¿Cuál es la diferencia entre 50G SFP56 y QSFP28?

Introducción

Con el advenimiento de la era de la tecnología de comunicación móvil (5G) de quinta generación, la densidad de la estación base tradicional de la tecnología de comunicación móvil (5G) de cuarta generación ya no puede satisfacer la demanda mucho mayor de ancho de banda 4G. Hasta noviembre de 4, China ha construido y abierto 5 millones de estaciones base 2021G, lo que representa más del 1.39 % del total mundial, y planea construir más de 5 60 nuevas estaciones base 600,000G en 5. Fiber Mall ha demostrado a través de análisis teóricos y pruebas que el diseño del módulo óptico se puede usar en un Quad Small Form-factor Pluggable (QFFP) con un mayor rendimiento, menor costo, menor consumo de energía y mejor implementación. Mediante análisis teóricos y pruebas, Fiber Mall ha demostrado que el módulo óptico 2022G conectable de factor de forma pequeño (SFP) diseñado sobre la base de la teoría de diseño del módulo óptico 50G conectable de factor de forma pequeño cuádruple (QSFP) puede resolver mejor los problemas del aumento de datos demanda, espacio limitado y costo limitado en red 50G fronthual.

Principio de funcionamiento del módulo óptico tradicional QSFP28 50G

Ya sea en el diseño y desarrollo inicial o en la puesta en servicio posterior, los problemas centrales de los módulos ópticos se encuentran en el subconjunto óptico del transmisor (TOSA), el subconjunto óptico del receptor (ROSA) y los dispositivos relacionados.

TOSA es un dispositivo que convierte señales eléctricas en señales ópticas, el cual tiene una estructura compleja, alta precisión y alto precio, mientras que ROSA es un dispositivo que convierte señales ópticas en señales eléctricas, que contiene principalmente recepción y amplificación.

en lo convencional Módulo óptico QSFP28 50G Como solución, se introducen dos señales eléctricas de 25 Gbit/s sin retorno a cero (NRZ) en un chip de códec de modulación de amplitud de 4 pulsos (PAM4). La señal se convierte en una señal PAM50 de 4G de la manera que se muestra en la Figura 1 y se alimenta a un controlador de láser, que amplifica la señal e impulsa la luz de los láseres de modulación directa (DML).

Figura 1. Diagrama esquemático de conversión de señal NRZ a señal PAM4

ROSA convierte las señales ópticas recibidas en señales eléctricas y las transmite al chip de códec PAM4, que a su vez convierte las señales PAM4 en dos señales NRZ. La Unidad de Microcontrolador (MCU) está involucrada en el control de todo el proceso de transmisión. La figura 2 muestra el diagrama de bloques de transmisión de señal del módulo óptico QSFP28 de 50 Gbit/s.

Figura 2. Diagrama de bloques de transmisión de señal del módulo óptico QSFP28 de 50 Gbit/s

Análisis del principio de diseño del módulo óptico SFP56 50G

Basado en el módulo óptico QSFP28 50G, existen tres direcciones de investigación para los módulos ópticos 50G en los últimos años.

(1) Uso de paquetes más pequeños para evitar el desperdicio de canales, facilitar la colocación y reducir el consumo de energía.

(2) Mejorar el rango de aplicabilidad de temperatura del módulo, como actualizar el rango de aplicabilidad de temperatura de C-Temp (0 a 70 °C) a I-Temp (-40 a 85 °C).

(3) Para mejorar la distancia de transmisión óptica del módulo, por ejemplo, para aumentar la distancia de transmisión óptica de 10 km a 40 km.

Este estudio comenzará desde estas direcciones y diseñará un módulo óptico SFP56 50G con un paquete más pequeño, mayor rendimiento, menor consumo de energía y mayor distancia de transmisión en función de los antecedentes técnicos del módulo óptico QSFP28 50G.

En el lado del transmisor, la señal eléctrica PAM4 ingresa al chip SEMTECH GN2256, que impulsa el láser modulado externo (EML) para emitir la señal óptica 50G PAM4 después de la unidad de reloj y recuperación de datos (CDR). En comparación con el DML, el EML emite la misma luz y el controlador del láser impulsa el modulador externo para ajustar el tamaño real de la salida de luz, lo que hace que este tipo de láser sea más adecuado para la transmisión a larga distancia. Para el lado receptor, los paquetes de módulos ópticos SFP56 y QSFP28 funcionan básicamente de la misma manera. El marco de la placa del módulo óptico SFP56 50G se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Marco de la placa del módulo óptico SFP56 50G

Comparación del tamaño del módulo óptico 50G y el consumo de energía entre QSFP28 y SFP56

El tamaño del módulo óptico tendrá un mayor impacto en la construcción de la red de reenvío. Si el módulo se puede hacer más pequeño para la misma velocidad de transmisión, se pueden instalar más módulos en una sola placa del mismo tamaño. Esto aumenta la tasa de transmisión de placa única y también se puede considerar como un tamaño de placa más pequeño necesario para lograr la misma velocidad de placa única, lo que ayuda a reducir el tamaño del dispositivo.

