光模块结构与分类

光模块的相关知识，包括其定义、组成结构、分类方式等，具体内容如下：

说到光模块，很多用过光模块的人肯定很清楚光模块有很多种，但还有很多人只是见过或者知道有光模块，但光模块具体怎么分类的，我相信很多人都和我们一开始接触光模块一样都是一知半解，甚至云里雾里的只知道都是光模块，但具体有什么不一样就有点摸不着头脑了。闲话少说，接下来我们就来给大家介绍一下我们的主人公吧。

光模块(optical module)由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分。简单的说，光模块的作用就是发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。常见的传输方式如下图所示：

从结构组成上看，绝大多数基础性光模块均采用了收发一体形式，其内部主要由光发射组件TOSA(Transmitting Optical Sub-Assembly)、光接收组件ROSA(Receiving Optical Sub-Assembly）、发射驱动电路(激光器芯片)、接收信号处理电路（探测器芯片）构成，另外还有一种将发射组件与接收组件合二为一的BOSA(Bi-Directional Optical Sub-Assembly)组件，形成的单纤双向光模块，BOSA可以看作是TOSA与ROSA的集成体，同时具有光发射与接收的功能。简单的光模块内部构成大致如下图所示：

在发射端，驱动芯片对原始电信号进行处理，然后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出调制光信号。在接收端，光信号进来之后，由光探测器芯片转换为电信号，经前置放大器后输出电信号。

为什么说光模块很难弄明白呢，主要是它的种类太多，同时可以按照不同的角度去进行分类，通俗来说就是本来同一个东西但有很多种不同的叫法，更BT的是有时同样的叫法可以有很多种不同的东西，所以就经常会被人搞混，云里雾里的。常用的可以按照单口大传输速率（单口带宽）、接口封装类型、波长、传输模式、传输距离和调制格式等去进行分类，下面我们分别介绍几种常见的分类方式。

按照单口大传输速率（单口大传输带宽更合适些）来分：

1、按单口大传输速率分类：

按照单口大的传输带宽，也就是一个光口总的传输速率可以分为：3.2Tbps(3.2TE)光模块、1.6Tbps(1.6TE)光模块、800Gbps（800GE）光模块、400Gbps(400GE)光模块、200Gbps(200GE)光模块、100Gbps(100GE)光模块、40Gbps(40GE)光模块、25Gbps(25GE)光模块、10Gbps(10GE)光模块、1.25Gbps(1GE)光模块、FE光模块等。我们说的1.6T光模块，其实指的是这个光模块单口大的传输速率是1.6Tbps。

2、按单对大传输速率分类（这种分类一般用的少，主要是设计和仿真人员会关注）

按照光器件所能承载的单对无误码传输的大电信号速率来进行分类，也就是我们设计和仿真时关心的单对差分信号的传输速率，可以分为：125Mbps、1.25Gbps、10.3125Gbps、25/28Gbps、50/56Gbps、100/112Gbps和200G/224Gbps等光模块。单对差分速率乘以发送或接收对数就决定了上面单口大的速率，同时也决定了这个光模块每秒可以传输多少数据。如上面的1.6TE光模块一般就是由200G/224Gbps的单对差分速率乘以8对得到的，也就是说我们现在做的1.6TE光模块它的单对差分信号速率高到了200/224Gbps，这么高速的传输速率在PCB板上传输，对PCB的设计和制板工艺考验巨大，这种情况下就需要在设计过程中通过精确的仿真来确保通道的性能，同时还需要有靠谱的加工才能保证终产品的落地，哪一个环节都不能出现太大的偏差。

3、按接口封装类型分类（常见的）

传输速率越高，结构越复杂，由此产生了不同的接口封装类型。常见的光模块封装类型有：SFP（1GE）光模块、SFP+（10GE）光模块、SFP28（25GE）光模块、QSFP+（40GE）光模块、CFP（40GE-100GE）光模块、CFP2 /CFP4（100GE-400GE）光模块、QSFP28（100GE）光模块、QSFP-DD（400GE-800GE）光模块、OSFP(800GE)光模块、OSFP-XD/OSFP224(1.6TE)光模块等。还有早期速率比较低的GBIC，就是Giga Bit-rate Interface Converter(千兆接口转换器)光模块在2000年之前，GBIC是流行的光模块封装，也是应用的千兆模块形态。下面可以看看每种具体光模块的介绍。

