關(guān)于SFP連接器你必須了解的那些知識(shí)

一、SFP光籠子的作用及材料組成

1.光籠子的概念與作用

① 光籠子是什么？
SFP Cage（Small Form-factor Pluggable Cage，小型可插拔光模塊籠子）是通信設(shè)備中用于安裝和固定光模塊的核心機(jī)械與電氣接口組件，外觀為一種金屬框架結(jié)構(gòu)，由上下蓋及 EMI 彈片組成基本樣式，可增加散熱器或?qū)Ч獍舻攘慵瑝航踊蚝附釉谠O(shè)備PCB（如交換機(jī)、路由器主板）上，為光模塊提供物理插槽，實(shí)現(xiàn)光模塊與Pcb板連接，因此也常被稱作SFP光籠子或SFP連接器。

② 光籠子的核心作用有哪些？
1.電氣連接與保證信號(hào)完整性
2.電磁屏蔽（EMI Suppression）
3.機(jī)械固定與模塊保護(hù)
4.散熱管理與防塵
5.其他輔助功能實(shí)現(xiàn)：搭配導(dǎo)光柱實(shí)現(xiàn)狀態(tài)指示、防誤插

2.產(chǎn)品組成部分及各部分的材質(zhì)組成
SFP光籠子是通常由一個(gè)金屬屏蔽外殼與一個(gè)連接器內(nèi)芯構(gòu)成，可根據(jù)需求集成其他配件如：導(dǎo)光柱、散熱器等。
金屬屏蔽外殼：
由屏蔽殼+閉鎖機(jī)構(gòu)組成，其主要材質(zhì)一般為白銅或不銹鋼材質(zhì)，鍍層及厚度可選，通常為鍍鎳30μ”-50μ”或 不鍍鎳。
連接器內(nèi)芯：
由一個(gè)基座與信號(hào)端子構(gòu)成，插座 PIN 數(shù)為 20PIN，加工方式為表面貼裝，應(yīng)用時(shí)需要與單層式光籠子配合使用，連接器端子為銅合金或磷銅，鍍金方式為觸點(diǎn)鍍金，鍍金厚度可選。
其他配件：
導(dǎo)光柱--材質(zhì)為光學(xué)聚碳酸酯
散熱器--材質(zhì)為AL 6063

二、SFP光籠子的產(chǎn)品分類及選型
1.產(chǎn)品分類
① 根據(jù)速率分類

② 根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分類

③ 根據(jù)產(chǎn)品外掛配件分類

2.選型建議
SFP 籠子的選型步驟
1.定義需求
確定速率：
? 步驟：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求選擇支持 1G、10G、25G、100G、200G、400G、800G的籠子。
確定光纖類型：
? 步驟：選擇支持單模或多模光纖的籠子，如果需要長距離傳輸，選擇支持單模光纖的籠子。
確定接口類型：
? 步驟：選擇 LC、SC 或 FC 接口的籠子。
2.匹配設(shè)備
檢查設(shè)備規(guī)格：
? 步驟：確保籠子的電氣和機(jī)械參數(shù)與設(shè)備一致。
參考兼容性列表：
? 步驟：參考設(shè)備廠商的兼容性列表，確保籠子與設(shè)備兼容。
3.評(píng)估成本
籠子成本：
? 步驟：考慮籠子的單價(jià)和批量采購成本。
維護(hù)成本：
? 步驟：考慮籠子的可靠性和維護(hù)成本。

特殊場(chǎng)景選型指南
1.數(shù)據(jù)中心高密度布線
高密度籠子：
? 特性：支持高密度布線，減少空間占用。
? 建議：選擇支持高密度布線的籠子，如 QSFP 籠子。
散熱管理：
? 特性：高功耗模塊需要良好的散熱設(shè)計(jì)。
? 建議：選擇帶有散熱片或散熱管的籠子，確保散熱效果。
2.惡劣工業(yè)環(huán)境
加固設(shè)計(jì)：
? 特性：耐腐蝕、高強(qiáng)度的材料，如不銹鋼。
? 建議：選擇不銹鋼材料的籠子，確保在惡劣環(huán)境中的可靠性。
擴(kuò)展溫度范圍：
? 特性：支持-40℃to+85℃的溫度范圍。
? 建議：選擇支持?jǐn)U展溫度范圍的籠子，確保在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性。
3.長距離傳輸
支持長距離模塊：
? 特性：支持長距離傳輸?shù)哪K，如 100km 的 10GBASE-ZR 模塊。
? 建議：選擇支持長距離傳輸?shù)幕\子，確保信號(hào)質(zhì)量。
色散補(bǔ)償：
? 特性：長距離傳輸需要色散補(bǔ)償模塊。
? 建議：選擇支持色散補(bǔ)償?shù)幕\子，確保長距離傳輸?shù)男盘?hào)質(zhì)量。
三、安裝方式與治具
1.壓接式與焊接式的區(qū)別

