Технология оптического соединения: что такое модули оптического приемопередатчика, AOC, DAC и ACC?

В дополнение к печатной плате или объединительной плате существует множество способов достижения высокоскоростного соединения, для которых не обязательно требуются оптические модули. В соответствии с различными расстояниями передачи, затратами и требованиями к гибкости проводки, основными режимами подключения являются кабель прямого подключения (DAC), активный медный кабель (ACC), активный оптический кабель (AOC) и модуль оптического приемопередатчика (оптический модуль) подключаются несколькими способами. Следующая таблица представляет собой сравнение основных характеристик нескольких высокоскоростных соединений.

ЦАП (кабель прямого подключения), также известный как пассивный медный кабель, использует проводящие медные провода для прямого соединения двух концов. Внутренний ЦАП, как правило, представляет собой экранированную структуру Twinax, обычно используемый провод 24AWG, 26AWG, 28AWG, 30AWG, 32AWG и т. Д. Чем меньше значение AWG, тем толще провод, а потери также меньше. Таким образом, ЦАП дальнего действия обычно изготавливаются из провода с меньшим значением AWG, но более толстый провод сложнее согнуть и он тяжелее.

ЦАПы не имеют внутри пассивных компонентов, поэтому они имеют низкое энергопотребление, широкий температурный диапазон, высокую надежность и, как правило, дешевле. Поэтому они широко используются для интерфейсных соединений 10G (например, интерфейсы 10Gbps SFP+ или интерфейсы 4*10Gbps QSFP+).

Поскольку медные провода имеют потери, их нельзя делать слишком длинными, чтобы обеспечить надежную передачу высокоскоростных сигналов. Таким образом, длина кабелей DAC в центрах обработки данных обычно составляет около нескольких метров (обычно передающие сигналы 10 Гбит/с до 7 метров, 25 Гбит/с до 5 метров и 56 Гбит/с сигналов PAM-4 примерно до 3 метров).

По мере того, как скорость интерфейса сервера центра обработки данных переходит от одиночного сигнала NRZ 10G/25Gbps к сигналу PAM-56 4Gbps, дальность передачи DAC значительно сокращается. Таким образом, в центрах обработки данных со скоростью выше 25 Гбит/с DAC будет постепенно заменяться кабелем ACC или кабелем AOC.

На рисунке ниже показано сравнение вносимых потерь нескольких двойных коаксиальных кабелей.

ACC (активный медный кабель) относится к активному медному кабелю, среда подключения которого такая же, как у ЦАП. Однако внутрь кабеля добавляется микросхема драйвера активного сигнала или эквалайзера. Эти активные чипы могут компенсировать часть потерь, вызванных медной передачей, поэтому они могут передавать в 2-3 раза дальше, чем ЦАП.

Кабели ACC имеют повышенное энергопотребление и стоимость по сравнению с кабелями DAC, а их производительность в значительной степени зависит от пропускной способности, коэффициента усиления и возможностей выравнивания их внутренних активных микросхем. Для кабелей ACC используемый активный чип можно разделить на Redriver и Retimer.

Redriver — это чисто аналоговая микросхема, в основном предназначенная для выравнивания и усиления сигнала, только для усиления сигнала или высокочастотных компонентов, но она будет накапливать джиттер и шум.

Retimer восстановит синхронизацию, передискретизирует сигнал и отправит его, что может улучшить качество сигнала, но цена и энергопотребление будут выше.

На следующем рисунке показано сравнение кабеля DAC и кабеля ACC.

АОС это Активный оптический кабель, а разница между DAC и ACC, представленным выше, заключается в том, что он имеет специальный внутренний чип оптического приемопередатчика для преобразования электрического сигнала в оптический сигнал, реальная передача сигнала осуществляется через оптическое волокно.

Расстояние передачи AOC может быть больше, потому что потери сигнала в оптическом волокне намного ниже, чем в медном проводе. AOC обычно использует многомодовое оптоволокно и источник света VCSEL, дальность передачи составляет от метров до 100 метров.

Оптический трансивер AOC и оптоволоконный интерфейс объединены в единое целое и не подключаются. Открытый металлический разъем такой же, как у обычного медного кабеля, поэтому нет необходимости очищать оптоволоконное соединение. Благодаря этому он выглядит и используется как обычный медный кабель. Поскольку AOC передается внутри по оптическому волокну, он имеет малый вес, большую дальность передачи, простоту подключения и нечувствительность к электромагнитному излучению. Однако из-за соответствующих встроенных оптических приемопередатчиков цена будет выше, чем у DAC и ACC. AOC имеет очень широкий спектр приложений в центрах обработки данных для высокоскоростных соединений и соединений на короткие расстояния.

Модули оптического приемопередатчика, или для краткости оптические модули, представляют собой тип технологии оптической связи, которая широко используется как в центрах обработки данных, так и в телекоммуникациях.

Основное различие между модулем оптического приемопередатчика и AOC заключается в том, что устройство оптического приемопередатчика и оптическое волокно разделены на разные компоненты: модуль оптического приемопередатчика используется для преобразования электрических сигналов в оптические сигналы, а оптоволокно используется для соединения между оптическим приемопередатчиком. модули, а оптическое волокно и оптические модули можно гибко подключать через специальные интерфейсы (такие как SC, LC, MPO и т. д.).

Самым большим преимуществом этого метода соединения по сравнению с AOC является то, что он может реализовать гибкие соединения между оптическими модулями и оптическим волокном в соответствии с различными сценариями применения. Например, если оптический модуль может поддерживать расстояние передачи 500 м, пользователь может использовать оптическое волокно 100 м или 300 м в зависимости от фактического расстояния соединения. Кроме того, во многих крупных центрах обработки данных и телекоммуникационных помещениях оптоволоконные ресурсы предварительно распределяются через оптоволоконную распределительную раму на этапе строительства, после повреждения соответствующего оптического модуля оптический модуль можно своевременно подключить и заменить, что значительно облегчает эксплуатацию и техническое обслуживание.

На следующем рисунке показано сравнение AOC и оптического модуля.