光通信模块维修入门

1. 光通信模块维修入门

2. 基础篇 一、光纤的传输 1、光通信的定义及特点 2、光纤传输原理 3、常见的光传输器件 二、系统的连接 1、PON与DT的区别 2、DT典型接线图的解析 3、PON典型接线图的解析 三、仪器的使用与设置 1、公司常用仪器的介绍 2、主要仪器的使用与设置 应用篇 一、产品相关知识 1、波长与速率的介绍 2、产品调测参数及眼图的产生 3、公司产品的结构和组成 4、产品的基本原理和共性 二、产品维修方法与思路 1、维修的常用方法 2、故障现象的确认与软件的配合 3、产品维修的分析思路 三、关键器件的介绍 1、OSA特性和结构 2、常用IC的功能 四、产品维修实例及电路举例

3. 基 础 篇

4. 一、光纤的传输 光通信的定义 • 通信——互通信息，相互传递信息。信息的含义很广，声音是信息，图象是信息，数据也是信息。 • 光通信——以光波为载波的通信。 • 光纤通信——以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。 • 光纤——光导纤维的简称。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。 • 光纤通信技术从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。

5. 光通信的特点 缺点： • 光纤弯曲半径不宜过小； • 光纤的切断和连接操作相对复杂； • 分路、耦合相对麻烦。 优点： (1)通信容量大、传输距离远；  (2)信号串扰小、保密性能好；  (3)抗电磁干扰、传输质量佳；  (4)光纤尺寸小、重量轻，便于敷设和运输； (5)材料来源丰富，环境保护好； (6)无辐射，难于窃听； (7)光缆适应性强，寿命长。

6. 二、系统的连接 • PON与DT的区别 • D/T产品属于有源光网络，而PON产品则属于无源光网络 • D/T产品用于骨干网，而PON产品则用于接入网(见下图)

7. D/T产品性能需要相对比较稳定，而PON产品性能需要快的响应速度D/T产品性能需要相对比较稳定，而PON产品性能需要快的响应速度 PON产具有独特的BURST 模式性能

8. D/T产品传输形式：点对点 PON产品传输形式：上行为时分多址方式，下行为广播方式

9. DT典型接线图 155/622M不带监控产品 说明： 1、图中红色线为光纤，黑色线为同轴电缆，GPIB线对示波器进行控制和数据采集，并口线读取模块相关信息到PC； 2、信号流向：调制信号经信号源Date±加入到标准光源Tx±，经电/光转换，发出光信号到待测模块Rx，再经光/电转换，并以自环的方式，将信号由Rx±加入到Tx±，再次经过电/光转换，由待测模块Tx发光，到示波器的光口。与此同时信号源发出触发信号到示波器trigger端口，使之正常工作。

10. 1.25G调测试接线图 说明： RJ45控制线对OptBert进行控制，以获取灵敏度等信息；串口R232线对OLC-65进行衰减量等的控制。未用端口加上50欧匹配阻抗。其它同上。 信号流向： 发端通路——数据信号经OptBert到CDR (时钟同步) Data In+，同时分出两路信号，分别到CSA8000和待测模块Tx±，经电/光转换到CSA8000观察待测模块的光口； 收端通路——标准光源发光，由Tx输出，经OLC-65衰减后，到待测模块收端Rx，经光/电转换到CSA8000观察待测模块的电口。

11. 2.5G调测试接线图 说明： 86100——示波器 86130——信号源 EVB———评估板 注意正负极性的区分,其它同上. 信号流向： 发端通路——86130 Date+发出数据信号，经CDR到EVB1的Tx±，由待测模块发光到86100的光口； 收端通路——86130 Date-发出另一路数据信号到EVB2，由标准光源发光，经OLC-65衰减到待测模块Rx端，再经光/电转换，由Rx±分出两路信号，一路到86100观测电口，另一路到86130分析误码； 触发信号——86130→86100 时钟信号clock——86130自发自收

12. 2.5G通道代价测试接线图 说明： 37718——用作误码分析 SPT——分路器（其它同上） 信号流向： 电通路——由EVB的Rx±→CDR→Tx±，采取自环的方式实现； 光通路——待测模块Tx发光到SPT1分两路光，一路到光谱仪，另一路到SPT2再分两路光，分别到光开关的1通道及2通道（需加长距离光纤），由光开关Com端输出到OLC-65，经37718分析误码后，回到待测模块Rx端。

