SPT-QD04G-SR4 400G QSFP-DD SR4 光收发模块
基于 SOPTO 官方产品规格书（SPT-QD04G-SR4 Datasheet）编写
一、产品概述
SPT-QD04G-SR4 是 SOPTO 推出的一款 400Gb/s QSFP-DD SR4 光收发模块，面向 100m 以内的短距光通信场景。该模块在发送端将 8 通道 50Gb/s 的 PAM4 电信号转换为 4 通道并行光信号（每通道 100Gb/s），合计传输速率 400Gb/s；在接收端则执行逆过程，将 4 路 100Gb/s 并行光信号还原为 8 路 50Gb/s PAM4 电信号输出，总速率同样为 400Gb/s。
模块采用 MTP/MPO-12 连接器，工作波长 850nm，配合 OM4 多模光纤（MMF）可实现最远 100m 的传输距离。该产品符合 QSFP-DD MSA Rev 6.2 硬件规范和 CMIS 4.0 软件接口规范，与 IEEE 802.3db 400GBASE-SR4 标准兼容，主要应用于 400G 以太网、数据中心互联和企业网络。
400Gb/s
聚合速率
100m
OM4 传输距离
9W
最大功耗
850nm
工作波长
二、核心特性
- 符合 QSFP-DD MSA 规范：兼容 QSFP-DD / QSFP-DD800 / QSFP112 Rev 6.2 硬件规范，确保与主流网络设备的物理互操作性。
- CMIS 4.0 接口协议：遵循通用管理接口规范（Common Management Interface Specification 4.0），支持标准化的模块管理与数字诊断功能。
- 4 路并行光通道：采用 4 条并行光学通道设计，每通道 100Gb/s，通过 PAM4 调制格式实现高密度传输。
- IEEE 802.3db 兼容：满足 400GBASE-SR4 规范要求，确保与符合该标准的网络设备实现互联互通。
- 400GAUI-8 电气接口：模块电气侧采用 8×53.125Gb/s 接口（400GAUI-8），与主机端高速电信号对接。
- 低功耗设计：最大功耗 9W，单 3.3V 供电，在 400G 速率级别属于较低水平。
- 宽温度范围：外壳工作温度 0°C ~ +70°C，覆盖商用环境典型温度区间。
- RoHS 2.0 合规：符合 RoHS 2.0 环保标准，满足绿色制造要求。
三、技术规格
3.1 绝对最大额定值
以下参数为器件的极限承受能力，超出可能导致永久性损坏。这些并非正常工作条件。
| 参数 | 符号 | 最小值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 存储温度范围 | TSTG | -40 | +85 | °C |
| 供电电压 | VCC | 0.5 | 3.6 | V |
| 相对湿度 | RH | 10% ~ 90%（不凝露） | — | |
3.2 工作条件
| 参数 | 符号 | 最小值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 外壳工作温度 | TCASE | 0 | 70 | °C |
| 供电电压 | VCC | 3.135 | 3.465 | V |
| 功耗 | PDISS | — | 9 | W |
| Pre-FEC 误码率 | — | — | 2.4×10-4 | — |
| OM3 光纤传输距离 | — | 0.5 | 60 | m |
| OM4 光纤传输距离 | — | 0.5 | 100 | m |
关于 FEC 的说明：模块需要主机端启用 FEC（前向纠错）才能支持最长 100m 的光纤传输。Pre-FEC 误码率上限为 2.4×10-4，在此范围内通过 FEC 纠错可保证无丢包的可靠传输。
3.3 发射器光学规格
| 参数 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 每通道信号速率 | 53.125 ±100ppm | — | GBd | |
| 通道波长范围 | — | 850 | — | nm |
| RMS 光谱宽度 | — | — | 0.6 | nm |
| 调制格式 | PAM4 | — | ||
| 每通道平均光功率 | -4.6 | — | 4 | dBm |
