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光学背板连接器

作者:Tom Marrapode时间:2020-04-29来源:电子产品世界收藏

  Tom Marrapode(Molex光学解决方案事业部 高级技术开发总监)

本文引用地址:http://www.dzszp.com/article/202004/412562.htm

  摘 要:允许通过与电气背板类似的方式,使用来连接起光纤。这种精心设计的高密度接口在过去的数十年来已经成功用于实现各种容量可扩展的系统,适合芯线路由(corerouting)、光交换及电信领域的应用。

  在本文中,我们将探寻是什么吸引了众多的系统架构师和机械设计工程师来使用盲插光学互连系统,以及相应的设计要求、光纤密度的推动因素、维护作业、产业动态及我们对于未来需求和挑战的看法。

  关键词:

  与前面板光学连接作业一样,(板载光学)模块可以通过标准的多光纤圆形护套光缆、带状光纤或者附着到模块上的带状预成型光纤技术,方便地连接到连接器上(如图1)。

  光学的FlexPlane还可以结合FlexPlane一端上特定于光学背板的连接元件以及另一端上附着的OBO来使用。通过这种方式,可以在系统元件内部实现密度极高、极其复杂的光纤端口映射。在很多方面,硬件设计师和系统架构师都被这类接口技术所吸引:

  ● 释放前面板空间,从而增加气流以及客户端接口或网络接口;

  ● 不再需要为前面板的布线连接进行手动安装,进而加快系统部署、升级与维修的速度;

  ● 提高互连系统的密度并简化光缆的管理,远远超越传统的前面板光学连接器和光端机;

  ● 通过特定于系统的内置连接配置,例如光学重排,可以实现线卡和抽屉的标准化,从而使用机壳外部的标准结构化布线,这样就允许系统组件达到更高程度的模块化。

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  1 光学背板连接器的类型

  在几十年前,首先上市的是基于陶瓷插芯的光学背板连接器,在很大程度上该型连接器都以用户端的行业标准连接器为基础,例如MU、SC和LC,以及适合特定供应商应用的、基于定制端子的版本。陶瓷单光纤插芯互连系统在接口的每一侧都采用了圆柱形的套管,套管在陶瓷对开套管内部对准,而该对开套管则固定在一个通常安装在背板上的配对外壳当中。接口的电路板侧是一种定制的外壳,安装在印刷电路板上,印刷电路板对套管起到固定作用,套管的设计可以正确地插入对准到背板外壳中。

  光学性能和光密度模仿了基于标准的连接器,在尺寸上提供了额外的净空,供闭锁和安装功能使用。端口的数量范围通常在2~8个连接器之间,采用了1.25或2.50mm的套管。由于广泛采用了基于标准的连接器,清洁和检测作业更加标准化,可以获得良好的支持。当今的LC最常在2、4和8端口的配置中使用,支持多模和单模光纤。

  基于多光纤MT套管的光学背板接口最为常见,通过在每个套管上整合多条光纤并且在每个连接器上整合多个套管端口,与陶瓷单光纤套管相比,实现的光纤密度要高得多。端口的数量范围通常在1~8个MT型套管之间,使用48个光纤套管时,在16mm×55mm的面积上可为每个连接器启用多达384条光纤。这类接口可从多家制造商处供货,提供众多的配置与安装形式,良好地满足了对于卡笼样式的需求,以及特定系统的机械和封装上的需求。

500万彩票网  MT型套管采用了精密成型的聚酯套管,在公端/母端配置中通过金属导销对准。内部结合了光学背板连接器外壳,这就需要详细考虑机械调准和密封问题,以实现正确操作。

  2 光学背板连接器机械性能概览

  系统架构师与光学背板连接器工程师之间早期沟通具有至关重要的作用,因为系统架构、机械外壳、连接器接口和系统光纤连接方案的需求都是紧密联系在一起的。整个系统中连接器的光纤可以达到极高的数量,例如数以千计,这样才能满足机械、光学器件、光缆管理、热及使用上的一系列复杂的需求。如果要在事后向系统设计中添加光学背板连接器,或者甚至由于机械安装、卡间距以及机壳设计上的要求而对各种不同类型的接口进行更改,那样几乎是不可能的。极其灵活的一方面则在于每个连接器上的光纤数量,这是由于多光纤MT套管以及为多个MT套管端口提供支持的光学连接器可以提供众多可用的选项。光学性能则成为了其中的权衡因素,因为随着每个套管上光纤数量的增加,以及在光纤管理的过程中,1个单独的光学背板连接器可以实现数百处的光纤连接,光学性能也会随之降低。

  由于配对时几何外形的关系以及与连接器类型有关、所需的闭锁力和夹持力上的细微差别,光学背板连接器的机械设计与安装要求会在很大程度上影响到机壳的设计。由于套管都是单独承受弹簧载荷,在光学背板连接器或者在卡的前面板插锁上就必须考虑这些力。每个MT套管上的弹簧力范围从12光纤套管上的10N起,一直延伸到每个套管上24条以上光纤情况下的20N,对于连接器上的每个套管端口来说,弹簧力将成倍增长。考虑到带有8个24光纤MT套管端口的光学背板连接器以及每个卡上4个连接器的情况,则每个卡上所需的夹持力将增加至640N。光学背板连接器提供两种类型,即自锁式和非闭锁式,对于后者来说,卡插锁和机壳/背板结构必须将套管弹簧压缩,并将各个卡和连接器保持在插入状态。

