科普光纤及光模块（高速收发器七）

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  前段时间开始学习高速接口的时候，会经常使用光口收发数据，不知道有没有人在没有接触过光口时，会不会将万兆网与光口绑定，我在没有接触这个接口的时候就有这种思想，认为光口就是用来实现万兆网协议的。

  光口只是物理接口，用来传输数据的载体。而万兆网、SRIO等是通信协议，规定发送方与接收方传输数据的规则。

  两者并没有直接的联系，比如SRIO可以通过光口传输，也可以直接使用PCB走线连接发送方和接收方。同理光口也可以用来传输万兆网、SRIO、以及自定义的各种高速接口协议。

  一般FPGA开发板上的光口如图1所示，下面是其对应的原理图。

  上述两个光口各自包含一对接收和发送的差分引脚，直接与FPGA的高速收发器的引脚相连。

  注意在使用该接口时，失能引脚TX_Dis必须给低电平，否则光口无法正常工作。

  信号在开发板上是以电信号的方式进行传输，而光纤内部是利用全反射来传输光信号，全发射在初中物理课上就讲了，而且还有光纤利用全发射传输的光信号的相关考试题，这方面内容就不需要赘述吧。

  因此需要光模块把电信号转换成光信号，然后再通过光纤传输，同时也可以把接收到的光信号转换为电信号。

  光模块的内部组成如下所示，常见的光模块速率为155Mbps（百兆）、1Gbps（千兆）、10Gbps（万兆）、40Gbps等。

  光模块根据封装不同，分为SFP光模块（标准速率为百兆或千兆）、SFP+光模块（与SFP外形相似，标准速率万兆）、QSFP+光模块（标准速率40Gbps）、XFP光模块、CFP光模块等等，比较常用的三种封装如下图所示。

  按照模式可以分为单模光模块和多模光模块，这两种的区别与光纤种类有关，在后续讲解光纤部分细讲。

  由于我的板子FPGA是K7系列，收发器的线速率最高可以达到10.3125Gbps，采用64B66B编码时，数据传输速率可以达到10Gbps，因此选择SFP+光模块即可。

  光纤是由塑料和玻璃制成的纤维，通过全反射原理传输光信号。具有重量轻、抗干扰能力强、传输距离远、带宽大等优势。

  光纤传输的常用波长有850nm、1310nm、1490nm、1550nm。如果光纤只能传输一种波长的光，则称为单模光纤（SMF），适用于长距离传输。如果光纤能够传输多种波长的光，则是多模光纤（MMF），适用于机房等短距离传输。

  注意单模光纤应该配对应单模光模块，我们在学习的时候不需要考虑光纤的种类，只要能够传输数据就行，但是要对这些概念有个印象。

  常见的光纤接口类型如下所示，包含金属螺纹接口（FC）、类似BNC的金属卡接口（ST）、塑料方形接口（SC）、较小的塑料方形接口（LC）等。

  SC的体积最大，LC体积最小，ST最牢固，其次是FC。

  在购买光模块时，接口一定要与光纤接口类型匹配，否则可能无法使用，现在网上也有光模块和光纤做成一体的线，如果学习的话可以购买这种。

  10 G以太网标准于2002年首次发布在IEEE 802.3ae，此版本旨在支持光纤介质。后来又开发了各种其他版本来处理不同的介质，不同的数据速率和距离覆盖范围。

  下表提到了10 G以太网物理接口命名规则，如10GBASE-T中所述，10G 代表传输数据的速率、BASE代表基带、T代表传输介质是铜。

  其中10GBASE-T系列支持64B65B编码，支持双绞线传输，带宽小于500M。

  10GBASE-R系列支持64B66B编码，支持光纤传输，提供10GBASE-SR、10GBASE-KR、10GBASE-LR、10GBASE-ER、10GBASE-LRM等配置。

  其中10GBASE-KR表示采用背板传输，图1中的光口位于底板上，这种底板就被称为背板。

  10GBASE-X系列支持8B10B编码，支持铜缆（10GBASE-CX4）和光纤（10GBASE-LX4）介质传输，10GBASE-KX4是用于背板的10 Gbps基带规范。

  即使10GBASE-KX4和10GBASE-KR都是10 Gbps电气接口，却描述了不同的PHY。10GBASE-KX4 PHY在4通道中以10GBASE-KR的1/4速率运行，以达到相同的吞吐量。

  综上所述是对光纤、光模块的一些知识扫盲，便于后续使用光口传输SRIO、万兆网、自定义的一些高速接口协议。