| OMA outer（TDECQ ≤ 1.8dB 时） | -2.6 | — | 3.5 | dBm |
| OMA outer（1.8 < TDECQ ≤ 4.4dB 时） | -4.4+TDECQ | — | 3.5 | dBm |
| TDECQ（每通道） | — | — | 4.4 | dB |
| 消光比 | 2.5 | — | — | dB |
| 发射器过渡时间（每通道） | — | — | 17 | ps |
| 关断态平均发射功率 | — | — | -30 | dBm |
| 相对强度噪声（OMA） | — | — | -131 | dB/Hz |
| 光回波损耗容限 | — | — | 12 | dB |
3.4 接收器光学规格
| 参数 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 每通道信号速率 | 53.125 ±100ppm | — | GBd | |
| 通道波长范围 | — | 850 | — | nm |
| 调制格式 | PAM4 | — | ||
| 损坏阈值 | 5 | — | — | dBm |
| 每通道平均接收功率 | -6.4 | — | 4 | dBm |
| 接收灵敏度（OMA outer, TECQ ≤ 1.8dB） | — | — | -4.6 | dBm |
| 接收灵敏度（OMA outer, 1.8 < TECQ ≤ 4.4dB） | — | — | -6.4+TECQ | dBm |
| 接收端反射 | — | — | -12 | dB |
| 压力接收灵敏度（OMA outer） | — | — | -2 | dBm |
3.5 信号丢失（LOS）阈值
| 参数 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| LOS 触发阈值 | -15.0 | — | — | dBm |
| LOS 解除阈值 | — | — | -8.9 | dBm |
| LOS 滞回 | — | 1.5 | — | dB |
LOS（Loss of Signal）机制用于检测接收端光信号是否丢失。当接收功率低于 -15.0 dBm 时触发 LOS 告警，当功率恢复至 -8.9 dBm 以上时解除告警，1.5 dB 的滞回量可有效避免在阈值附近频繁切换。
四、数字诊断监控（DDM）
SPT-QD04G-SR4 支持数字诊断监控功能，可通过 CMIS 接口实时读取模块内部状态参数，便于运维人员进行链路监测和故障排查。各监控参数的精度指标如下：
| 监控参数 | 单位 | 精度 |
|---|---|---|
| 温度监控 | °C | ±3 |
| 供电电压监控 | % | ±5 |
| 偏置电流（I_bias）监控 | % | ±10 |
| 接收光功率（Rx）监控 | dB | ±3.0 |
| 发射光功率（Tx）监控 | dB | ±3.0 |
五、工作原理
SPT-QD04G-SR4 的核心工作原理是 电-光/光-电转换与通道复用。模块内部包含发送和接收两条独立的数据通路：
发送方向：主机侧通过 400GAUI-8 电气接口输入 8 路 50Gb/s 的 PAM4 电信号。模块内部的驱动芯片将这些电信号进行处理后，驱动 VCSEL 激光器阵列（850nm），将 8 路电信号合并为 4 路光信号输出，每路光信号承载 100Gb/s 数据，4 路合计 400Gb/s。光信号通过 MTP/MPO-12 连接器耦合至多模光纤。
接收方向：来自光纤的 4 路 100Gb/s 并行光信号经由 MTP/MPO-12 连接器进入模块，由 PIN 光电二极管阵列转换为电信号。接收端芯片将 4 路 100Gb/s 光信号还原为 8 路 50Gb/s PAM4 电信号，通过 400GAUI-8 接口输出至主机侧，总速率 400Gb/s。
以下是模块数据通道分配示意：
| 方向 | 电气侧（主机） | 光学侧（光纤） | 波长 |
|---|---|---|---|
| Tx（发送） | 8 × 50Gb/s PAM4 | 4 × 100Gb/s | 850nm |
| Rx（接收） | 8 × 50Gb/s PAM4 | 4 × 100Gb/s | 850nm |