La Tabla 1 muestra el tamaño y el costo de QSFP28 y SFP56 y el consumo de energía en la transmisión de 50G, como se puede ver en la tabla, sin tener en cuenta el impacto del anillo de tiro de la longitud del módulo en la premisa de que.

Tabla 1. Tamaño y costo de QSFP28 y SFP56 y consumo de energía en transmisión de 50G

(1) La cantidad de módulos ópticos en paquete SFP56 que se pueden colocar en una sola placa del mismo tamaño es 1.68 veces mayor que la cantidad de módulos ópticos en paquete QSFP28 que se pueden colocar.

(2) El consumo de energía de un solo módulo óptico SFP56 50G de 40 km es el 57.9 % del de un Módulo óptico QSFP28 50G 10 km.

(3) El costo de un solo módulo óptico SFP56 50G 40 km es el 213.88% del costo de un módulo óptico QSFP28 50G 10 km.

Se puede concluir que al colocar el módulo óptico SFP56 50G 40 km en una placa única del mismo tamaño en comparación con el módulo óptico QSFP28 50G 10 km, el consumo de energía es básicamente el mismo, pero la velocidad de la placa única aumenta 1.68 veces, o se logra el misma velocidad de transmisión de placa única, el área de placa única se reduce en un 40.5 % y el consumo de energía se reduce en un 42.1 %.

El costo de un módulo óptico convencional QSFP28 50G 10 km C-Temp (0 a 70 °C) es de aproximadamente $180/uds, y el costo del módulo óptico SFP56 50G 40 km I-Temp (-40 a 85 °C) en este diseño cuesta alrededor de $ 385 / pcs, por lo que el costo de un módulo óptico de paquete SFP56 es solo el 26.6% del de un paquete QSFP28 para la misma distancia y la misma velocidad de transmisión. El costo es solo el 26.6% del paquete QSFP28.

Prueba de comparación del patrón de ojo óptico y la sensibilidad del módulo óptico 50G QSFP28 y SFP56

Los módulos ópticos QSFP28 50G 10 km C-Temp y SFP56 50G 40 km I-Temp se pueden probar mediante bucle automático o agregando una fuente de luz externa. Para evitar la influencia de la temperatura ambiente en la fuente de luz al medir los parámetros relacionados con el lado ROSA, este estudio opta por construir un entorno de prueba agregando una fuente de luz externa para realizar pruebas de comparación. Como se muestra en la Figura 4, la luz del dispositivo bajo prueba (DUT) se divide mediante un divisor de haz y el 90 % de la luz se alimenta al Analizador de comunicación digital (DCA) para medir los parámetros relacionados con el diagrama de ojo óptico. y el 10 % de la luz se introduce en el analizador de espectro óptico (OSA) para medir la longitud de onda y la relación de supresión de modo lateral (SMSR). La luz del módulo óptico conocido se introduce en el DUT después de pasar por el atenuador (ATT) para medir los parámetros relacionados con DUT Rx, y el Bit Error Tester (BERT) proporciona la señal de modulación para la placa de evaluación (EVB) y el reloj. señal para el DCA. El DUT se coloca en un termostato y la temperatura ambiente de su funcionamiento se puede cambiar artificialmente, de modo que se sabe que el módulo óptico se coloca en un ambiente de temperatura constante. Se usa un multímetro para la calibración de voltaje del módulo óptico, se usa una computadora personal (PC) para ajustar los parámetros del módulo óptico a través de una interfaz gráfica de usuario (GUI) y se usa una fuente de alimentación para alimentar los dos EVB.

Figura 4. Diagrama de bloques de prueba con fuente de luz externa añadida

Los diagramas de ojo óptico de los dos módulos ópticos a temperatura ambiente se muestran en la Figura 5, y los parámetros relacionados se muestran en la Tabla 2. Como se puede ver en la tabla, el diagrama de ojo de dispersión del transmisor cuaternario cerrado (TDECQ) de QSFP28 50G óptico módulo y Módulo óptico SFP56 50G a temperatura ambiente son de 2.49 dB y 1.98 dB, respectivamente, con relaciones de extinción de 6.529 dB y 4.749 dB, y la potencia óptica media fue de 1.73 dBm y 0.69 dBm, respectivamente.