13. DT其它接线图 155&622M带监控 1.25G SEN 3413（100M） 3413（1000M）

14. 5112&6112 SEN（HT） 9612&9912 C&CT 通道代价-AT

15. PON典型接线图 ONU产品系统接线图 说明：红色为电缆线，黄色为光纤跳线，兰色为串口线，灰色为GPIB线。 信号流向： 发端通路——BERT2500发出1.25G速率信号，经CDR一路到CSA8000加入光口触发，另一路到待测模块加入调制信号，待测模块发光经光源盒分成三路信号，分别到CSA8000的光通道、6142B、OLP-18(光功率计) 收端通路——N4906A发出2.5G速率信号，经CDR一路到CSA8000加入电口触发，另一路到标准光源加入调制并发光，经OLC-65衰减进入光源盒，到待测模块收端，经光/电转换，由Rx±分别到N4906A分析误码，和CSA8000观测电口

16. 信号流向： 发端通路——BERT2500发出1.25G速率信号，分别到CSA8000加入触发信号，和待测模块加入调制信号，待测模块发出1490nm光信号，经光源盒一路到CSA8000的光通道，另一路到光功率计OLP-18C 收端通路——标准模块发出1310nm的光信号，到OLC-65经光源盒回到待测模块收端，再经光/电转换，分别到BERT2500分析误码，和CSA8000的电通道 OLT产品系统接线图 EPON系列

17. Triplex产品系统接线图 信号流向： 发端通路——BERT2500发出数据信号，经CDR分别到CSA8000加入光口触发，和待测模块的Tx±，8路待测模块依次发出1310nm的光信号，经光源盒分别到CSA8000 CH1和OLP-18 收端通路——标准模块发出1490nm的光信号，到OLC-65经光源盒回到相应待测模块收端

18. PON其它接线图 ONU-02 OLT（GPON）

19. Triplex-02 高温长距离测试

20. 三、仪器的使用与设置 公司常用仪器的介绍 • CSA8000(采样)示波器 CSA7154(实时)示波器 • 86100A示波器 86130A&N4906A误码分析仪

21. 信号发生器&误码分析仪 • OmniBer 37718 DTG5274 • 81130A BERT2500

22. MS9720A光谱分析仪 86142B光谱分析仪 E4411B频谱分析仪 E5062A网络分析仪

23. MT9810光功率计 FPM-8210光功率计 34401A 数字万用表 OLP-15C光功率计 (手持式)

24. 8156A可调衰减器 HA9可调衰减器 OLC-65可调衰减器 IXIA 400T SGM分析仪

25. 应 用 篇

26. 一、产品相关知识 而在波分复用中，所使用的波长 范围相对较宽，其中就包括 CWDM&DWDM： CWDM——粗波分复用，公司产品使用了中心波长从1271nm～1611nm的范围，其中每个中心波长间隔20nm，最大波长漂移为±7nm DWDM——密波分复用，该产品使用了中心波长从1528.77nm~1578.23nm的范围，其中每个中心波长间隔0.4nm（公司产品的要求可达到更高），频率间隔50GHz 波长的介绍 根据光纤的损耗特性（见下页图 示），有三个工作窗口具有相对 小的损耗，也是常使用的波长： 850 nm——损耗稍大，一般用于多模传输 1310nm——损耗中等，在常规单模光纤中色散较小 1550nm——损耗较小，在常规单模光纤中色散较大 那么色散是指由于光纤所传输信号中 不同模式或不同频率成分，因传输速 度的不同，而引起传输信号发生畸变 的一种物理现象

27. 光纤衰减谱 各波段衰减关系图

28. 速率的介绍 • 公司产品涉及的速率有：155.52M、622.08M、1.25G、2.125G、2.488G、9.953G等，其中同步数字序列SDH与同步光纤网SONET对照关系如下表： • 说明：SONET基本速率为51.84Mbit/s，它的三倍也即SDH基本速率155.52Mbit/s，如：SDNETSTS-3=SDH STM-1=OC-3=155.52M

29. 产品调测参数 产品的各项参数是恒量模块性能的标准，分别涵概了发端Tx和收端Rx等的性能。各类参数的具体值可查阅公司的数据库。 发端Tx主要指标： • 平均输出光功率AOP(Average Optical Power)——为传号平均光功率与空号平均光功率的平均值。它是恒量光功率输出的大小，也即发光的强度； • 消光比ER(Extinction Ration)——全调制条件下传号平均光功率与空号平均光功率比值的最小值，需注意即使空号时也会有一定发光功率； • 中心波长(Central Wavelength)——激光器发光的主纵模所对应的波长； • 频谱宽度(-20dB Spectral Width)——光谱脉冲高度降为最大值-20dB处两点宽度，该值越小越好； • 边模抑制比SMSR——全调制条件下主纵模平均光功率与最显著的边模光功率之比的最小值，CCITT规定SLM的SMSR>30dB； • 通道代价(Path Penalty)——光信号不带长距离光纤所接收灵敏度与带长距离光纤所接收灵敏度的差值，它是恒量光信号在光纤传输中的能力。