模块采用 PAM4（四电平脉冲幅度调制）技术，每个符号携带 2 bit 信息，相较于传统 NRZ 调制方式可将单通道速率翻倍，是实现 400G 短距传输的关键技术手段。同时，模块需要主机端 FEC 配合，以在高速率下维持链路的可靠性。
六、应用场景
SPT-QD04G-SR4 定位于 短距离、高带宽 的光互联场景，典型应用包括：
400G 以太网
数据中心交换机间的 400G 链路互联，满足 400GBASE-SR4 标准的短距端口需求。
数据中心互联
同一数据中心或同城数据中心之间的高带宽低时延互联，适合机房内 100m 以内的光纤布线场景。
企业网络
企业核心网络骨干链路的高速率扩展，支持大规模数据传输和存储网络接入。
需要注意的是，该模块为 短距多模光纤方案，适用传输距离受限于光纤类型：使用 OM3 多模光纤时最远 60m，使用 OM4 多模光纤时最远 100m。如需更远距离的传输，应考虑单模光纤方案（如 LR4/FR4 等型号）。
七、电气与机械接口
7.1 电气接口
模块通过 QSFP-DD 金手指连接器与主机板卡对接，包含以下关键信号组：
- 高速信号：8 对差分通道，每通道信号速率 26.5625 GBd，用于 400GAUI-8 数据收发。接收端差分峰峰值电压 900mV，眼图高度不低于 24mV。
- 低速控制信号：I²C 兼容的 SCL/SDA 总线用于 CMIS 通信；LPMode/TxDis、Reset、ModSelL 用于模块控制；IntL/RxLOS 用于中断和信号丢失指示；ModPrsL 用于模块在位检测。
- 供电：单 +3.3V 电源，工作电压范围 3.135V ~ 3.465V。
7.2 光学接口
模块采用 MTP/MPO-12 型连接器（公头，位于模块面板侧），支持单次插拔完成 4 路发送和 4 路接收光通道的对接。连接器使用 12 芯光纤带，其中 4 芯用于发送、4 芯用于接收、4 芯为空位（交叉排列）。使用时应确保所配光纤跳线为 MPO/MTP-12 型多模 OM3/OM4 光纤，以匹配模块的光学规格。
7.3 机械规格
模块遵循 QSFP-DD MSA 标准机械尺寸，外形尺寸与标准 QSFP-DD 模块一致，可安装于支持 QSFP-DD 端口的交换机、路由器等网络设备的面板插槽中。外壳工作温度范围为 0°C ~ +70°C（商用温度级），存储温度范围为 -40°C ~ +85°C。
八、订购信息
| 型号 | 产品描述 |
|---|---|
| SPT-QD04G-SR4 | QSFP-DD 光收发模块，850nm，400G SR4，100m/OM4，MPO/MTP 接口，带 DDM，商用温度 |
如需定制化服务，可通过以下方式联系 SOPTO：
- 邮箱：info@sopto.com.cn
- 网址：www.sopto.com.cn
九、术语说明
| 缩写 | 全称 | 含义 |
|---|---|---|
| QSFP-DD | Quad Small Form-factor Pluggable - Double Density | 双密度四通道小型可插拔封装，支持 8 对高速通道 |
| PAM4 | 4-level Pulse Amplitude Modulation | 四电平脉冲幅度调制，每符号 2 bit |
| CMIS | Common Management Interface Specification | 通用管理接口规范，用于模块管理通信 |
| DDM | Digital Diagnostic Monitoring | 数字诊断监控，实时监测模块状态参数 |
| FEC | Forward Error Correction | 前向纠错，在接收端纠正传输误码 |
| MPO/MTP | Multi-fiber Push-On / MTP | 多纤推拉式光纤连接器 |
| OM3/OM4 | Optical Multimode | 多模光纤等级，OM4 性能优于 OM3 |
| VCSEL | Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser | 垂直腔面发射激光器，短距光通信常用光源 |
| TDECQ | Transmitter and Dispersion Eye Closure for PAM4 | PAM4 发射器色散眼图闭合度指标 |
| LOS | Loss of Signal | 信号丢失检测 |
