解密易飞扬40G QSFP+ PSM4光模块 以太网, 飞扬

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一、背景和意义
在1980年2月IEEE 802 标准委员会成立之后，以太网在各个层面中的输送速度有了显著提升，更新时间随之大幅缩短。随后，IEEE采纳了802.3ba，为40G/100G以太网的发展带来了更大空间。借助网速的提升，网络将新发现的10G以太网资源移动到接入层，使得更强大的 40G 以太网设备处理聚合层及核心层的流量。综合来看，40G/100G 以太网必将成为IT环境不可或缺的一部分。
40G/100G 以太网是由IEEE802.3ba Group 开发的以太网标准，支持每秒 40/100Gb的以太网帧传送，同时确立了通过主干网络、铜缆布线、多模光缆和单模光缆通信的物理层规范。40G 以太网拥有四倍容量，且可经济地迁移至100G以太网。当前部分生产商，在考虑到迫切程度的增加以及价格的降低等因素，是否应暂缓部署 40G 以太网技术而等待100G以太网面市方面出现争论，但鉴于40G以太网的设计灵活性和相对 100G 以太网的成本优势，这不一定是一个问题。
目前，40G已以太网普遍应用于接入链路。以太网标准传统上依靠双工光纤布线，每个信道有一条光纤负责发射，另一条负责接收。但802.3ba 标准要求每个信道有多个流量通道。虽然10G以太网仍被广泛运用于数据中心，但我们必须提前考虑未来需求：高带宽应用，例如服务器虚拟化和云计算、数据中心光纤整合、以及最终用户对于更高性能计算的需求。对更快的数据传输速率的需求将不断增长并对网络生产效率和成本带来重要意义。OTN是由一组通过光纤链路连接在一起的网元组成的网络，可对信号提供更短的物理封装层次，传送效率更高，支持更高带宽，传送层的监管更完善，协议完全透明，因此越来越多的不同客户信号类型（如SDH\Ethernet、Fibre channal）需要在OTN上进行传输。

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二、40G PSM应用
作为一款高度集成四通道模块，40G PSM具有更高的端口密度的优势，同时也为整个系统的运行节省了不少成本。这种光模块的光口采用了单模技术PSM（Parallel Single Mode），利用四通道全双工并行设计的MPO/MTP接口，可实现10KM的有效传输。经过激光器阵列将电信号转换成光信号，再由光电检测器阵列将光信号转换为电信号，简言之并行的光信号是通过8根光纤进行平行发送的。
40G PSM除了支持常规SDR/DDR/QDR带宽连接、10/40G以太网、数据中心应用外，易飞扬等推出的40G PSM LR4更是满足了SONET OC-192,OTU1e, OTU2 ,OTU2e 和 OTU3速率的应用要求，拓宽或弥补了40G LR的应用领域。

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三、40G PSM工艺介绍
同为40G LR系列产品，40G PSM LR/IR区别于40GLR/IR的地方主要在于发射和接收器件，这也决定了两者在生产工艺上的大不同，40GLR/IR组件采用4通道集成气密性蝶形封装的形式，在TOSA和ROSA里面分别结合了CWDM-DEMUX/MUX技术，而40G PSM LR/IR顾名思义是四路单模并行，四通道独立而统一，以COB形式制作。
对比同样采用COB工艺的40GSR4，以易飞扬40G PSM LR4为例，其工艺难点在于发射端四通道统一性的把控，因为四通道发射器件的独立制作增加了不确定性和通道差异性。从LD、透镜、隔离器等与载体、基板的组装到光耦合,光耦合可以说是整个成品制作流程的重中之重，目前易飞扬生产采用施加特定大小值的直流电流对激光器进行耦光，避免了交流耦光的繁琐。
由于通过金线绑定实现激光器供电，LD+、LD-和GND之间的联系和隔离就显得尤为重要了，下图红色标记处为三者所处基板之间的隔离槽，若任意两者通过载体或基板实现不正常连接，激光器工作异常。除此之外，LD本身在整个过程中也有被损坏的风险，故而延伸出LD性能检验环节，同理PCBA检验文件也在前端对项目顺利有效进行起到了良好的作用。

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产品光纤接口类型为MPO，对应插芯类型为APC，即所说的斜面插芯，倾斜角度为8°。

四、探测器及激光器性能检验数据：
1、探测器参数测试（by平台设计部）：

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2、探测器参数测试
光谱分析：

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PIV曲线扫描

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高低温激光器性能测试

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五、模块热量分布（40G QSFP PSM LR4）：
模拟条件：环境温度25℃&70℃
自然对流20W
导热片11W

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结论描述：光模块在自然对流情况下温度最高的位置是是DFB器件，PCB板的温度分布集中位置是位于左边的两个DFB CHIP，因其底下的散热面积较小且较靠近MCU，需要加强散热。


六、40G PSM
前景：

随着
40G光模块及其相关系列产品的成熟，功能型设计已然不是行业的主要卖点，性价比取而代之，即成本和性能可靠性的优化。在40G、100G产品中，高密度、小体积成为业界共同追求的目标，因此阵列芯片已经成为高速产品的唯一选择。对于PD和VCSEL来说，加工成为阵列相对容易很多，而对于长距传输的DFB、FP激光器，由于材料和工艺本身的限制，加工成为阵列非常困难，行业里很难见到DFB阵列芯片或者FP阵列芯片。尽管如此FA在40G、100G光器件的需求是增长的，所以40G PSM作为长距系列产品的优势和趋势不言而喻。
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