30. 收端Rx主要指标： 过载(Overload)——在某一速率下光信号到接收端的平均最大可接受的光功率，过载不合格同样会产生误码的表现（误码率BER=错误位元素/总传输位元素）； 灵敏度SEN(Sensitivity)——在某一速率下光信号到接收端，所需的平均最低可接收的光功率，相同速率下灵敏度值越小越好； 动态范围——指接收机过载光功率与接收灵敏度之间的差值，如PIN的动态范围在20dB~30dB，APD的动态范围在30dB~40dB之间； 有效输入光功率(LOS/SD Assert Level)——微弱光信号到达接收端，接收机所能探测的光功率值，需注意该值并不代表灵敏度； 无效输入光功率(LOS/SD Deassert Level)——微弱光信号到达接收端，已不能被接收机所探测的光功率值； LOS(Lose Of Signal)滞回——LOS有效输入光功率与LOS无效输入光功率的差值。

31. 模拟传输系统主要指标： • 载噪比CNR(Carrier To Noise Ratio)——在规定的范围内载波功率与噪声功率的比值，单位为dB。对于幅度调制电视信号CNR>50dB，若采用频率调制CNR>15dB； • 复合二阶失真CSO(Composite Second Order Intermodulation)——某频道的载波功率与二阶互调产物总功率之比； • 复合三阶差拍CTB(Composite Triple Beat)——某频道的载波功率与三阶差拍产物和三阶互调产物总功率之比。

32. 眼图（Eye Patternt)的产生 • 具有基本定义的数位方波图如下：

33. 理想的眼图

34. 常见的眼图 实例：

35. 公司产品的结构和组成 • 目前公司生产的模块按封装形式有：

36. 其中以上产品的结构和组成，分别以SFP、SFF、Triplexer为例进行说明：其中以上产品的结构和组成，分别以SFP、SFF、Triplexer为例进行说明： SFP(5112C-SL50G-UT)

37. SFF(9423T-FGHG-HW) • 说明：该产品排针与PCBA的焊接是通过委外加工，在来料时就已焊好。

38. Triplexer(9823T-CGHiG-M01)

39. 产品的基本原理和共性 • 首先我们了解一下传输模块的工作过程：

40. 通过以上对产品的组成以及工作过程的了解，我们已对公司的模块有了清晰的轮廓，从产品的原理上讲，它的组成（共性部分）可分为光组件OSA和工作电路部分PCBA。通过以上对产品的组成以及工作过程的了解，我们已对公司的模块有了清晰的轮廓，从产品的原理上讲，它的组成（共性部分）可分为光组件OSA和工作电路部分PCBA。 光组件OSA(Optical Subsystem Assembly) 它是一个光器件的组合体（比如ROSA的内部结构则有PIN-TIA&APD-TIA等），同时它又分为如下几类： TOSA(TransmitterOSA)——主要对给定的电信号进行光信号的转换，并对转换后的光信号进行发送，它对产品的发光效率、平均输出光功率、光口眼图等，起着重要的作用； ROSA(ReceiverOSA)——主要接受给定的光信号并进行电信号的转换，同时将电信号输出到接收端电路，它对产品的过载、接收灵敏度、动态范围、电口眼图等，起着重要的作用； BOSA(Bi-directional OSA)——收发为一体的光组件，它涵概了TOSA&ROSA所有的性能和作用，同时也有着收发互不干扰的特殊要求。

41. 工作电路部分PCBA（具体应用电路请看后续的IC介绍）工作电路部分PCBA（具体应用电路请看后续的IC介绍） 该部分对产品的正常工作起着至关重要的作用，也是产品出现故障机率最高的部分，我们也可把它分为几个关键的工作电路： 驱动电路——主要为激光器提供一个合适的偏置和调制电流，使激光器能够正常发光，同时并能够正常传送出光信号。它的关键元器件就是激光器驱动器和相关外围电路，如高速数据传输电路。该电路直接决定了模块的输出光功率、消光比及光口眼图等； 限放电路——主要是将ROSA输出的电信号按照一定的幅度进行放大，并传送至数据处理系统，同时对输入光功率的有效/无效的界限进行判定（控制是由相应外围电路支持）。它的关键元器件是限幅放大器，该电路直接影响模块的灵敏度、LOS/SD范围、电口眼图等； 监控/调谐电路——主要对模块EEPROM信息进行监控，比如产品的工作电流、电压、温度、输出光功率、输入光功率等的监控。其次，对产品的相关参数进行调节，比如对产品的输出光功率、消光比、APD高压、LOS/SD范围等的调节。它的关键器件就是一个监控芯片，如DS1856、MCU7020等，同时它还具有数字电位器的功能。