SFP，全称Small Form Pluggable，即小型可热插拔光模块。它的小，就是相对GBIC封装来说的。SFP的体积比GBIC模块减少了一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量。在功能上，两者差别不大，都支持热插拔。SFP支持大带宽是4Gbps。

XFP，是10-Gigabit Small Form-factor Pluggable的简称，又叫万兆SFP。XFP采用一条XFI(10Gb串行接口)连接的全速单通道串行模块。

SFP+，它和XFP一样是10G的光模块。SFP+的尺寸和SFP一致，比XFP更紧凑(缩小了30%左右)，功耗也更低(减少了一些信号控制功能)。此外，为了增加容量和空间，还会把多个SFP+口做成一个器件，衍生出了zSFP+等。

QSFP，Quad Small Form-factor Pluggable的简称，也即四通道SFP接口，很多XFP中成熟的关键技术都应用到了该设计中。根据速度可将QSFP分为4x10GQSFP+、4x25GQSFP28、8x25GQSFP28-DD光模块等。以QSFP28为例，它适用于4x25GE接入端口。使用QSFP28可以不经过40G直接从25G升级到100G，大幅简化布线难度以及降低成本。和SFP+一样，为了容量和空间考虑，会把多个QSFP接口上下左右堆成多个接口作为一个整体，这样就衍生出了QSFP+、zQSFP+和microQSFP等接口，如下图所示：

QSFP-DD，DD指的是“Double Density(双倍密度)”。将QSFP的4通道增加了一排通道，变为了8通道。它可以与CDFP方案兼容，原先的QSFP28模块仍可以使用，只需再插入一个模块即可。QSFP-DD的电口金手指数量是QSFP28的2倍。QSFP-DD每路采用25Gbps NRZ或者50Gbps PAM4信号格式。采用PAM4，高可以支持400Gbps速率。

OSFP，Octal Small Form Factor Pluggable的简称，“O”“八进制”，它被设计为使用8个电气通道来实现400GbE(8*56GbE，但56GbE的信号由25G的DML激光器在PAM4的调制下形成)，尺寸略大于QSFP-DD，更高瓦数的光学引擎和收发器，散热性能稍好。

CFP，Centum gigabits Form Pluggable的简称，也叫密集波分光通信模块。传输速率可达100-400Gbps。CFP是在SFP接口基础上设计的，尺寸更大，支持100Gbps数据传输。CFP可以支持单个100G信号，一个或多个40G信号。

CFP、CFP2、CFP4、CFP8的区别在于体积。CFP2的体积是CFP的二分之一，CFP4是CFP的四分之一。CFP8是专门针对400G提出的封装形式，其尺寸与CFP2相当。支持25Gbps和50Gbps的通道速率，通过16x25G或8x50G电接口实现400Gbps模块速率。

在光口侧主要是使用8路53Gbps PAM4或者4路106Gbps PAM4实现400G的信号传输，在电口侧使用8路53Gbps PAM4电信号，采用OSFP或QSFP-DD的封装形式。

相比较来说，QSFP-DD封装尺寸更小(和传统100G光模块的QSFP28封装类似)，更适合数据中心应用。

OSFP封装尺寸稍大一些，由于可以提供更多的功耗，所以更适合电信应用。

其他的几种不常见的分类方式：

按照传输距离分类，有100米、300米、550米、10千米、20千米、40千米、80千米、120千米和160千米等光模块；

按照传输波长分类，有850nm、1310nm、1490nm、1550nm等光模块；

按照传输模式分类，有单模（黄色）、多模（橘黄色、蓝绿色）等光模块；