Three Popular 10GBASE-SR SFP+ Modules Introduction

本文介绍了三种流行的10GBASE-SR SFP+模块:E10GSFPSR、455883 B21和J9150A。这些模块适用于数据中心,具有低功耗、小型化和高速度的特点。10GBASE-SR采用850nm激光,适合多模光纤。E10GSFPSR用于Intel Ethernet适配器,455883 B21为HPE Blade System产品,而J9150A适用于HPE Aruba交换机系列。

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Time has witnessed the history and development of optical transceivers over the years. As we can see, the modern transceiver modules are moving in the direction of hot-pluggable design, smaller size, lower cost, lower consumption and higher speed. To cater for the above needs, 10GBASE-SR SFP+ transceivers have been frequently used in data centers. So what’s the options for 10GBASE-SR SFP+ modules? This tutorial will introduce three popular types for you: E10GSFPSR, 455883 b21 and J9150A.

10GBASE-SR SFP+ Module

10GBASE-SR is a 10 Gigabit Ethernet port standard specified in IEEE 802.3 Clause 49 for multimode fiber. It adopts 850nm lasers, which has the advantages of low cost, low power consumption, small size, and high density. The letters “sr” refer to “short reach”, but the exact reach distance depends on the fiber types matched with transceivers. For instance, when used over OM1 fiber, the 10GBASE-SR has a maximum transmission length of 33 meters. However, nowadays 10GBASE-SR SFP+ is commonly connected with OM3 or OM4 fibers to reach up to respectively 300 or 400 meters. E10GSFPSR, 455883 b21 and J9150A are three popular 10GBASE-SR 300m SFP+ modules.

This table shows the detail information of the three popular 10GBASE-SR SFP+ modules.

