SFP/SFP+/QSFP/QSFP+光模块和GTP/GTX/GTH/GTZ/GTY/GTM高速收发器

SFP/SFP+/QSFP/QSFP+光模块和GTP/GTX/GTH/GTZ/GTY/GTM高速收发器

  • SFP/SFP+/QSFP/QSFP+光模块
    • 概述
    • SFP
    • SFP+
    • QSFP
    • QSFP+
    • 关键参数说明
  • GTP/GTX/GTH/GTZ/GTY/GTM高速收发器区别
    • XILINX 7系列FPGA中高速收发器使用

SFP/SFP+/QSFP/QSFP+光模块

概述

SFP（ small form-factor pluggable）称为小封装热拔插光模块，应用于电信行业和光通信，它主要由光电子器件（光发射器、光接收器）、功能电路和光接口等部分组成，主要作用就是实现光纤通信中的光电转换和电光转换功能。光模块的工作原理如图 光模块工作原理图所示：
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SFP/SFP+/QSFP最关键的区别在于速率上的区别，这是因为使用的协议不同，SFP是基于IEEE802.3和SFF-8472，传输速率能够达到4.25 Gbps，SFP+规范是基于SFF-8431最高传输速率可以达到16Gbps，相较SFP和SFP+的1路收发通路，QSFP和QSFP+增加到了4路，也就是数据速率提高4倍，如下所示光模块协议发展到不同过程中一些版本的速率和接口类型。
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SFP

有多种传输速率155Mbps/1.25Gbps/3.125Gbps/2.5Gbps/1Gbps等，比如1Gbps SFP光模块又分多个种类，根据接口划分为光口和电口，1Gbps SFP的1000BASE-T光模块常采用RJ45电口，传输距离最长只有100m，此外还有1000BASE-LX、1000BASE-EX,1000BASE-BIDI等常采用LC光口，其区别主要是采用的模式和传输距离的差异，可以根据需要选用。
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其管脚定义如下所示：
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备注：

  • TD-/+ 是发射部分差分信号输入，采用交流耦合，差分线具有100欧姆输入阻抗，差分输入信号摆幅范围500mV~2400mV
  • RD-/+ 接受部分差分信号输出,采用交流耦合，差分线具有100欧姆输入阻抗，差分输出信号摆幅范围370~2000mV
  • TX_Fault:开集/漏极输出，需要由4.7K-10K电阻上拉至2~VCC+0.3V，激光器失效时为高电平，正常工作时为低电平
  • TX_Disable:关断使能输入，需要在模块内由4.7K-10K电阻上拉至2-VCC+0.3V ，低电平(0~0.8) 正常工作
  • LOS:开集/漏极输出,需要4.7K-10K电阻上拉至2-VCC+0.3V，当输入光功率低于最差接受光功率时，高电平告警。

连接方式举例：
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SFP+

SFP+外观和SFP尺寸相同，典型传输速率有6G/8/10G等，按照接口类型划分分为电口和光口，10G BASE-T的RJ45电口传输距离最大能达到30m，光口常采用LC接口。

QSFP

相较SFP每通道1Gbps传输速率，QSFP支持四条lane同时传输实现4Gbps传输速率，其他分类参数同SFP。其管脚定义如下所示：
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备注：

  • ModselL：为了使得I2C总线上可以挂载多个设备，使用此引脚选择是否响应总线通信请求。
  • ResetL：信号拉低会启动完整模块复位，默认内部将其上拉至VCC。
  • LPMode：低功耗模式，内部默认上拉至VCC。
  • Modprs：检测模块是否存在。
  • IntL:故障输出指示。

QSFP+

相较SFP+每通道10Gbps传输速率，QSFP+支持四条lane同时传输实现40Gbps传输速率，其他分类参数同SFP+。

关键参数说明

1、中心波长：单位纳米（nm），目前主要有3种：
*850nm（MM，多模，成本低但传输距离短，一般只能传输500M）；
*1310nm (SM，单模，传输过程中损耗大但色散小，一般用于40KM以内的传输)；
*1550nm (SM，单模，传输过程中损耗小但色散大，一般用于40KM以上的长距离传输，最远可以无中继直接传输120KM)；
2、 传输速率：指每秒钟传输数据的比特数（bit），单位bps，155Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps、10Gbps、40Gbps、100Gbps等。155M光模块也称FE（百兆）光模块，1.25G光模块也称GE（千兆）光模块，10G光模块称为万兆光模块。
3、传输距离：指光信号无需中继放大可以直接传输的距离，单位千米（也称公里，km）,光模块一般有以下几种规格：多模550m，单模15km、40km、80km和120km等等，详见第一项说明。
4、传输衰减
850nm波长用于多模光纤时： 3.0dB/KM
1310nm波长用于多模光纤时： 1.0dB/KM
1310nm波长用于单模光纤时： 0.4dB/KM
1550nm波长用于单模光纤时： 0.2dB/KM
5、光接口类型：
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6、光模块命名方式：
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GTP/GTX/GTH/GTZ/GTY/GTM高速收发器区别

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XILINX 7系列FPGA中高速收发器使用

在XC7A上使用的高速收发器是GTP
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在XC7K上使用的高速收发器是GTX
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在XC7V上GTX/GTH/GTZ都有使用，只有在高端的芯片上才使用了GTZ
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UltraScale和UltraScale+的FPGA，使用速度最低的也是GTH，高端的Virtex UltraScale+中使用了GTM
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Versal ACAP系列的芯片，使用的也是高端的GTY和GTM，下列的表总结了各系列FPGA的高速收发器的类型和性能
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