SFP-модули. Аспекты качества

Российский рынок широкополосного доступа продолжает активно расти. Физической основой развития ШПД выступают волоконно-оптические сети. Во многих городах уже никого не удивишь наличием оптического волокна не только в зданиях, но и непосредственно в квартирах.

Для подключения активных сетевых устройств к оптической сети на скорости 1,25 Гбит/с большинство провайдеров ШПД используют так называемые сменные интерфейсы или трансиверы. Наиболее популярным форм-фактором или производственным стандартом трансиверов на сегодняшний день являются модули SFP (Small Form-factor Pluggable). Производственные стандарты трансиверов не являются чьей-либо собственностью, разрабатываются и внедряются в соответствии с международными соглашениями (MSA) и стандартами (ITU).

Производство трансиверовНекоторое время трансиверы поставлялись на российский рынок в составе активного оборудования различных вендоров. Цены на трансиверы были тогда крайне высокими (у ряда вендоров остаются и по сей день). Большинство вендоров не располагали собственными мощностями для выпуска трансиверов и поэтому размещали производство у сторонних компаний. На сегодняшний день одной из наиболее известных компаний является Finisar, заводы которой расположены в Юго-Восточной Азии.

В Россию поставляются трансиверы и других заводов-изготовителей, также расположенных в Юго-Восточной Азии. Такие трансиверы стоят несколько дешевле трансиверов от вендоров при сохранении высоких стандартов качества.

Ориентировочно в середине 2009 года в России стала наблюдаться тенденция к значительному снижению цен на трансиверы, поставляемые напрямую. Возможно, что в основе данной тенденции находится экономический кризис, который повлиял как на производителей (через снижение спроса со стороны американских компаний), так и на потребителей (через снижение общей платежеспособности в России при сохранении потребности активно развиваться). При этом на рынке сохраняется мнение мнение, что все как работали с «Китаем», так и продолжат с ним работать, но по более низким ценам, и что качество модулей, которые поставлялись на рынок год-два назад абсолютно сопоставимо качеству новых более дешевых аналогов.

Специалисты ООО "Проинтех" решили проверить – так ли это? Действительно ли модули, которые стоят дешевле ничуть не хуже модулей с более высокой ценой? Для проведения сравнительного анализа мы посетили один из крупных заводов в КНР и совместно с инженерами завода провели ряд исследований и испытаний более десятка образцов SFP-трансиверов различных производителей. В данной статье рассмотрены 2 образца, демонстрирующие технологические отличия модулей разного качества, а также анализ глаз-диаграмм еще четырех образцов.

Сборка модулей, отвечающих высоким стандартам качества, происходит в порядке, показанном на рисунке 1.

Этапы сборки трансиверовРисунок 1. Этапы сборки модулей

К помещениям, в которых происходит сборка трансиверов, предъявляются очень жесткие требования: температура, влажность, минимальное содержание пыли, антистатическая защита. Невыполнение хотя бы одного из этих требований может отрицательно повлиять на качество выпускаемых изделий.

SFP модулиРисунок 2. Проверка качества

В процессе производства трансиверы неоднократно проходят ряд проверок на дорогостоящем профессиональном оборудовании, например, в боксах температурного тестирования. При производстве трансиверов кустарным или «подвальным» способом, подобное профессиональное оборудование не используется, в таких условиях невозможно обеспечить точную калибровку модулей. Более того, при «подвальном» производстве требования к используемой элементной базе менее жесткие, что позволяет сократить затраты на производство. Аналогично заниженные требования предъявляются к чистоте, влажности и т.д. в производственных помещениях. Пыль, попавшая в припой при монтаже элементов на печатную плату, может значительно увеличить сопротивление.

При исследовании образцов модулей, мы провели анализ качества сборки печатных плат, исследование глаз-диаграмм и тест в различных температурных условиях:

Образцы модулейРисунок 3. Образцы модулей

Функционально модули одинаковы (образец 1 и образец 2) — одноволоконные 1,25 Гбит/с. Однако разница в сборке есть — чем большее количество элементов находится на печатной плате (Образец 1), тем ниже степень интеграции используемой элементной базы. С одной стороны, это позволяет значительно уменьшить затраты на производство модулей, с другой стороны, это существенно влияет на качество изделия и его надежность. Чем большее количество отдельных элементов содержит электрическая схема, тем выше вероятность выхода ее из строя.

Рассмотрим компоненты модулей более детально:

Компоненты модулейПересечение элементов различных электрических цепей нежелательно, т.к. это может привести к появлению в них электромагнитных помех или наводок, в результате могут исказиться передаваемые данные. Такой вариант реализации схемы обусловлен использованием элементной базы с низкой степенью интеграции - данные цепи можно было изолировать друг от друга на разных слоях элементов одной микросхемы.

Компоненты модулейКраска может изменить величину сопротивления дорожек, что может привести к искажению передаваемых данных и уменьшению скорости передачи данных.

