تقنية الترابط البصري: ما هي وحدات الإرسال والاستقبال الضوئية و AOC و DAC و ACC؟

بالإضافة إلى لوحة PCB أو لوحة معززة ، هناك العديد من الطرق لتحقيق اتصال عالي السرعة ، والتي لا تتطلب بالضرورة وحدات بصرية. وفقًا لمسافات النقل المختلفة والتكاليف ومتطلبات مرونة الأسلاك ، فإن أوضاع الاتصال الرئيسية هي كبل التوصيل المباشر (DAC) والكابل النحاسي النشط (ACC) والكابل البصري النشط (AOC) ، ووحدة الإرسال والاستقبال الضوئية (الوحدة الضوئية) تربط عدة طرق. الجدول التالي هو مقارنة بين الميزات الرئيسية للعديد من الاتصالات عالية السرعة.

طريقة الاتصال	السعر	مسافة الاتصال	الوزن	مرونة	استهلاك الطاقة	الموثوقية	سيناريوهات التطبيق الرئيسية
DAC / ACC	☆	☆	☆☆	☆☆	☆☆☆☆	☆☆☆☆	في الخزانة أو الخزانات المجاورة ؛ اتصال تبديل الخادم
AOC	☆☆☆	☆☆	☆☆☆☆	☆☆☆	☆☆	☆☆☆	داخل خزانة أو في نفس الصف من الخزانات ؛ اتصال تبديل الخادم
وحدة بصرية متعددة الأوضاع	☆☆	☆☆	☆☆☆☆	☆☆☆☆	☆☆	☆☆	في نفس الصف من الخزانات أو في نفس غرفة الخادم ؛ اتصال التبديل
وحدة بصرية أحادية الوضع	☆	☆☆☆☆	☆☆☆☆	☆☆☆☆	☆	☆☆	داخل أو عبر غرف الخادم ؛ اتصال التبديل

DAC (كابل توصيل مباشر)، المعروف أيضًا باسم الكابلات النحاسية السلبية ، يستخدم أسلاك نحاسية موصلة لتوصيل طرفين مباشرة. DAC الداخلي بشكل عام عبارة عن هيكل Twinax محمي ، سلك شائع الاستخدام 24AWG ، 26AWG ، 28AWG ، 30AWG ، 32AWG ، إلخ. لذلك ، عادةً ما تكون DACs طويلة المدى مصنوعة من سلك بقيمة أقل من AWG ، لكن السلك السميك يكون أقل سهولة في الانحناء والأثقل.

لا تحتوي DAC على مكونات سلبية بالداخل ، لذا فهي تتمتع باستهلاك منخفض للطاقة ، ونطاق درجة حرارة واسع ، وموثوقية عالية ، وتكون أرخص بشكل عام. لذلك فهي تستخدم على نطاق واسع لاتصالات واجهة 10 جيجابت (مثل واجهات 10 جيجابت في الثانية SFP + أو 4 * 10 جيجابت في الثانية QSFP + واجهات).

نظرًا لأن الأسلاك النحاسية تتعرض للضياع ، فلا يمكن جعلها طويلة جدًا لضمان نقل موثوق للإشارات عالية السرعة. لذلك ، يبلغ طول كبلات DAC في مراكز البيانات عادةً حوالي بضعة أمتار (عادةً ما ترسل 10 جيجابت في الثانية حتى 7 أمتار ، و 25 جيجابت في الثانية حتى 5 أمتار ، و 56 جيجابت في الثانية لإشارات PAM-4 حتى حوالي 3 أمتار).

نظرًا لأن معدل انتقال واجهة خادم مركز البيانات من إشارة NRZ واحدة بسرعة 10 جيجابت / 25 جيجابت في الثانية إلى إشارة PAM-56 بسرعة 4 جيجابت في الثانية ، يتم تقليل مسافة الإرسال الخاصة بـ DAC بشكل كبير. لذلك في تطبيقات مركز البيانات التي تزيد عن 25 جيجابت في الثانية ، سيتم استبدال DAC تدريجيًا بكابل ACC أو كابل AOC.

يوضح الشكل أدناه مقارنة بين فقد الإدخال للعديد من الكابلات المحورية المزدوجة.

ACC (كبل نحاسي نشط) يشير إلى كبل نحاسي نشط ، ووسيط اتصاله هو نفس وسيط DAC. ومع ذلك ، تتم إضافة محرك إشارة نشط أو شريحة موازن داخل الكبل. يمكن أن تعوض هذه الرقائق النشطة عن جزء من الخسارة التي يسببها انتقال النحاس ، بحيث يمكنها نقل 2 إلى 3 مرات أبعد من DAC.

