中國報(bào)告大廳網(wǎng)訊，在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，千兆位以太網(wǎng)應(yīng)用對(duì)傳輸設(shè)備的小型化、低功耗和便捷性提出了更高要求。光纖收發(fā)器作為實(shí)現(xiàn)雙絞線電信號(hào)與長距離光信號(hào)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于以太網(wǎng)電纜無法覆蓋、需通過光纖延長傳輸距離的場景。然而，傳統(tǒng)光纖收發(fā)器存在體積大、安裝需額外 RJ-45 電纜、光接口形式單一等問題，難以滿足高密度組裝和即插即用的實(shí)際需求。基于此，超小型光纖收發(fā)器的研發(fā)與優(yōu)化成為行業(yè)技術(shù)突破的重要方向，其設(shè)計(jì)架構(gòu)、測試系統(tǒng)及性能數(shù)據(jù)對(duì)推動(dòng)光纖通信技術(shù)發(fā)展具有重要意義。以下是2025年光纖收發(fā)器行業(yè)技術(shù)分析。
光纖收發(fā)器作為以太網(wǎng)傳輸媒體轉(zhuǎn)換單元，核心功能是實(shí)現(xiàn)較短距離雙絞線電信號(hào)與長距離光信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。從產(chǎn)品分類來看，依據(jù)傳輸距離可分為傳輸 20 千米至 120 千米的單模光纖收發(fā)器和傳輸 2 千米至 5 千米的多模光纖收發(fā)器;依據(jù)傳輸光纖數(shù)量可分為單纖光纖收發(fā)器(接收發(fā)送數(shù)據(jù)在一根光纖)和雙纖光纖收發(fā)器(接收發(fā)送數(shù)據(jù)在一對(duì)光纖);依據(jù)結(jié)構(gòu)可分為桌面式(獨(dú)立式)光纖收發(fā)器和機(jī)架式(模塊化)光纖收發(fā)器。
無論何種類型的光纖收發(fā)器，其基本工作模式保持一致：均需一個(gè)電源輸入(外置或內(nèi)置)，通過 RJ-45 電纜線連接以太網(wǎng)設(shè)備，將以太網(wǎng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)從光口輸出;在數(shù)據(jù)接收端，再將光口接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)電信號(hào)，通過 RJ-45 電纜線傳輸至以太網(wǎng)設(shè)備，形成完整的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收環(huán)路。傳統(tǒng)光纖收發(fā)器行業(yè)的基本形態(tài)包含電源輸入、電口(以太網(wǎng)電信號(hào)輸入輸出端口)和光口(光信號(hào)輸入輸出端口)，但受限于設(shè)計(jì)方案，普遍存在體積偏大、使用成本較高、布線不便等問題，無法適配新型應(yīng)用場景下的高密度安裝需求。
為滿足新型應(yīng)用場合對(duì)光纖收發(fā)器小型化、低功耗和便捷性的需求，超小型光纖收發(fā)器的設(shè)計(jì)整合了電接口單元、物理層轉(zhuǎn)換單元、光電轉(zhuǎn)換單元、光接口單元和電源轉(zhuǎn)換單元，各單元協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)性能與尺寸的優(yōu)化。
超小型光纖收發(fā)器的電接口單元摒棄了市面上常用的 RJ-45 母頭電接口，轉(zhuǎn)而采用 RJ-45 公頭連接器。該設(shè)計(jì)可使光纖收發(fā)器行業(yè)直接插入現(xiàn)有通用以太網(wǎng)設(shè)備的 RJ-45 端口使用，無需額外 RJ-45 電纜連接，實(shí)現(xiàn)即插即用的同時(shí)，大幅簡化安裝流程，降低應(yīng)用現(xiàn)場的布線難度和使用成本，為高密度組裝提供基礎(chǔ)條件。