Компоненты модулейЕсть риск появления статического разряда, что может исказить передаваемые данные или вывести из строя устройство. Аналогичная ситуация возникает при недостаточной изоляции корпусов приемника и передатчика в 2-х волоконных модулях.

Компоненты модулейЕсть вероятность возникновения короткого замыкания при физической установке модуля.

Компоненты модулейНа противоположной стороне платы установлен модуль, выполненный по технологии Lightly Doped Drain. Вентиляционные отверстия в печатной плате не предусмотрены, что может привести к перегреву модуля, изменению оптической мощности и увеличению энергопотребления. Следствием существенному сокращению времени жизни модуля. Также, при увеличении потребляемой мощности, порт активного устройства может отключиться.

Компоненты модулейГибкий шлейф расположен слишком близко к модулю приемника, это может привести к возникновению короткого замыкания при увеличении влажности или температуры. Последствия — полный или частичный выход из строя приемной части модуля.

Компоненты модулейКомпоненты модулей

Длинные монтажные ножки. При высокой скорости передачи электрического сигнала приводят к увеличению сопротивления и появлению паразитной индуктивности, что негативно сказывается на скорости передачи сигнала. Также, при увеличении температуры могут механически деформироваться, что может привести к короткому замыканию.

Компоненты модулейПосле определенного числа установок модуля SFP в активное оборудование эти слои могут стереться, что может привести к изменению сопротивления между разными цепями электрической схемы, что, в свою очередь, может привести к частичному отказу или полному выходу из строя модуля.

Компоненты модулейЭлементы, расположенные на краю платы, находятся слишком близко к корпусу модуля — возможно короткое замыкание на корпус.

Компоненты модулейКомпоненты модулейВ оптическом разъеме отсутствует фокусирующая втулка — появляется паразитное отражение сигнала в разъеме, увеличивается затухание.

Помимо анализа качества сборки, для определения возможностей модулей необходимо провести анализ оптических и электрических глаз-диаграмм:

Анализ глаз-диаграммДиаграмма 1. У диаграммы хорошее раскрытие — так называемый Q-фактор, время нарастания и спада фронтов, джиттер не превышает заявленные производителем в технических характеристиках модуля, коэффициент подавления и чувствительность выше заявленного на 3 дБ.

Анализ глаз-диаграммДиаграмма 2. Результат положительный, как и в предыдущем случае.

Анализ глаз-диаграммДиаграмма 3. В этом случае Q-фактор заметно меньше, чем у исходного сигнала, увеличенные фронты и джиттер, однако модуль работоспособен, характеристики соответствуют заявленным, но не превосходят их. Неизвестно, как поведет себя этот модуль, если увеличится его температура.

Анализ глаз-диаграммДиаграмма 4. Сразу бросается в глаза огромное значение джиттера и плохое раскрытие глаз-диаграммы, но данный модуль работоспособен. В данном случае он находится «на грани» своих возможностей, при этом не дотягивая до заявленных производителем технических характеристик.

А что произойдет в случае, если в процессе эксплуатации изменятся температурные условия? Модули были испытаны при температурах -40°С и +85°С. В реальных условиях наиболее вероятно последнее, но в климатических условиях России нельзя пренебрегать и первым:

Пример 1. Результат — модуль сохраняет работоспособность, характеристики превосходят заявленные

Испытание модулей

Пример 2. Результат аналогичный

Анализ глаз-диаграмм

Пример 3. Данный модуль гораздо более чувствителен к температуре, при большем нагреве и скорее всего откажет

Анализ глаз-диаграмм

Пример 4. Этот модуль еще более чувствителен к температуре, заметно снижается порог чувствительности, характеристики модуля не соответствуют заявленным

Анализ глаз-диаграмм

Разница между хорошими и «так себе» модулями очевидна. Вопрос выбора тех или других зависит от предполагаемых условий эксплуатации и допустимой вероятности отказа модуля. Не всегда есть гарантия того, что в помещении, где установлено оборудование, не выйдет из строя система кондиционирования. А если активное оборудование установлено в контейнере на чердаке и не всегда есть возможность оперативно до него добраться? В оптические разъемы может набиться пыль, может увеличиться затухание в кабеле, в таких случаях именно этих нескольких дБ запаса может и не хватить. Совсем неблагоприятная ситуация — от повышения температуры и энергопотребления модуля активное оборудование может отключить порт. С другой стороны, требования к модулям и последствия их отказа разные – например, модуль установлен в маршрутизатор магистральной сети или в концентратор домовой сети. В любом случае и те и другие модули пользуются спросом.

Дата публикации: октябрь 2012

Заявка на звонок

В форме есть ошибки

Мы перезвоним Вам с 9:00 до 18:00 по Москве

Исправление ошибки

Спасибо за помощь в контроле качества нашего ресурса!