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賽孚電路-光模塊PCB廠家-光模塊結構與光模塊分類

光模塊的相關知識，包括其定義、組成結構、分類方式等，具體內容如下：

2024-12-09 18:21:54深圳市賽孚電路科技有限公司

說到光模塊，很多用過光模塊的人肯定很清楚光模塊有很多種，但還有很多人只是見過或者知道有光模塊，但光模塊具體怎么分類的，我相信很多人都和我們一開始接觸光模塊一樣都是一知半解，甚至云里霧里的只知道都是光模塊，但具體有什么不一樣就有點摸不著頭腦了。閑話少說，接下來我們就來給大家介紹一下我們的主人公吧。

光模塊(optical module)由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發射和接收兩部分。簡單的說，光模塊的作用就是發送端把電信號轉換成光信號，通過光纖傳送后，接收端再把光信號轉換成電信號。常見的傳輸方式如下圖所示：

從結構組成上看，絕大多數基礎性光模塊均采用了收發一體形式，其內部主要由光發射組件TOSA(Transmitting Optical Sub-Assembly)、光接收組件ROSA(Receiving Optical Sub-Assembly）、發射驅動電路(激光器芯片)、接收信號處理電路（探測器芯片）構成，另外還有一種將發射組件與接收組件合二為一的BOSA(Bi-Directional Optical Sub-Assembly)組件，形成的單纖雙向光模塊，BOSA可以看作是TOSA與ROSA的集成體，同時具有光發射與接收的功能。簡單的光模塊內部構成大致如下圖所示：

在發射端，驅動芯片對原始電信號進行處理，然后驅動半導體激光器(LD)或發光二極管(LED)發射出調制光信號。在接收端，光信號進來之后，由光探測器芯片轉換為電信號，經前置放大器后輸出電信號。

為什么說光模塊很難弄明白呢，主要是它的種類太多，同時可以按照不同的角度去進行分類，通俗來說就是本來同一個東西但有很多種不同的叫法，更BT的是有時同樣的叫法可以有很多種不同的東西，所以就經常會被人搞混，云里霧里的。常用的可以按照單口大傳輸速率（單口帶寬）、接口封裝類型、波長、傳輸模式、傳輸距離和調制格式等去進行分類，下面我們分別介紹幾種常見的分類方式。

按照單口大傳輸速率（單口大傳輸帶寬更合適些）來分：

1、按單口大傳輸速率分類：

按照單口大的傳輸帶寬，也就是一個光口總的傳輸速率可以分為：3.2Tbps(3.2TE)光模塊、1.6Tbps(1.6TE)光模塊、800Gbps（800GE）光模塊、400Gbps(400GE)光模塊、200Gbps(200GE)光模塊、100Gbps(100GE)光模塊、40Gbps(40GE)光模塊、25Gbps(25GE)光模塊、10Gbps(10GE)光模塊、1.25Gbps(1GE)光模塊、FE光模塊等。我們說的1.6T光模塊，其實指的是這個光模塊單口大的傳輸速率是1.6Tbps。

2、按單對大傳輸速率分類（這種分類一般用的少，主要是設計和仿真人員會關注）

按照光器件所能承載的單對無誤碼傳輸的大電信號速率來進行分類，也就是我們設計和仿真時關心的單對差分信號的傳輸速率，可以分為：125Mbps、1.25Gbps、10.3125Gbps、25/28Gbps、50/56Gbps、100/112Gbps和200G/224Gbps等光模塊。單對差分速率乘以發送或接收對數就決定了上面單口大的速率，同時也決定了這個光模塊每秒可以傳輸多少數據。如上面的1.6TE光模塊一般就是由200G/224Gbps的單對差分速率乘以8對得到的，也就是說我們現在做的1.6TE光模塊它的單對差分信號速率高到了200/224Gbps，這么高速的傳輸速率在PCB板上傳輸，對PCB的設計和制板工藝考驗巨大，這種情況下就需要在設計過程中通過精確的仿真來確保通道的性能，同時還需要有靠譜的加工才能保證終產品的落地，哪一個環節都不能出現太大的偏差。