Form Type SFP+ Data Rate 10.3125Gbps
Wavelength 850nm
<think>我们正在讨论10GBASE-SR光模块接口,这是一个10G以太网标准,使用多模光纤(MMF)进行短距离传输。根据引用[1]和[2],10GBASE-SR使用64B/66B编码,传输距离可达300米(在多模光纤上)。下面我将详细解释其原理、通信距离和实现方法。 ###10GBASE-SR光模块接口原理10GBASE-SR是IEEE802.3ae标准的一部分,其核心原理如下: 1. **编码方式**:采用64B/66B编码,将64位数据转换为66位块(添加2位同步头),编码效率高达97%(相比8B/10B的80%更高效)[^1]。 2. **光波长**:使用850nm短波长激光(VCSEL激光器)。3.**光纤类型**:基于多模光纤(OM3/OM4),利用其较大的纤芯直径(50μm或62.5μm)支持多模传输。 4. **调制方式**:直接调制激光强度(NRZ调制),逻辑“1”和“0”对应光脉冲的有无。 ###通信距离- **标准距离**:-OM3光纤(带宽470MHz·km):300米- OM4光纤(带宽4700MHz·km):400米[^2] -**实际限制**:距离受光纤带宽和模态色散影响。模态色散导致光脉冲展宽,限制传输速率和距离。###实现方法####1.硬件组成```mermaidgraphLRA[电接口] -->|XAUI或10G-Serial| B[光模块]B -->|850nm光信号| C[多模光纤] C--> D[接收端光模块]D -->E[电接口] ```- **光模块结构**:-**发射端**:VCSEL激光器+驱动电路+监控光电二极管-**接收端**:PIN光电二极管+跨阻放大器(TIA)+限幅放大器-**接口标准**:-电接口:XFI(10G串行)或XAUI(4通道×3.125Gbps)-光接口:LC双工连接器####2.关键设计参数| **参数**|**典型值**|**说明**| |------------------|---------------------------|------------------------------| |中心波长|840–860 nm|VCSEL工作波长范围| |平均发射功率|-7.3~ -1 dBm|激光器输出功率| |接收灵敏度| <-11.1dBm(BER=10^{-12})|最小可检测光功率| |消光比| >3 dB|逻辑1/0的光功率比|####3.信号处理流程```plaintext发送端:1.64B/66B编码器:将数据块添加同步头2.串行化:将66位并行数据转为串行流3.激光驱动:将电信号转换为光脉冲接收端: 1.光电转换:光脉冲转电信号2.时钟恢复:从66位块同步头提取时钟3.64B/66B解码:去除同步头并校验数据``` ####4.设计注意事项-**色散补偿**:OM3/OM4光纤的模态色散需通过均衡技术补偿。- **眼图安全裕量**:确保光眼图满足模板要求(IEEE802.3标准)。- **热管理**:VCSEL温度升高会导致波长漂移,需散热设计。###典型应用场景-数据中心机架内连接(服务器-交换机)-企业网络主干短距离互联-高性能计算集群互连>**关键提示**:10GBASE-SR是成本最低的10G光模块方案,但仅适用于短距多模环境。长距离需选用LR/ER等单模方案[^2]。 §§相关问题§§1.10GBASE-SR10GBASE-LR的主要区别是什么? 2.如何测试10GBASE-SR光模块的眼图是否符合标准? 3. OM3和OM4光纤在10GBASE-SR应用中有何性能差异?4.VCSEL激光器在10GBASE-SR中的工作原理是什么? 5.64B/66B编码相比8B/10B编码有哪些优势?</think>### 10GBASE-SR光模块接口技术详解 #### 一、核心原理 10GBASE-SR(Short Range)是基于IEEE 802.3ae标准的10G以太网物理层规范,专为短距离多模光纤传输设计: 1. **光信号调制**: - 采用850nm VCSEL(垂直腔面发射激光器)光源 - 使用NRZ(非归零码)调制,符号率10.3125Gbaud - 编码方式:64B/66B(每64位数据添加2位同步头)[^1] 2. **光纤传输机制**: ```mermaid graph LR A[电信号输入] --> B[64B/66B编码] B --> C[激光驱动电路] C --> D[850nm VCSEL发射] D --> E[多模光纤传输] E --> F[PIN光电二极管接收] F --> G[跨阻放大器] G --> H[时钟数据恢复] H --> I[64B/66B解码] I --> J[电信号输出] ``` 3. **核心优势**: - 功耗低(典型值1.5-2W) - 成本仅为单模方案的1/3 - 支持热插拔(SFP+封装) #### 二、通信距离 距离取决于光纤类型(ISO/IEC 11801标准): | **光纤类型** | **带宽(MHz·km)** | **最大传输距离** | **衰减(dB/km)** | |--------------|------------------|------------------|----------------| | OM2 | 500 | 82m | 3.5@850nm | | OM3 | 1500 | 300m | 2.6@850nm | | OM4 | 3500 | 400m | 2.5@850nm | | OM5 | 4700 | 440m | 2.3@850nm | > **关键限制**:模态色散是距离瓶颈,光纤带宽需满足: > $$ \text{最小带宽} = \frac{\text{数据速率}}{\sqrt{N}} \times K $$ > 其中$N$为模式群数,$K$为色散系数[^2] #### 三、实现方法 **1. 硬件设计要点** - **光模块结构**: ```plaintext +---------------------+ | 电接口 (SFP+ Conn) | |---------------------| | CDR电路 | <--- 时钟数据恢复 | 激光驱动器 | | VCSEL(850nm) | |---------------------| | PIN/TIA接收器 | <--- 跨阻放大器 | 限幅放大器 | +---------------------+ ``` - **关键电路**: - 激光驱动:需预加重补偿(+3dB@5GHz) - 接收端:噪声系数<12dB,灵敏度<-11dBm(BER=10⁻¹²) - 电源:3.3V±5%,纹波<50mV **2. 系统集成** - **光纤链路预算计算**: $$ P_{\text{rec}} = P_{\text{trans}} - \alpha_{\text{fiber}} \times L - \alpha_{\text{conn}} \times N $$ 其中: - $P_{\text{trans}}$:发射功率(典型值-4~-1dBm) - $\alpha_{\text{fiber}}$:光纤衰减(OM3:2.5dB/km) - $\alpha_{\text{conn}}$:连接器损耗(LC型:0.5dB/个) - **眼图规范**: | **参数** | 要求值 | |----------------|---------------| | 眼高 | >100μA | | 眼宽 | >0.3UI | | 抖动 | <0.3UIpp | **3. 设计验证** 1. **发射端测试**: - 光谱宽度:<0.6nm(RMS) - 消光比:>6dB 2. **接收端测试**: - 误码率:<10⁻¹²@-11dBm - 过载点:>-1dBm 3. **系统测试**: - 抖动容限:符合IEEE 802.3ae模板 - 温度范围:0°C~70°C工作 #### 四、应用场景 1. **数据中心**: - 机架内服务器-交换机互联(<100m) 2. **企业网络**: - 楼宇间主干连接(300m内) 3. **存储网络**: - SAN/NAS设备互联 > **注意事项**:OM3/OM4光纤需满足IEC 60793-2-10标准,弯曲半径>15倍光纤直径[^2]
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