SPT-QD04G-SR4 400G QSFP-DD SR4 оптический приемопередающий модуль
Основано на официальном техническом описании SOPTO (SPT-QD04G-SR4 Datasheet)
1. Обзор продукта
SPT-QD04G-SR4 — это оптический приемопередающий модуль 400Gb/s QSFP-DD SR4 от компании SOPTO, предназначенный для коротких оптических линий связи дальностью до 100 м. На стороне передачи модуль преобразует 8-канальный электрический сигнал PAM4 50Gb/s в 4-канальный параллельный оптический сигнал (по 100Gb/s на канал), обеспечивая суммарную скорость передачи 400Gb/s; на стороне приема выполняется обратное преобразование — 4-канальный параллельный оптический сигнал 100Gb/s восстанавливается в 8-канальный электрический сигнал PAM4 50Gb/s, с той же суммарной скоростью 400Gb/s.
Модуль оснащен разъемом MTP/MPO-12, рабочая длина волны 850nm, с многомодовым оптоволокном (MMF) OM4 обеспечивает дальность передачи до 100 м. Продукт соответствует спецификации QSFP-DD MSA Rev 6.2 (аппаратная часть) и CMIS 4.0 (программный интерфейс), совместим со стандартом IEEE 802.3db 400GBASE-SR4 и применяется преимущественно в 400G Ethernet, межсоединении центров обработки данных и корпоративных сетях.
400Gb/s
сумм. скорость
100m
дальность OM4
9W
макс. энергопот.
850nm
длина волны
2. Основные характеристики
- Соответствие спецификации QSFP-DD MSA: совместим с аппаратными спецификациями QSFP-DD / QSFP-DD800 / QSFP112 Rev 6.2, что обеспечивает физическую interoperабельность с основным сетевым оборудованием.
- Протокол интерфейса CMIS 4.0: следует спецификации Common Management Interface Specification 4.0, поддерживает стандартизированное управление модулем и функции цифровых диагностик.
- 4 параллельных оптических канала: конструкция с 4 параллельными оптическими каналами, по 100Gb/s на канал, высокая плотность передачи достигается за счет формата модуляции PAM4.
- Совместимость с IEEE 802.3db: соответствует требованиям спецификации 400GBASE-SR4, обеспечивая взаимодействие с сетевым оборудованием, соответствующим данному стандарту.
- Электрический интерфейс 400GAUI-8: на электрической стороне модуль использует интерфейс 8×53.125Gb/s (400GAUI-8) для сопряжения с высокоскоростными электрическими сигналами хоста.
- Низкое энергопотребление: максимальное энергопотребление 9W, питание от одного источника 3.3V, что является низким показателем для уровня скорости 400G.
- Широкий температурный диапазон: температура корпуса (рабочая) от 0°C до +70°C, охватывает типичный температурный диапазон коммерческого применения.
- Соответствие RoHS 2.0: соответствует экологическому стандарту RoHS 2.0, отвечает требованиям экологичного производства.
3. Технические спецификации
3.1 Абсолютные максимальные значения
Приведенные ниже параметры являются предельными значениями; превышение может привести к необратимому повреждению. Это не нормальные рабочие условия.
| параметр | символ | мин. | макс. | единица |
|---|---|---|---|---|
| диапазон температур хранения | TSTG | -40 | +85 | °C |
| напряжение питания | VCC | 0.5 | 3.6 | V |
| относительная влажность | RH | 10% ~ 90% (без конденсации) | — | |
3.2 Рабочие условия
| параметр | символ | мин. | макс. | единица |
|---|---|---|---|---|
| температура корпуса (рабочая) | TCASE | 0 | 70 | °C |
| напряжение питания | VCC | 3.135 | 3.465 | V |
| энергопотребление | PDISS | — | 9 | W |
| Коэффициент ошибок Pre-FEC | — | — | 2.4×10-4 | — |
| дальность передачи по волокну OM3 | — | 0.5 | 60 | m |
| дальность передачи по волокну OM4 | — | 0.5 | 100 | m |
Примечание о FEC: для поддержки передачи по волокну на максимальную дальность 100 м модуль требует включения FEC (прямая коррекция ошибок) на стороне хоста. Верхний предел коэффициента ошибок Pre-FEC составляет 2.4×10-4; в этом диапазоне коррекция ошибок посредством FEC гарантирует надежную передачу без потери пакетов.
