)試、故障 定位、 ACL等很多實(shí)用性很強(qiáng)的功能，既能有效的保護(hù)用戶投資，又能將極 大地減少用戶的維護(hù)成本。 (2) 軟件投資

7、。有網(wǎng)管功能以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的研發(fā)工作除了硬件布線外， 軟件編程更為重要。 網(wǎng)管軟件的開(kāi)發(fā)工作量較大， 包括圖形化用戶接口部分、 網(wǎng)管模塊嵌入式系統(tǒng)部分、收發(fā)器電路板上網(wǎng)管信息處理單元部分。其中網(wǎng) 管模塊嵌入式系統(tǒng)尤為復(fù)雜，研發(fā)門(mén)檻較高，需要使用嵌入式操作系統(tǒng)，如 VxWorks，linux 等。需要完成 SNMP代理， telnet 、web 等復(fù)雜軟件工作。 (3) 調(diào)試工作。有網(wǎng)管功能以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的調(diào)試工作包括兩部分：軟件 調(diào)試和硬件調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中，電路板布線、元器件性能、元器件焊接、 PCB板質(zhì)量、環(huán)境條件以及軟件編程中的任一因素都會(huì)影響以太網(wǎng)光纖收發(fā) 器的性能。調(diào)試人員必須具

8、備綜合素質(zhì)，全面考慮收發(fā)器出現(xiàn)故障的各種因 素。 (4) 人員的投入。 普通以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的設(shè)計(jì)只需一個(gè)硬件工程師便可完 成。有網(wǎng)管功能的以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的設(shè)計(jì)工作除了需要硬件工程師完成電 路板布線外，還需要眾多軟件工程師完成網(wǎng)絡(luò)管理的編程，而且要求軟硬件 設(shè)計(jì)者密切配合。 2 兼容性 OEMC應(yīng)支持 IEEE802、CISCO ISL 等常用網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，以保證以太網(wǎng)光纖 收發(fā)器有良好的兼容性。 3 環(huán)境要求 a. 輸入輸出電壓。 OEMC的工作電壓多為 5 伏或伏，但以太網(wǎng)光纖收發(fā)器上 另一個(gè)重要的器件光收發(fā)一體模塊的工作電壓絕大多數(shù)為 5 伏。若兩者 工作電壓不一致，則會(huì)增加 PCB板

9、布線的復(fù)雜程度。 b. 工作溫度。在選擇 OEMC的工作溫度時(shí)，開(kāi)發(fā)人員需從最不利的條件出發(fā) 并留有余地， 比如夏天最高氣溫達(dá) 40，而以太網(wǎng)光纖收發(fā)器機(jī)箱內(nèi)部因?yàn)?各種元器件尤其是 OEMC發(fā)熱。因此，以太網(wǎng)光纖收發(fā)器工作溫度的上限指 標(biāo)一般不應(yīng)低于 50。 (end) (1) 硬件投資。 以太網(wǎng)光纖收發(fā)器網(wǎng)管功能的實(shí)現(xiàn)需要在收發(fā)器電路板 上配置網(wǎng)管信息處理單元來(lái)處理網(wǎng)管信息， 該單元利用介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片的管理 接口獲取管理信息。管理信息與網(wǎng)路上的普通數(shù)據(jù)共用數(shù)據(jù)通道。帶網(wǎng)管功 能的以太網(wǎng)光纖收發(fā)器， 元器件種類(lèi)及數(shù)量多于無(wú)網(wǎng)管的同類(lèi)產(chǎn)品， 相應(yīng)地， 布線復(fù)雜，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。烽火網(wǎng)絡(luò)公司長(zhǎng)期致力于