3、按接口封裝類型分類（常見的）

傳輸速率越高，結構越復雜，由此產生了不同的接口封裝類型。常見的光模塊封裝類型有：SFP（1GE）光模塊、SFP+（10GE）光模塊、SFP28（25GE）光模塊、QSFP+（40GE）光模塊、CFP（40GE-100GE）光模塊、CFP2 /CFP4（100GE-400GE）光模塊、QSFP28（100GE）光模塊、QSFP-DD（400GE-800GE）光模塊、OSFP(800GE)光模塊、OSFP-XD/OSFP224(1.6TE)光模塊等。還有早期速率比較低的GBIC，就是Giga Bit-rate Interface Converter(千兆接口轉換器)光模塊在2000年之前，GBIC是流行的光模塊封裝，也是應用的千兆模塊形態。下面可以看看每種具體光模塊的介紹。

SFP，全稱Small Form Pluggable，即小型可熱插拔光模塊。它的小，就是相對GBIC封裝來說的。SFP的體積比GBIC模塊減少了一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口數量。在功能上，兩者差別不大，都支持熱插拔。SFP支持大帶寬是4Gbps。

XFP，是10-Gigabit Small Form-factor Pluggable的簡稱，又叫萬兆SFP。XFP采用一條XFI(10Gb串行接口)連接的全速單通道串行模塊。

SFP+，它和XFP一樣是10G的光模塊。SFP+的尺寸和SFP一致，比XFP更緊湊(縮小了30%左右)，功耗也更低(減少了一些信號控制功能)。此外，為了增加容量和空間，還會把多個SFP+口做成一個器件，衍生出了zSFP+等。

QSFP，Quad Small Form-factor Pluggable的簡稱，也即四通道SFP接口，很多XFP中成熟的關鍵技術都應用到了該設計中。根據速度可將QSFP分為4x10GQSFP+、4x25GQSFP28、8x25GQSFP28-DD光模塊等。以QSFP28為例，它適用于4x25GE接入端口。使用QSFP28可以不經過40G直接從25G升級到100G，大幅簡化布線難度以及降低成本。和SFP+一樣，為了容量和空間考慮，會把多個QSFP接口上下左右堆成多個接口作為一個整體，這樣就衍生出了QSFP+、zQSFP+和microQSFP等接口，如下圖所示：

QSFP-DD，DD指的是“Double Density(雙倍密度)”。將QSFP的4通道增加了一排通道，變為了8通道。它可以與CDFP方案兼容，原先的QSFP28模塊仍可以使用，只需再插入一個模塊即可。QSFP-DD的電口金手指數量是QSFP28的2倍。QSFP-DD每路采用25Gbps NRZ或者50Gbps PAM4信號格式。采用PAM4，高可以支持400Gbps速率。

OSFP，Octal Small Form Factor Pluggable的簡稱，“O”“八進制”，它被設計為使用8個電氣通道來實現400GbE(8*56GbE，但56GbE的信號由25G的DML激光器在PAM4的調制下形成)，尺寸略大于QSFP-DD，更高瓦數的光學引擎和收發器，散熱性能稍好。

CFP，Centum gigabits Form Pluggable的簡稱，也叫密集波分光通信模塊。傳輸速率可達100-400Gbps。CFP是在SFP接口基礎上設計的，尺寸更大，支持100Gbps數據傳輸。CFP可以支持單個100G信號，一個或多個40G信號。

CFP、CFP2、CFP4、CFP8的區別在于體積。CFP2的體積是CFP的二分之一，CFP4是CFP的四分之一。CFP8是專門針對400G提出的封裝形式，其尺寸與CFP2相當。支持25Gbps和50Gbps的通道速率，通過16x25G或8x50G電接口實現400Gbps模塊速率。