3.3 Оптические спецификации передатчика
| параметр | мин. | тип. | макс. | единица |
|---|---|---|---|---|
| скорость сигнала на канал | 53.125 ±100ppm | — | GBd | |
| диапазон длин волн канала | — | 850 | — | nm |
| среднеквадратичная ширина спектра | — | — | 0.6 | nm |
| формат модуляции | PAM4 | — | ||
| средняя оптическая мощность на канал | -4.6 | — | 4 | dBm |
| OMA outer (при TDECQ ≤ 1.8dB) | -2.6 | — | 3.5 | dBm |
| OMA outer (при 1.8 < TDECQ ≤ 4.4dB) | -4.4+TDECQ | — | 3.5 | dBm |
| TDECQ (на канал) | — | — | 4.4 | dB |
| коэффициент экстинкции | 2.5 | — | — | dB |
| время перехода передатчика (на канал) | — | — | 17 | ps |
| средняя передаваемая мощность в состоянии TX выключено | — | — | -30 | dBm |
| относительный шум интенсивности (RIN) (OMA) | — | — | -131 | dB/Hz |
| допуск оптических возвратных потерь | — | — | 12 | dB |
3.4 Оптические спецификации приемника
| параметр | мин. | тип. | макс. | единица |
|---|---|---|---|---|
| скорость сигнала на канал | 53.125 ±100ppm | — | GBd | |
| диапазон длин волн канала | — | 850 | — | nm |
| формат модуляции | PAM4 | — | ||
| порог повреждения | 5 | — | — | dBm |
| средняя принимаемая оптическая мощность на канал | -6.4 | — | 4 | dBm |
| чувствительность приемника (OMA outer, TECQ ≤ 1.8dB) | — | — | -4.6 | dBm |
| чувствительность приемника (OMA outer, 1.8 < TECQ ≤ 4.4dB) | — | — | -6.4+TECQ | dBm |
| отражение на стороне приема | — | — | -12 | dB |
| чувствительность приемника в условиях помех (OMA outer) | — | — | -2 | dBm |
3.5 Пороги LOS (потеря сигнала)
| параметр | мин. | тип. | макс. | единица |
|---|---|---|---|---|
| порог срабатывания LOS | -15.0 | — | — | dBm |
| порог сброса LOS | — | — | -8.9 | dBm |
| гистерезис LOS | — | 1.5 | — | dB |
Механизм LOS (Loss of Signal — потеря сигнала) используется для обнаружения пропадания оптического сигнала на стороне приема. Когда принимаемая мощность падает ниже -15.0 dBm, срабатывает предупреждение LOS; когда мощность восстанавливается выше -8.9 dBm, предупреждение снимается. Гистерезис 1.5 dB эффективно предотвращает частые переключения вблизи пороговых значений.
4. Мониторинг цифровых диагностик (DDM)
SPT-QD04G-SR4 поддерживает функцию мониторинга цифровых диагностик (DDM), что позволяет в реальном времени считывать внутренние параметры состояния модуля через интерфейс CMIS, облегчая мониторинг линий и поиск неисправностей. Точность параметров мониторинга:
| параметр мониторинга | единица | точность |
|---|---|---|
| мониторинг температуры | °C | ±3 |
| мониторинг напряжения питания | % | ±5 |
| мониторинг тока смещения (I_bias) | % | ±10 |
| мониторинг принимаемой оптической мощности (Rx) | dB | ±3.0 |
| мониторинг передаваемой оптической мощности (Tx) | dB | ±3.0 |
5. Принцип работы
Основной принцип работы SPT-QD04G-SR4 — электрооптическое/оптико-электрическое преобразование и мультиплексирование каналов. Модуль содержит два независимых тракта данных — передачи и приема:
направление передачи: со стороны хоста через электрический интерфейс 400GAUI-8 подается 8-канальный электрический сигнал PAM4 50Gb/s. Встроенный в модуль драйвер обрабатывает эти электрические сигналы и управляет массивом VCSEL-лазеров (850nm), объединяя 8 электрических каналов в 4 оптических сигнала, каждый из которых несет данные со скоростью 100Gb/s; суммарно 4 канала обеспечивают 400Gb/s. Оптический сигнал через разъем MTP/MPO-12 вводится в многомодовое оптоволокно.
направление приема: 4-канальный параллельный оптический сигнал 100Gb/s из волокна через разъем MTP/MPO-12 поступает в модуль и преобразуется в электрический сигнал массивом PIN-фотодиодов. Приемный чип восстанавливает 4 оптических канала 100Gb/s в 8-канальный электрический сигнал PAM4 50Gb/s, который через интерфейс 400GAUI-8 выводится на сторону хоста; суммарная скорость составляет 400Gb/s.
Ниже приведена схема распределения каналов данных модуля:
| направление | электрическая сторона (хост) | оптическая сторона (волокно) | длина волны |
|---|---|---|---|
| Tx (передача) | 8 × 50Gb/s PAM4 | 4 × 100Gb/s | 850nm |
| Rx (прием) | 8 × 50Gb/s PAM4 | 4 × 100Gb/s | 850nm |
Модуль использует технологию PAM4 (четырехуровневая импульсно-амплитудная модуляция), каждый символ несет 2 бита информации, что по сравнению с традиционной модуляцией NRZ удваивает скорость одного канала и является ключевым техническим средством для реализации передачи 400G на короткие дистанции. При этом для поддержания надежности линии на высоких скоростях требуется поддержка FEC на стороне хоста.