  自锁式光学背板连接器提供了额外的Z轴行程,或者根据背板的设计公差提供浮动式的缓动卡。两种版本之间的权衡因素在一定程度上取决于每种连接器的设计,并且,由于插锁会增加额外的尺寸、提高设计上的复杂性与组件数量,因而会影响到密度、连接器的复杂程度及成本。这就是造成扩束和备用套管接口产生了吸引力的原因之一,因为它们可以在很大程度上降低使套管保持接触所需的弹簧力,在独立于光纤数的情况下,往往可将所需的力减少5~10倍。

  光学背板连接器通常安装在后面板上,后面板上设有开孔,可使连接器安装在内部,从而使光纤通过,抵达机壳的背部。就像电气背板连接器一样,光学背板连接器也提供多个版本,可以支持共面、正交和标准的卡笼设计,以及更新型的机架式抽屉/滑道架构,这些版本的安装方法与机械要求各不相同。安装方法包括螺丝安装、铆钉安装、固定夹安装及滑入配合,要求连接器外壳进行机械悬浮,从而在卡或抽屉组件放入到背板/机壳中时满足插入公差的要求。

  如果卡笼或机架的机械公差超出了连接器支持的范围,则通常会利用导销来提高配对精度。由于光学连接器通常较长一些,或者首先要按照配对顺序来插入,因而不能使用电气连接器来发挥引导的功能。此外,板上安装的电气连接器不会浮动,因而光学连接器必须提供浮动功能以避免多个接口之间发生结合。机械设计人员必须仔细考虑这些事项,并且在连接器的选择过程中也必须加以考量。

  机械和环境性能的测试与资格标准根据涉及到了多光纤连接器的Telcordia GR-1435-CORE标准确定。这类连接器的耐久性和性能主要由套管的性能来决定,其中的最佳光学性能可以超过已确定的50次插拔的要求。特定于系统的机械管理和光缆管理验证作业在整个开发过程中都起到了关键的作用。

  光学背板连接器的一个独一无二的特点在于,推动着各家供应商之间进行协调或者促进互操作性发展的行业标准少之又少。主要是在VITA和ARINC的组织当中,标准化方面的工作开展得极其有限,重点关注的还是苛刻条件下的应用及航天应用,在这些应用中,只有少数几家供应商可以实现互操作,而在设计上还没有完全协调起来。在光学背板连接器制造商当中,用于保护和固定光缆上的套管以及连接器外壳内部的套管的设计方法存在着很大的不同,各家制造商都尝试着在密度、鲁棒性和易用性之间达到一定的折衷。一些低密度的版本将工业标准的MPO/MTP连接器作为配对接口,而大多数的版本都采用了专利的固定夹和连接器,使得供应商的互操作性根本无法实现。对于系统设计人员及用户来说,重要的一点在于要充分了解光学套管在安装夹中的固定方式、制造和维护过程中在主连接器外壳上的安装与拆卸流程,以及在计划使用的系统中开展可能的检测或清洁作业的方法。

  替代用的多光纤套管解决方案正在开发过程中,可以解决终端用户在鲁棒性和易用性上的问题,目标则是降低总购置成本。这类套管具有的其他优势还包括:降低了对灰尘/碎屑的灵敏度,减小了弹簧力,采用了不同的机械配对方式,并且在对准方面也存在优势。就像任何物理配对接口一样,在套管表面保持一定的洁净度,从而使光纤到光纤的接触不发生减弱,对于光学性能以及防止光纤表面发生损坏来说具有至关重要的作用。在光学背板连接器中,这一点尤其重要,因为在操作套管接口以进行清洁和检测时会更加困难。套管和光纤的碎片引起了业界对不需要光纤到光纤的物理配对的套管接口的兴趣,这类套管包括扩束套管和光纤间隙套管。当替代用的多光纤套管在体积上是以工业标准的MT套管为基础时,它们就可以在任何基于MT套管的背板连接器中实施,从而拓宽连接器的应用领域并降低总购置成本。

  3 清洁与检测

  由于光学背板连接器往往安放在机壳或者机架或者间距较窄的卡的内部的较深位置处,对接口的操作会受到限制,因而光纤接口的检测和清洁工作会受到极大的影响。此外,安全活门也是光学背板连接器上经常采用的一种方法,用于为套管接口提供保护,同时有助于确保眼部安全,因此完全的防尘往往并不可行,使清洁和检测用品成为一种必需的附件,在工厂和现场使用时需要考虑在内。在系统的待机卡针对具体的机壳和光学背板连接器的实施作业而正确安装并定位后,可以通过这些待机卡上特定于连接器的固定装置来实施工业供应商提供的清洁和检测设备。由于其中存在着极大的复杂性,在运送含有出厂前已检测、清洁过并获得良好保护的接口的系统元件时,需要非常的小心,这样才能使首次装机的系统启动速度达到极高的水平,否则长期的维修和检验作业需要付出更多的人工。这些挑战都起到了强大的推动作用,使业界增加了对扩束套管和替代套管技术(例如,气隙套管)的兴趣,因为在检测、清洁和终端用户的购置成本中,这些技术可以为其中的许多方面减轻负担。

  4 未来需求与挑战

  光学背板连接器的路线图应包含以下几个方面:

  ● 版本支持机架式架构之类的新应用,整合更大的机械公差和鲁棒性,从而适合大型和重型的抽屉和/或滑道使用;

  ● 版本在每个套管或每条光纤上降低插入力,以便实现更经济的卡设计与背板设计;

  ● 整合替代用的多光纤套管技术,简化部署和使用,同时减轻清洁和检测上的负担,进而降低总购置成本;

  ● 改善清洁和检测技术;

  ● 支持新的光纤类型以提高密度、缩小光纤的体积;

  ● 在标准化潜力方面开展工作,为供应侧确保安全性并通过更加广泛的采用来增加使用数量。

  Mole提供种类齐全的光学背板互连系统,图2为其中的一些范例。

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  (注:本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第05期第39页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。)



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