زادت كبلات ACC من استهلاك الطاقة والتكلفة مقارنة بكابلات DAC ، ويعتمد أداؤها في جزء كبير منه على عرض النطاق الترددي وقدرات الكسب والمعادلة لرقائقها الداخلية النشطة. بالنسبة لكابلات ACC ، يمكن تقسيم الشريحة النشطة المستخدمة إلى Redriver و Retimer.

Redriver عبارة عن شريحة تمثيلية نقية ، تستخدم أساسًا لمعادلة الإشارة وتضخيمها ، فقط لتعزيز الإشارة أو المكونات عالية التردد ، ولكنها ستتراكم الارتعاش والضوضاء.

سيعمل Retimer على استعادة الساعة ، وإعادة تشكيل الإشارة وإرسالها ، مما قد يؤدي إلى تحسين أفضل للإشارة ، لكن السعر واستهلاك الطاقة سيكونان أعلى.

يوضح الشكل التالي مقارنة كابل DAC وكابل ACC.

AOC هو كابل بصري نشط، والفرق بين DAC و ACC المقدم أعلاه هو أنه يحتوي على شريحة جهاز إرسال واستقبال بصري داخلي خاص لتحويل الإشارة الكهربائية إلى إشارة ضوئية ، ونقل الإشارة الحقيقي يكون من خلال الألياف الضوئية.

يمكن أن تكون مسافة إرسال AOC أبعد لأن فقدان الألياف الضوئية للإشارة أقل بكثير من السلك النحاسي. تستخدم AOC بشكل عام الألياف الضوئية متعددة الأوضاع ومصدر ضوء VCSEL ، ومسافة الإرسال من متر إلى 100 متر.

جهاز الإرسال والاستقبال البصري وواجهة الألياف الضوئية من AOC محكمان في واحد ، غير قابلين للتوصيل. الموصل المعدني المكشوف هو نفسه كبل النحاس العادي ، لذلك ليست هناك حاجة لتنظيف اتصال الألياف الضوئية. هذا يجعله يبدو ويستخدم مثل كابل نحاسي عادي. نظرًا لأن AOC ينتقل داخليًا عن طريق الألياف الضوئية ، فهو خفيف الوزن ، وبعيد مسافة الإرسال ، وسهل النقل ، وغير حساس للإشعاع الكهرومغناطيسي. ومع ذلك ، بسبب أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية المضمنة المقابلة ، سيكون السعر أعلى من DAC و ACC. لدى AOC مجموعة واسعة جدًا من التطبيقات في مراكز البيانات لمعدلات السرعة العالية والتوصيلات قصيرة المسافة.

وحدات الإرسال والاستقبال الضوئية، أو الوحدات الضوئية باختصار ، هي نوع من تقنية الاتصال البصري المستخدمة على نطاق واسع في كل من مراكز البيانات والاتصالات.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية و AOC في أن جهاز الإرسال والاستقبال البصري والألياف الضوئية يتم فصلهما إلى مكونات مختلفة: تُستخدم وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية لتحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية ، بينما تُستخدم الألياف الضوئية للتوصيل بين جهاز الإرسال والاستقبال البصري يمكن توصيل الوحدات النمطية والألياف الضوئية والوحدات النمطية الضوئية بمرونة من خلال واجهات خاصة (مثل SC و LC و MPO وما إلى ذلك).

أكبر ميزة لطريقة التوصيل هذه مقارنةً بـ AOC هي أنها يمكن أن تحقق وصلات مرنة بين الوحدات الضوئية والألياف الضوئية وفقًا لسيناريوهات التطبيق المختلفة. على سبيل المثال ، إذا كان بإمكان الوحدة الضوئية أن تدعم مسافة نقل تبلغ 500 متر ، فيمكن للمستخدم استخدام 100 متر من الألياف الضوئية أو 300 متر من الألياف الضوئية وفقًا لمسافة الاتصال الفعلية. بالإضافة إلى ذلك ، في العديد من مراكز البيانات الكبيرة وغرف الاتصالات ، يتم ترتيب موارد الألياف الضوئية مسبقًا من خلال إطار توزيع الألياف الضوئية أثناء مرحلة البناء ، بمجرد تلف الوحدة الضوئية المقابلة ، يمكن توصيل الوحدة الضوئية واستبدالها في الوقت المناسب ، وهو ما يؤدي إلى حد كبير يسهل أعمال التشغيل والصيانة.

يوضح الشكل التالي مقارنة AOC والوحدة البصرية.