6. Области применения
SPT-QD04G-SR4 предназначен для сценариев короткометражной, высокополосной оптической связи; типичные применения включают:
400G Ethernet
Межсоединение 400G-каналов между коммутаторами в центрах обработки данных, обеспечивая потребность в коротких портах стандарта 400GBASE-SR4.
Межсоединение центров обработки данных
Высокополосное низкозадерживающее межсоединение в пределах одного центра обработки данных или между городскими ЦОД; подходит для прокладки волокна на расстояния до 100 м внутри машинного зала.
Корпоративные сети
Высокоскоростное расширение магистральных каналов корпоративной сети, поддержка масштабной передачи данных и подключения сетей хранения.
Следует отметить, что данный модуль предназначен для многомодового оптоволокна на короткие дистанции; максимальная дальность зависит от типа волокна: до 60 м с OM3 и до 100 м с OM4. Для более дальних передач следует рассмотреть одномодовые решения (например, LR4/FR4).
7. Электрический и механический интерфейс
7.1 Электрический интерфейс
Модуль сопрягается с платой хоста через краевой соединитель QSFP-DD и содержит следующие ключевые группы сигналов:
- высокоскоростные сигналы: 8 дифференциальных каналов, скорость сигнала на канал 26.5625 GBd, для приема/передачи данных 400GAUI-8. Размах дифференциального напряжения на стороне приема 900mV, высота глазковой диаграммы не менее 24mV.
- низкоскоростные управляющие сигналы: шина SCL/SDA, совместимая с I²C, для связи по CMIS; LPMode/TxDis, Reset, ModSelL — для управления модулем; IntL/RxLOS — для индикации прерываний и потери сигнала; ModPrsL — для обнаружения присутствия модуля.
- питание: один источник +3.3V, рабочий диапазон напряжения 3.135V ~ 3.465V.
7.2 Оптический интерфейс
Модуль оснащен разъемом типа MTP/MPO-12 (папа, расположен на лицевой панели модуля), обеспечивающим за одну коммутацию подключение 4 каналов передачи и 4 каналов приема. Разъем использует 12-волоконную ленту, из которой 4 волокна — для передачи, 4 — для приема, 4 — пустые (перекрестное расположение). При использовании следует применять оптический патч-корд типа MPO/MTP-12 с многомодовым волокном OM3/OM4 для соответствия оптическим спецификациям модуля.
7.3 Механические спецификации
Модуль выполнен в соответствии со стандартными механическими размерами QSFP-DD MSA; габариты соответствуют стандартному модулю QSFP-DD и устанавливаются в слот панели коммутаторов, маршрутизаторов и прочего сетевого оборудования с поддержкой портов QSFP-DD. Диапазон рабочей температуры корпуса: от 0°C до +70°C (коммерческий температурный класс), диапазон температур хранения: от -40°C до +85°C.
8. Информация для заказа
| артикул | описание продукта |
|---|---|
| SPT-QD04G-SR4 | QSFP-DD оптический приемопередающий модуль, 850nm, 400G SR4, 100m/OM4, MPO/MTP интерфейс, с DDM, коммерческий температурный диапазон |
Для получения индивидуальных услуг свяжитесь с SOPTO:
- эл. почта: info@sopto.com.cn
- веб-сайт: www.sopto.com.cn
9. Глоссарий
| аббревиатура | полное название | значение |
|---|---|---|
| QSFP-DD | Quad Small Form-factor Pluggable - Double Density | двойной плотности четырехканальный малогабаритный съемный форм-фактор, поддерживает 8 высокоскоростных каналов |
| PAM4 | 4-level Pulse Amplitude Modulation | четырехуровневая импульсно-амплитудная модуляция, 2 бита на символ |
| CMIS | Common Management Interface Specification | спецификация общего управляющего интерфейса для управления модулем |
| DDM | Digital Diagnostic Monitoring | мониторинг цифровых диагностик, отслеживание параметров состояния модуля в реальном времени |
| FEC | Forward Error Correction | прямая коррекция ошибок, исправление ошибок передачи на стороне приема |
| MPO/MTP | Multi-fiber Push-On / MTP | многоволоконный оптический разъем |
| OM3/OM4 | Optical Multimode | категории многомодового оптоволокна, OM4 превосходит OM3 по характеристикам |
| VCSEL | Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser | вертикально-излучающий лазер с резонатором поверхностного типа, широко применяемый источник света для коротких линий оптической связи |
| TDECQ | Transmitter and Dispersion Eye Closure for PAM4 | показатель закрытия глазковой диаграммы передатчика с учетом дисперсии для PAM4 |
| LOS | Loss of Signal | обнаружение потери сигнала |