物理層轉(zhuǎn)換單元的核心功能是對(duì)電信號(hào)進(jìn)行隔離與格式轉(zhuǎn)換，具體流程為：先通過網(wǎng)口變壓器將 RJ-45 電接口傳入的信號(hào)進(jìn)行隔離，再利用物理層電 PHY 芯片將以太網(wǎng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成適用于光電傳輸?shù)牟罘蛛娦盘?hào)。該單元選用市面上常用的 Gigabit 以太網(wǎng)(GbE)收發(fā)器方案，相較于其他方案，其具備低成本、低功耗、小封裝的優(yōu)勢，更適配超小型光纖收發(fā)器的設(shè)計(jì)與安裝需求。該方案包含單個(gè) Gigabit 以太網(wǎng)收發(fā)器，可執(zhí)行 10/100/1000 BASE-T 標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)物理層相關(guān)要求，支持 RGMII(減少直連引腳數(shù)量的 GMII)接口，同時(shí)兼容 10/100/1000 Mbps 全雙工連通性和 10/100 Mbps 半雙工模式，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)募嫒菪耘c穩(wěn)定性。
光電轉(zhuǎn)換單元是超小型光纖收發(fā)器實(shí)現(xiàn)電信號(hào)與光信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的核心模塊，內(nèi)部包含光發(fā)射部分和光接收部分。光發(fā)射部分主要由激光驅(qū)動(dòng)器電路和激光器組成，負(fù)責(zé)將物理層轉(zhuǎn)換單元輸出的差分電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào);光接收部分由光敏二極管(PIN)+ 互阻放大器(TIA)和限幅放大器組成，負(fù)責(zé)將光接口單元接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
該單元的設(shè)計(jì)需兼顧成本、性能與應(yīng)用需求，目前市面上激光驅(qū)動(dòng)器和限幅放大器有成熟的分立方案和集成方案可供選擇。從行業(yè)發(fā)展趨勢來看，集成方案在成本控制、性能穩(wěn)定性和小型化適配方面更具優(yōu)勢，未來將成為超小型光纖收發(fā)器光電轉(zhuǎn)換單元的主流選擇，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)透明光 / 電、電 / 光轉(zhuǎn)換的高效與可靠。
超小型光纖收發(fā)器的光接口單元支持多種光纖接口形式，包含但不限于 SC、LC、FC、ST 等不同類型的母頭光接口，同時(shí)也兼容帶尾纖的光接口(尾纖光接口同樣包含 SC、LC、FC、ST 等不同公頭類型)。多樣化的接口設(shè)計(jì)可根據(jù)應(yīng)用現(xiàn)場的實(shí)際需求靈活選擇，極大提升安裝便利性與布線靈活性，同時(shí)能有效降低光纖鏈路中的非本證衰減，保障光信號(hào)傳輸質(zhì)量。
電源轉(zhuǎn)換單元的功能是將輸入電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部電路所需的電壓(如 + 3.3 V)。在設(shè)計(jì)過程中，若采用內(nèi)置電源方案(直接將交流 220 V 電壓轉(zhuǎn)換成目標(biāo)電壓)，會(huì)導(dǎo)致光纖收發(fā)器體積大幅增加，與小型化設(shè)計(jì)目標(biāo)相悖。因此，超小型光纖收發(fā)器優(yōu)先選用外置電源適配器方案，在滿足供電需求的同時(shí)，最大限度控制產(chǎn)品體積，使其縮小至 U 盤尺寸甚至更小。此外，各單元在設(shè)計(jì)初期需充分考慮產(chǎn)品整體功耗與散熱性能：通過低功耗方案選型，適當(dāng)減小激光器偏置電流和調(diào)制電流;借助合理的溫度查表實(shí)現(xiàn)電流溫度補(bǔ)償;優(yōu)化產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及導(dǎo)熱、散熱方案。這些措施可有效提升超小型光纖收發(fā)器的工作溫度窗口，確保在客戶端多個(gè)光纖收發(fā)器同時(shí)工作于極限溫度時(shí)，仍能穩(wěn)定完成鏈路數(shù)據(jù)傳輸。