La fuente de luz externa se coloca en un ambiente a temperatura ambiente y su estado operativo se mantiene constante. En el enlace, la luz emitida por la fuente de luz externa ingresa al terminal QSFP28 50G ROSA y al terminal SFP56 50G ROSA después de ATT, y se encuentra que la sensibilidad de estos dos módulos a 25 °C es -11.3 y -11.9 dB respectivamente después de la medición.

Mesa 2. Óptico ojos diagrama relacionado parámetros de dos óptico módulos at room temperaturae

(a)QSFP28 50G

(b) SFP56 50G

Figura 5. Diagrama de ojo óptico a temperatura ambiente

El diagrama de ojo óptico del módulo óptico SFP56 50G en condiciones de temperatura alta y baja se muestra en la Figura 6, y los parámetros relacionados se muestran en la Tabla 3. Al ajustar la temperatura ambiente, el módulo óptico funciona a -40 y +85 °C, respectivamente, y la luz emitida por TOSA se alimenta a DCA después de 40 km de fibra. Después de ajustar los parámetros relevantes, el TDECQ es 2.52 y 2.77 dB, la potencia óptica promedio es 1.50 y 0.67 dBm, la relación de extinción es 4.401 y 4.402 dB, y la sensibilidad es -11.5 y -11.3 dB, todos de acuerdo con el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) 802.3cd. Ingenieros (IEEE) 802.3cd Requisitos relacionados con 50G.

Tabla 3. Parámetros relacionados con el diagrama del ojo óptico del módulo óptico SFP56 50G en condiciones de temperatura alta y baja

(un) -40° C

(b) +85°C

Figura 6. Diagrama de ojo óptico del módulo óptico SFP56 de 50 Gbit/s en condiciones de temperatura alta y baja

Dado que el rango de temperatura de funcionamiento del módulo óptico QSFP28 50G tradicional es de 0 ~ +70 °C, mientras que el del módulo óptico SFP56 50G en este estudio es de -40 ~ +85 °C, no es significativo comparar los parámetros de rendimiento de los dos a 0 °C y +70 °C. Los parámetros de rendimiento a alta y baja temperatura del módulo generalmente se ajustan a la relación lineal, es decir, el módulo con buen rendimiento a temperatura ambiente también tendrá buen rendimiento a alta y baja temperatura. Por lo tanto, solo es necesario probar los parámetros de rendimiento del módulo óptico SFP56 50G cuando funciona a -40 ℃ y +85 ℃. Siempre que los parámetros de rendimiento del módulo cumplan con los requisitos relevantes de 50G en IEEE 802.3cd en este entorno, el rendimiento de los dos módulos ópticos con diferentes paquetes se puede determinar combinando los parámetros de rendimiento a temperatura ambiente.

Como puede verse en la Tabla 3, en comparación con QSFP28, el TDECQ se reduce en un 20.5 % y la sensibilidad aumenta en 0.6 dB después de seleccionar SFP56. Se puede concluir que el rendimiento general del módulo óptico mejora aproximadamente un 20 % después de seleccionar el paquete SFP56, es decir, el paquete SFP56 es más adecuado para la aplicación del módulo óptico 50G que el paquete QSFP28.

Conclusión

Este experimento demuestra que Fiber Mall ha diseñado con éxito un módulo óptico SFP56 50G 40 km I-Temp basado en el módulo óptico QSFP28 50G 10 km con un paquete SFP56 más pequeño, reemplazando el chip de códec PAM4 Gearbox con un chip SEMTECH GN2256 CDR y combinando TOSA , ROSA y EML. En comparación con el módulo óptico QSFP28 50G 10 km C-Temp tradicional, el costo del módulo se reduce en un 73.4 % y el rendimiento general del módulo mejora en aproximadamente un 20 %, lo que puede funcionar en un entorno de trabajo más severo y todos los indicadores están en línea con los requisitos de 50G de IEEE 802.3cd. Módulo óptico SFP56 50G 40 km. El módulo óptico SFP56 50G de 40 km tiene muchas ventajas y se puede esperar que desempeñe un papel en la sustitución del módulo óptico QSFP28 50G de 10 km en futuras redes fronthaul 5G.