10、光纖收發(fā)器產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)， 為了優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品更加穩(wěn)定，增強(qiáng)產(chǎn)品功能，自主開(kāi)發(fā)了光纖收 發(fā)器介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片，使產(chǎn)品的集成度更高，有效地減少了因多種芯片之間協(xié) 同工作所造成的不穩(wěn)定因素。新開(kāi)發(fā)的芯片具有光纖線路質(zhì)量在線測(cè)試、故 障定位、 ACL等很多實(shí)用性很強(qiáng)的功能，既能有效的保護(hù)用戶投資，又能將 極大地減少用戶的維護(hù)成本。 (2) 軟件投資。 有網(wǎng)管功能以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的研發(fā)工作除了硬件布線 外，軟件編程更為重要。網(wǎng)管軟件的開(kāi)發(fā)工作量較大，包括圖形化用戶接口 部分、網(wǎng)管模塊嵌入式系統(tǒng)部分、收發(fā)器電路板上網(wǎng)管信息處理單元部分。 其中網(wǎng)管模塊嵌入式系統(tǒng)尤為復(fù)雜，研發(fā)門(mén)檻較高，需要使用嵌入式操作系

11、 統(tǒng)，如 VxWorks，linux 等。需要完成 SNMP代理， telnet 、web 等復(fù)雜軟件 工作。 (3) 調(diào)試工作。有網(wǎng)管功能以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的調(diào)試工作包括兩部分： 軟件調(diào)試和硬件調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中，電路板布線、元器件性能、元器件焊 接、PCB板質(zhì)量、環(huán)境條件以及軟件編程中的任一因素都會(huì)影響以太網(wǎng)光纖 收發(fā)器的性能。調(diào)試人員必須具備綜合素質(zhì)，全面考慮收發(fā)器出現(xiàn)故障的各 種因素。 (4) 人員的投入。 普通以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的設(shè)計(jì)只需一個(gè)硬件工程師便 可完成。有網(wǎng)管功能的以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的設(shè)計(jì)工作除了需要硬件工程師完 成電路板布線外，還需要眾多軟件工程師完成網(wǎng)絡(luò)管理的編程，而且要求軟

12、 硬件設(shè)計(jì)者密切配合。 2 兼容性 OEMC應(yīng)支持 IEEE802、CISCO ISL 等常用網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，以保證以太網(wǎng) 光纖收發(fā)器有良好的兼容性。 3 環(huán)境要求 a. 輸入輸出電壓。 OEMC的工作電壓多為 5 伏或伏，但以太網(wǎng)光纖收發(fā) 器上另一個(gè)重要的器件光收發(fā)一體模塊的工作電壓絕大多數(shù)為 5 伏。若 兩者工作電壓不一致，則會(huì)增加 PCB板布線的復(fù)雜程度。 b. 工作溫度。在選擇 OEMC的工作溫度時(shí)，開(kāi)發(fā)人員需從最不利的條件 出發(fā)并留有余地， 比如夏天最高氣溫達(dá) 40，而以太網(wǎng)光纖收發(fā)器機(jī)箱內(nèi)部 因?yàn)楦鞣N元器件尤其是 OEMC發(fā)熱。因此，以太網(wǎng)光纖收發(fā)器工作溫度的上 限指標(biāo)一般不應(yīng)低于

13、50。 光纖收發(fā)器的分類(lèi) 隨著光纖收發(fā)器產(chǎn)品的多樣化發(fā)展，其分類(lèi)方法也各異，但各種分類(lèi)方法 之間又有著一定的關(guān)聯(lián)。 按速率來(lái)分 可以分為單 10M、 100M、 1000M 的光纖收發(fā)器、 10/100M 自適應(yīng)、 10/100/1000M 自適應(yīng)的光纖收發(fā)器。 其中多數(shù)單 10M、100M和 1000M的收發(fā) 器產(chǎn)品工作在物理層，在這一層工作的收發(fā)器產(chǎn)品是按位來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。 該轉(zhuǎn)發(fā)方式具有轉(zhuǎn)發(fā)速度快、時(shí)延低等方面的優(yōu)勢(shì)，適合應(yīng)用于速率固 定的鏈路上。 而 10/100M、10/100/1000M 光纖收發(fā)器是工作在數(shù)據(jù)鏈路層， 使用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)制， 這樣轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制對(duì)接收到的每一個(gè)數(shù)據(jù)包都要讀取它的 源 MAC地址、目的 MAC地址和數(shù)據(jù)凈荷，并在完成 CRC循