相較于傳統(tǒng)光纖收發(fā)器，超小型光纖收發(fā)器在繼承光纖收發(fā)器基本用途的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)多方面性能提升，核心優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
《2025-2030年中國光纖收發(fā)器行業(yè)市場調(diào)查研究及投資前景分析報(bào)告》指出，超小型光纖收發(fā)器通過優(yōu)化各單元設(shè)計(jì)與集成方案，將產(chǎn)品體積縮小至 U 盤尺寸甚至更小，大幅節(jié)省安裝空間，可滿足客戶端高密度組裝的應(yīng)用需求，尤其適用于空間有限的通信設(shè)備機(jī)房或小型化網(wǎng)絡(luò)終端場景。
由于采用 RJ-45 公頭連接器設(shè)計(jì)，超小型光纖收發(fā)器可直接插入以太網(wǎng)設(shè)備的 RJ-45 端口使用，無需額外配備 RJ-45 電纜，不僅簡化安裝流程，減少布線工作量，還降低了設(shè)備采購與維護(hù)成本，提升使用便捷性。
通過功耗控制與散熱設(shè)計(jì)優(yōu)化，超小型光纖收發(fā)器具備優(yōu)良的溫度適應(yīng)能力，可在較寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。即使在多個(gè)光纖收發(fā)器同時(shí)運(yùn)行的場景下，也能保持穩(wěn)定的傳輸性能，滿足長期可靠運(yùn)行需求。
多樣化的光接口設(shè)計(jì)使超小型光纖收發(fā)器可適配不同應(yīng)用場景的布線需求，降低對(duì)使用環(huán)境的限制，提升產(chǎn)品通用性與適用范圍。
為確保超小型光纖收發(fā)器的性能達(dá)標(biāo)，需建立完善的測試體系，涵蓋可測試性設(shè)計(jì)、各單元測試及成品網(wǎng)絡(luò)測試，同時(shí)記錄并分析測試數(shù)據(jù)，驗(yàn)證產(chǎn)品性能。
超小型光纖收發(fā)器采用可測試性設(shè)計(jì)思路，將內(nèi)部單元?jiǎng)澐譃閮蓚€(gè)獨(dú)立模塊：第一模塊包含電接口單元、物理層轉(zhuǎn)換單元和電源轉(zhuǎn)換單元;第二模塊包含光電轉(zhuǎn)換單元和光接口單元。兩個(gè)模塊之間通過高速電連接器實(shí)現(xiàn)可靠連接，在試制階段可分開生產(chǎn)與測試，待確認(rèn)各模塊性能合格后再進(jìn)行組裝，最終對(duì)成品進(jìn)行測試，確保交付產(chǎn)品質(zhì)量。
針對(duì)光電轉(zhuǎn)換單元和光接口單元，需搭建基于誤碼儀、數(shù)據(jù)通信分析儀、光衰減器和光功率計(jì)等設(shè)備的高效測試系統(tǒng)，具體測試流程與內(nèi)容如下：
發(fā)射端指標(biāo)測試：將誤碼儀的數(shù)據(jù)輸出接口(Data out，差分輸出)通過同軸電纜連接至測試板，將被測光電轉(zhuǎn)換單元插入測試板專用插座，再用光纖連接被測產(chǎn)品光接口單元與數(shù)據(jù)通信分析儀，測試發(fā)射端關(guān)鍵指標(biāo)，包括平均光功率(Po)、消光比(E.r)、交叉點(diǎn)(Crossing)等。
接收端指標(biāo)測試：將合格的發(fā)射端光信號(hào)通過光纖傳輸至光衰減器、光分路器和光功率計(jì)，再送入被測光電轉(zhuǎn)換單元的接收端;同時(shí)將測試板的數(shù)據(jù)輸出端口通過同軸電纜連接至誤碼儀的數(shù)據(jù)輸入接口(Data in，支持差分輸入或單端輸入)。通過調(diào)節(jié)光衰減器，測試在滿足系統(tǒng)合格誤碼率要求下的最大接收光功率(飽和光功率)和最小接收光功率(接收靈敏度)。
溫度性能測試：為驗(yàn)證超小型光纖收發(fā)器在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性，需進(jìn)行常溫、高溫、低溫的三溫性能測試。下表為光電轉(zhuǎn)換部分在常溫(25℃)下的測試數(shù)據(jù)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求：