42. 二、产品维修方法与思路 维修的常用方法 • 观察法——最简单、直接的分析方法。由于生产过程中较易出现工艺缺陷，而此类缺陷多用目测观察就可以发现，所以对于一个缺陷首先应该对相应部分的电路进行观察，主要观察负责此项功能的电路元件。 • 测量分析法——如果直接观察不能发现缺陷所在，则需要用测试仪器对相应的信号进行测量分析。这样必须知道正确信号的值和测量位置。比较简单的方法是与一块无故障的电路板相应的测试点进行对比测试，发现信号不同后再根据电路形式与元件参数进行进一步的查找与分析。此方法主要使用于一些功能存在有与无的故障，而且相应的信号均能比较容易地测试到的情况。 • 对比侧量法——当无法确切知道被测量信号正确波形或电压时，我们可以找到一块相同型号的电路板，对相同的测试点进行对比测试，寻找缺陷模块与正常模块相同测试点的差异。此外，在用观察法寻找缺陷元器件的时候，与一块相同型号的产品进行比较观察，也可以加快缺陷寻找的速度。这种方法使用与批量生产的过程中，因为能够比较方便的找到相同型号的产品进行对比。

43. 元件替换法——当缺陷涉及到的信号不能被准确测试如一些数字的时序逻辑信号，或判断为芯片有可能发生故障，亦或是故障的范围相对比较大，不能判断出具体缺陷元件的时候，通常采用元件替换的方法。也就是将怀疑故障的芯片或元器件整体替换，以求能够解决故障。此方法比较麻烦，并且无确切把握，需建立在一定程度的经验之上，常用于按照原理对故障进行分析和推测的时候。对于缺陷可能存在于模块的几个器件的情况下，也可以整体替换可能的缺陷部件。元件替换法——当缺陷涉及到的信号不能被准确测试如一些数字的时序逻辑信号，或判断为芯片有可能发生故障，亦或是故障的范围相对比较大，不能判断出具体缺陷元件的时候，通常采用元件替换的方法。也就是将怀疑故障的芯片或元器件整体替换，以求能够解决故障。此方法比较麻烦，并且无确切把握，需建立在一定程度的经验之上，常用于按照原理对故障进行分析和推测的时候。对于缺陷可能存在于模块的几个器件的情况下，也可以整体替换可能的缺陷部件。 以上几种方法实际经常综合应用，有时并无绝对的区别。无论采用哪种或几种方法，均需要对模块电路原理有一定的了解，知道相应元器件在PCB 的位置，并不提倡盲目换件。 当然若维修人员实际的维修经验较为丰富，也会利用排除分析法，直接锁定故障范围进行检修，这样就大大的节省了维修时间，不过该方法仅适用于熟手。

44. 故障现象的确认 • 故障现象的判断和确认是进行产品维修的先前条件，它直接决定后续的维修是否顺利，因此在这里需特别说明一下。 • 一般故障现象判断的大体思路如下： 确认是模块故障还是系统问题 确认现象是否有误判的情况 对故障现象进行认真观察并注意具体表现 可拿一只确认为OK的模块进行对比 需要严格按照操作规则及注意事项进行操作 必要时需借助手动软件和对仪器进行手动操作

45. 根据以上思路，再列举几个事例进行说明（具体维修方法将在后根据以上思路，再列举几个事例进行说明（具体维修方法将在后 续介绍）： 无光的判断：若一批产品仅此一只或几只该故障，则应是模块的问题，按操作规则需先检查模块的清洁（很脏的情况下也会无光），再看是光功率很小还是直接无光等； ER小的判断：排除系统问题后，还需注意是ER不能调试到位还是ER直接不可调等； SEN不良的判断：排除系统问题后，首先就要注意光器件的清洁和插拔，其次注意电口眼图是否异常或细微的变化，再次还需借助仪器和手动软件，对其具体的值进行判断等； LOS/SD范围出错的判断：排除系统的偏差等问题后，仍然需注意光器件的清洁和插拔，再次则需要对其值进行判断，观察范围具体为多少等等。 若故障判断的结果不同，则维修的方法就有可能大不一样！

46. 产品维修的分析思路 • 在对模块的大致工作原理和相关电路作用的了解后，我们就可建立起一个产品出现问题时的分析思路。当然这个思路会随各自对产品的熟悉程度，和实际的维修经验而不同，但是总体方向不会变。比如产品一旦出现故障后，它会是哪一部分或几部分工作电路的问题，这一点维修人员必须要做到心中有数。 • 在维修中我们还需牢记产品正常工作时的状态，比如调测时各参数的具体范围、硬件电路的关键点电压、手动软件读取信息时所参考值的正常范围、眼图的具体标准等。 • 这里分别着重于产品维修的方法和维修的思路上进行举例说明：

47. 典型方法和步骤举例(DT)

48. 典型方法和步骤举例(DT)

49. 典型方法和步骤举例(DT)

50. 典型方法和步骤举例(DT)