壓接式連接，顧名思義，就是將一個(gè)過盈尺寸的插針壓入電路板上鉆好的通孔中。基本要素就是插針的接合區(qū)直徑必須大于孔徑。這就導(dǎo)致了插針和孔的配合面的材料有了變形，插針或者是通孔的變形也會(huì)兩者之間的緊配合保持下去。

壓接式分為實(shí)心插針腳和魚眼針腳（詳情請(qǐng)見下圖）

1、實(shí)心插針腳，保持插針和通孔之間良好接觸的力是通孔的彈性變形力。

2、彈性變形（魚眼針腳EoN）插針腳，保持插針和通孔之間良好接觸的力是插針的彈性變形力。

彈性插針相對(duì)于實(shí)心插針來說，對(duì)PCB金屬化通孔的尺寸精度要求降低；較小的插入力；允許在同一塊PCBA的金屬化通孔內(nèi)多次插拔（可維修性好）。所以，目前PCBA加工的壓接工藝中，主要采用可彈性變形的插針腳或稱為魚眼插針。

焊接式連接，焊接屬熱加工工藝，將插針置入通孔中，通過熔融焊料實(shí)現(xiàn)結(jié)合。

2.壓接式安裝步驟

安裝壓接式SFP光籠子需要用到專用的壓接機(jī)與壓接治具相配合，采用三段式壓入的方式進(jìn)行壓接

① 將壓接治具平放在壓接臺(tái)上

② 將定位塊與SFP籠子放置在壓接治具對(duì)應(yīng)的位置上

③ 放置PCB板進(jìn)行三段式壓接

四、SFP光籠子的關(guān)鍵參數(shù)
產(chǎn)品材質(zhì)

籠子素材：白銅、不銹鋼
籠子電鍍：鎳

導(dǎo)光柱：光學(xué)聚碳酸酯

連接器素材：磷銅
連接器電鍍：觸點(diǎn)鍍金
塑殼材質(zhì):LCP

溫度范圍

工作溫度：-40℃to+105℃

儲(chǔ)存溫度：-40℃to+105℃

機(jī)械性能

耐久性：支持插拔100+次

光模塊拔出力：15Nmax

光模塊插入力：40Nmax

電氣性能

支持熱插拔

工作電壓：30V DC 耐電壓 : 300V AC

工作電流 : 0.5A( 信號(hào) )、5A( 電源 )

差分阻抗 : 100Ω ± 10Ω

絕緣電阻 : 1000mΩ min

接觸電阻 : 80mΩ max, Δ20mΩ max

注：壓接腳籠子和連接器組合PCB 最低板厚 1.57±0.10mm (0.0625")

五、產(chǎn)品可靠性測(cè)試

以SFP+ 2x4connector為例

測(cè)試針對(duì)配備墊圈和金屬 EMI 彈片的 2x4 產(chǎn)品版本進(jìn)行。所呈現(xiàn)的性能數(shù)據(jù)與這些配置相關(guān)，應(yīng)作為其他產(chǎn)品配置的參考。

屏蔽性能測(cè)試

1、測(cè)試程序和順序

屏蔽效果數(shù)據(jù)采用立方體銅外殼采集，該外殼內(nèi)設(shè)有用于連接待測(cè)設(shè)備 (DUT) 安裝板的裝置。安裝板固定在銅外殼一側(cè)的方形切口上。有兩塊不同的安裝板，一塊帶有用于連接器的孔，另一塊則沒有。

為了進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試使用了兩根喇叭天線。一根放置在外殼內(nèi)，另一根放置在外殼外。兩根天線盡可能靠近安裝板，大約幾英寸。