在確認(rèn)光電轉(zhuǎn)換單元各項(xiàng)測試合格，且超小型光纖收發(fā)器前端電源部分、物理層轉(zhuǎn)換部分焊接與安裝無誤后，將兩個(gè)模塊組裝成一體，使用千兆位以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)測試儀進(jìn)行丟包率測試，測試場景包括光纖直連測試和 20km 盤纖測試。
測試結(jié)果顯示，在 100% 速率下，兩種測試場景中數(shù)據(jù)丟包率均為 0%，具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下(幀計(jì)數(shù)以 1518 為例)：
端口接收(Rx)幀數(shù)：406371，接收成功率 100%;
不同幀長(628、256、1024、1280 等)下，丟包率均為 0.00%。
根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際需求，還可安排常溫、高溫、低溫的三溫測試，進(jìn)一步驗(yàn)證超小型光纖收發(fā)器在不同環(huán)境溫度下的性能穩(wěn)定性，確保產(chǎn)品滿足較高的性能要求與長期可靠性。
為持續(xù)提升超小型光纖收發(fā)器的性能與競爭力，需針對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)中的潛在問題進(jìn)行優(yōu)化，未來優(yōu)化方向主要集中在以下幾個(gè)單元：
電接口單元的優(yōu)化重點(diǎn)是增強(qiáng) RJ-45 公頭連接器與 PCB(印制電路板)的連接可靠性。必要時(shí)可針對(duì) RJ-45 連接器進(jìn)行自主開模生產(chǎn)，使連接器滿足更高等級(jí)的跌落、振動(dòng)等技術(shù)要求，避免因連接松動(dòng)導(dǎo)致的信號(hào)傳輸故障，提升產(chǎn)品耐用性。
電源轉(zhuǎn)換單元需進(jìn)一步提高直流電壓轉(zhuǎn)換器(DC-DC)的效率，降低電源損耗，減少產(chǎn)品整體功耗。同時(shí)，需不斷優(yōu)化光電匹配參數(shù)，增強(qiáng)嵌入式軟件的堅(jiān)固性與兼容性，以適配不同類型的外置電源適配器;此外，還可探索新的電源接入方式(如光電混合纜電源接入)，提升產(chǎn)品供電靈活性。
光電轉(zhuǎn)換單元的優(yōu)化方向包括采用性價(jià)比更高的激光驅(qū)動(dòng)器、限幅放大器和激光器，在保證性能的同時(shí)降低硬件成本;此外，可引入板上芯片貼裝技術(shù)(Chip On Board)進(jìn)一步優(yōu)化板端設(shè)計(jì)，減少單元體積，助力超小型光纖收發(fā)器實(shí)現(xiàn)更極致的小型化。
本文圍繞 2025 年光纖收發(fā)器行業(yè)技術(shù)發(fā)展需求，詳細(xì)闡述了超小型光纖收發(fā)器的設(shè)計(jì)架構(gòu)、核心優(yōu)勢、測試系統(tǒng)及優(yōu)化方向。超小型光纖收發(fā)器通過采用 RJ-45 公頭連接器、低功耗物理層轉(zhuǎn)換方案、靈活光接口設(shè)計(jì)及外置電源方案，實(shí)現(xiàn)體積大幅縮小(U 盤尺寸或更小)，滿足千兆位以太網(wǎng)應(yīng)用需求，適配高密度組裝與即插即用場景。
在測試方面，通過可測試性設(shè)計(jì)分模塊驗(yàn)證性能，光電轉(zhuǎn)換單元常溫測試數(shù)據(jù)顯示：消光比 11.5-13.6 dB、平均光功率 - 3.8 至 - 2.6 dBm、交叉點(diǎn) 46.7%-50.0%、工作電流 132-143 mA、飽和光功率 0.5 dBm、接收靈敏度 - 27.50 至 - 26.50 dBm;成品網(wǎng)絡(luò)測試中，光纖直連與 20km 盤纖場景下丟包率均為 0%，驗(yàn)證了產(chǎn)品性能穩(wěn)定性。未來，通過電接口可靠性提升、電源轉(zhuǎn)換效率優(yōu)化及光電轉(zhuǎn)換單元成本與封裝控制，超小型光纖收發(fā)器將進(jìn)一步滿足行業(yè)對(duì)小型化、低功耗、高可靠性通信設(shè)備的需求，推動(dòng)光纖通信技術(shù)在更多場景的應(yīng)用與普及。
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本文來源：報(bào)告大廳
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