PARALLELE GLASFASERMODULE (PFOM) - DIE LÖSUNG FÜR VERBINDUNGEN MIT HOHER BANDBREITE
Auf Optik basierende Verbindungen für hohe Datenraten sind bekannt dafür, dass sie im Vergleich zu elektrischen Lösungen entscheidende Vorteile bieten. Der Hauptanreiz für optische Verbindungen ist ihre verlängerte Reichweite.
Zum Beispiel kann eine elektrische CX-4-Verkabelung, die eine 4x2,5Gbps- bzw. 4x3,125Gbps-Lösung für Infiniband bzw. XAUI bietet, im Allgemeinen nur eine Reichweite von weniger als 15m zur Verfügung stellen. Hingegen bietet eine PFOM- (Parallel Fiber Optic Modul-) Lösung eine verlängerte Reichweite von mehr als 100m bei gleichzeitig ausgezeichneter Signalintegrität, ohne Vor- oder Nachbearbeitung des Signals (z.B. Vorverzerrung). Die Programmierung des Signals zur Reichweitenmaximierung, wie sie häufig für elektrische Verbindungen wie XAUI erforderlich ist, stellt einen Prozess mit hoher Stromaufnahme dar, sodass sich die bei PFOM- Lösungen mögliche Vermeidung äußerst vorteilhaft auswirkt.
Eine optische Lösung vereinfacht sowohl das Kabelmanagement als auch die Systeminstallation in hohem Maße. Eine elektrische Hochleistungsverkabelung, beispielsweise CX-4, ist sperrig, unflexibel (großer Biegeradius) und anfällig. Dadurch werden Handhabung, Verlegung, Installation und Wartung erschwert. Darüber hinaus kann der Einsatz einer MPO-basierten Steckverbindung, wie bei PFOMs, die erreichbare Portdichte (Edge Density) verdoppeln.
Der Vorteil der optischen Alternativen gegenüber einer elektrischen Lösung zeigt sich speziell bei Anwendungen in rauer Umgebung wie in der Avionik, in industriellen und militärischen Applikationen und in der erhöhten elektromagnetischen Isolierung der Glasfaser, d.h. Glasfaserverbindungen sind EMV unanfällig und geben keine Strahlung ab.
Mit dem Ansteigen der Kanaldatenraten, zum Beispiel von 5Gbps bis hin zu 10Gbps, werden die Einschränkungen elektrischer Verbindungen immer schwerwiegender, speziell hinsichtlich des Leistungsverbrauchs, wie auch der erzielbaren Reichweite. Optische Architekturen, ganz besonders PFOMs, bieten eine direkte Skalierbarkeit für höhere Datendurchsätze. Deshalb kann die Investition in optische Verbindungen über mehrere Produktgenerationen hinweg amortisiert werden.
Bild: ZL6030x: 4+4 2.7Gbps POF Transceiver
Serielle, optische Verbindungslösungen
Für Verbindungen mit hoher Datenrate werden eine Reihe von seriellen, optischen Transceiver-Lösungen nachstehend angeführt. Die drei Hauptbeispiele der heute kommerziell verfügbaren Lösungen sind SFP, XFP und XENPAK. Bei diesen handelt es sich um Transceiver-Lösungen mit einem einzigen optischen Eingangs- und Ausgangskanal.
Hier finden Sie 3 Variationen:
1. SFP
Diese seriellen, steckbaren Duplex-Transceiver-Module mit kleinem Formfaktor, die zwei LC-Steckverbinder verwenden, sind im In-dustriebereich weit verbreitet und mit Datenraten bis zu 4,25Gbps erhältlich.
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Bild: ZL60101: 12 x 2.7Gbps POF Transmitter
2. XFP
Hier handelt es sich um eine serielle Duplex-LC-Steckverbinder-Transceiver-Lösung für 10Gbps, die elektrische I/Os von 10Gbps benötigt. Sie wird deshalb normalerweise mit einem externen PHY-IC eingesetzt, der vier Kanäle mit niedrigerer Datenrate in einen einzigen elektrischen 10Gbps Eingang für das XFP-Modul umwandelt. Das bedeutet, dass dieser IC die Receive- und Transmitdaten umwandelt.
3. XENPAK
Das Prinzip ist ähnlich dem des XFP, nur ist hier der PHY-IC ein integraler Bestandteil des Moduls. Deshalb hat XENPAK vier elektrische I/Os mit niedriger Datenrate, die intern verarbeitet (Multiplex/De-Multiplex) werden, wobei der optische I/O 10Gbps beträgt.
Das ist zwar attraktiv, doch in vielen Anwendungen ist eine derartige Flexibilität nicht erforderlich, besonders dann nicht, wenn serielle und parallele Lösungen in direktem Wettbewerb zueinander stehen. Serielle Alternativen bieten hinsichtlich Verlustleistung, Leiter-platten- und Portdichte, Kabelmanagement und Kosten eine weniger effektive Lösung.
Verbindung mit hohem Datendurchsatz
Viele Anwendungen machen eine Simplex-Lösung mit separaten Sende- und Empfangsfunktionen und/oder extrem hohem Datendurchsatz erforderlich. In derartigen Fällen bieten PFOMs, basierend auf 12-Kanal-Simplex-Sendern und Empfängern, die kostengünstigste Lösung. Diese Fallstudie untersucht einen hohen erforderlichen Datendurchsatz von 30Gbps, duplex, d.h. in beiden Richtungen. Dabei wird die Verwendung von 2,5Gbps-SFP-Modulen mit einer XFP-Lösung sowie mit 12x2,5Gbps-PFOM-Paaren von ZARLINK verglichen. In diesem Fall reduziert die PFOM-Lösung die Verkabelungsanforderungen im Vergleich zu alternativen Lösungen.
Anwendungen, die einen hohen Datendurchsatz benötigen, haben häufig, durch eine endliche Leiterplattenfläche oder -breite, Einschränkungen. Deshalb ist die Fähigkeit, die optische Verbindungsdichte zu erhöhen, von besonderer Bedeutung, weil dies beträchtliche Auswirkungen auf die Gesamtsys-temkosten haben kann. Es ist eindeutig, dass eine PFOM-Lösung große Einsparungen sowohl auf Leiterplatten-, als auch auf Kantenebene bietet.
Simplex-Verbindungen
Es ist zu beachten, dass bei reinen Simplex-Applikationen mit einer hohen Datenübertragungsrate, Transceiver wie SFP- oder XFP-Module, dadurch einen weiteren Nachteil darstellen, dass ein Teil des Transceivers nicht genutzt wird. In diesem Fall bietet der Einsatz von 12-Kanal-Simplex-Sende- und Empfangs-PFOMs weitere Vorteile hinsichtlich Kabelmanagement, Leistungsverbrauch, Leiterplatten- und Portdichte sowie letztendlich der Systemkosten.
Schlussbetrachtung
PFOMs sichern eindeutige Vorteile bei Anwendungen, die Verbindungen mit hoher Bandbreite benötigen. Sie führen gegenüber alternativen optischen Lösungen bei gleichzeitig erhöhter Portdichte zu Einsparungen von mehr als 50% beim Leistungsverbrauch und ebenso bei der Nutzung der Leiterplattenfläche.
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Ondrej Gavura, DW 953
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