性能目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)屏蔽層，以最大限度地減少從一個(gè)天線傳輸?shù)搅硪粋€(gè)天線的信號(hào)功率。

首先進(jìn)行幾項(xiàng)參考測(cè)量。
1. 使用不帶孔的安裝板對(duì)密封外殼進(jìn)行測(cè)量。我們使用此測(cè)量值來確定噪聲“基底”。
2. 僅對(duì)帶孔且未安裝連接器的待測(cè)設(shè)備板進(jìn)行測(cè)量。 我們將此測(cè)量值作為“上限”，表示在沒有屏蔽的情況下，最壞情況下的泄漏能量。
3. 在天線之間沒有任何阻擋的情況下進(jìn)行測(cè)量。這顯示為上限內(nèi)的深黑色線。 然后測(cè)量了三個(gè) 待測(cè)設(shè)計(jì) (DUT) 樣本。
第一個(gè)待測(cè)設(shè)備是帶有 EMI 金屬墊片的 2x4 SFP 連接器（橙色線）。參見圖 2 和圖 3。
第二個(gè)待測(cè)設(shè)備是帶有 EMI 彈性墊片的 2x4 SFP+ 連接器（綠色線）。參見圖 2
第三個(gè)待測(cè)設(shè)備是帶有 EMI 金屬墊片的 2x4 SFP+ 連接器（綠線）。參見圖 3
請(qǐng)注意，待測(cè)設(shè)備不包含任何連接的線纜或 SFP/SFP+ 模塊。測(cè)量的重點(diǎn)是比較評(píng)估不同的籠式技術(shù)。安裝模塊或線纜后，它們的性能參數(shù)將占主導(dǎo)地位。

下圖展示了 SFP+ 彈性墊片設(shè)計(jì)相對(duì)于 SFP 彈簧夾設(shè)計(jì)的性能對(duì)比。綠色陰影區(qū)域表示彈性墊片的性能優(yōu)于 SFP 彈簧夾，黃色陰影區(qū)域表示兩者的性能互補(bǔ)。

下圖顯示了 SFP+ 金屬墊片設(shè)計(jì)相對(duì)于 SFP 彈簧夾設(shè)計(jì)的性能對(duì)比。綠色陰影區(qū)域表示彈性墊片的性能優(yōu)于 SFP 彈簧夾。

惡劣環(huán)境測(cè)試 通過

耐濕性/恒溫恒濕 humidity resistance/constant temperature and humidity

鹽霧24H測(cè)試 Salt spray test;

耐溫實(shí)驗(yàn)/溫度壽命 Temperature resistance test/temperature life

電氣性能測(cè)試 通過

電磁干擾測(cè)試 EMI test

接觸保持耐力測(cè)試 Contact retention endurance test

靜電擊穿測(cè)試 Electrostatic breakdown test

高速信號(hào)測(cè)試 High-speed signal test

材料測(cè)試 通過

耐用性測(cè)試Durability test

金屬彎曲強(qiáng)度測(cè)試 Metal bending strength test

插拔力及壽命測(cè)試;Insertion force and life test;

機(jī)械沖擊/跌落測(cè)試 Mechanical shock/drop test

振動(dòng)測(cè)試 vibration test

屏蔽效果數(shù)據(jù)采用立方體銅外殼采集，該外殼內(nèi)設(shè)有用于連接待測(cè)設(shè)備 (DUT) 安裝板的裝置。安裝板固定在銅外殼一側(cè)的方形切口上。有兩塊不同的安裝板，一塊帶有用于連接器的孔，另一塊則沒有。

為了進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試使用了兩根喇叭天線。一根放置在外殼內(nèi)，另一根放置在外殼外。兩根天線盡可能靠近安裝板，大約幾英寸。

性能目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)屏蔽層，以最大限度地減少從一個(gè)天線傳輸?shù)搅硪粋€(gè)天線的信號(hào)功率。

六 、產(chǎn)品非標(biāo)定制流程

七、SFP光籠子的應(yīng)用場(chǎng)景

數(shù)據(jù)中心：用于服務(wù)器、交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。
電信網(wǎng)絡(luò)：在長距離光纖通信中廣泛應(yīng)用，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。
企業(yè)網(wǎng)絡(luò)：用于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提供高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸解決方案。

審核編輯 黃宇