光學(xué)背板連接器

　　Tom?Marrapode（Molex光學(xué)解決方案事業(yè)部?高級技術(shù)開發(fā)總監(jiān)）

　　摘?要：光學(xué)背板連接器允許通過與電氣背板連接器類似的方式，使用盲插接口來連接起光纖。這種精心設(shè)計的高密度接口在過去的數(shù)十年來已經(jīng)成功用于實現(xiàn)各種容量可擴展的系統(tǒng)，適合芯線路由(corerouting)、光交換及電信領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　在本文中，我們將探尋是什么吸引了眾多的系統(tǒng)架構(gòu)師和機械設(shè)計工程師來使用盲插光學(xué)互連系統(tǒng)，以及相應(yīng)的設(shè)計要求、光纖密度的推動因素、維護作業(yè)、產(chǎn)業(yè)動態(tài)及我們對于未來需求和挑戰(zhàn)的看法。

　　關(guān)鍵詞：連接器；光學(xué)背板；盲插接口；OBO

　　與前面板光學(xué)連接作業(yè)一樣，OBO（板載光學(xué)）模塊可以通過標(biāo)準(zhǔn)的多光纖圓形護套光纜、帶狀光纖或者附著到OBO模塊上的帶狀預(yù)成型光纖技術(shù)，方便地連接到光學(xué)背板連接器上（如圖1）。

　　光學(xué)的FlexPlane還可以結(jié)合FlexPlane一端上特定于光學(xué)背板的連接元件以及另一端上附著的OBO來使用。通過這種方式，可以在系統(tǒng)元件內(nèi)部實現(xiàn)密度極高、極其復(fù)雜的光纖端口映射。在很多方面，硬件設(shè)計師和系統(tǒng)架構(gòu)師都被這類接口技術(shù)所吸引：

　　● 釋放前面板空間，從而增加氣流以及客戶端接口或網(wǎng)絡(luò)接口；

　　● 不再需要為前面板的布線連接進行手動安裝，進而加快系統(tǒng)部署、升級與維修的速度；

　　● 提高互連系統(tǒng)的密度并簡化光纜的管理，遠遠超越傳統(tǒng)的前面板光學(xué)連接器和光端機；

　　● 通過特定于系統(tǒng)的內(nèi)置連接配置，例如光學(xué)重排，可以實現(xiàn)線卡和抽屜的標(biāo)準(zhǔn)化，從而使用機殼外部的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化布線，這樣就允許系統(tǒng)組件達到更高程度的模塊化。

　　1 光學(xué)背板連接器的類型

　　在幾十年前，首先上市的是基于陶瓷插芯的光學(xué)背板連接器，在很大程度上該型連接器都以用戶端的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)連接器為基礎(chǔ)，例如MU、SC和LC，以及適合特定供應(yīng)商應(yīng)用的、基于定制端子的版本。陶瓷單光纖插芯互連系統(tǒng)在接口的每一側(cè)都采用了圓柱形的套管，套管在陶瓷對開套管內(nèi)部對準(zhǔn)，而該對開套管則固定在一個通常安裝在背板上的配對外殼當(dāng)中。接口的電路板側(cè)是一種定制的外殼，安裝在印刷電路板上，印刷電路板對套管起到固定作用，套管的設(shè)計可以正確地插入對準(zhǔn)到背板外殼中。

　　光學(xué)性能和光密度模仿了基于標(biāo)準(zhǔn)的連接器，在尺寸上提供了額外的凈空，供閉鎖和安裝功能使用。端口的數(shù)量范圍通常在2～8個連接器之間，采用了1.25或2.50mm的套管。由于廣泛采用了基于標(biāo)準(zhǔn)的連接器，清潔和檢測作業(yè)更加標(biāo)準(zhǔn)化，可以獲得良好的支持。當(dāng)今的LC盲插接口最常在2、4和8端口的配置中使用，支持多模和單模光纖。

　　基于多光纖MT套管的光學(xué)背板接口最為常見，通過在每個套管上整合多條光纖并且在每個連接器上整合多個套管端口，與陶瓷單光纖套管相比，實現(xiàn)的光纖密度要高得多。端口的數(shù)量范圍通常在1~8個MT型套管之間，使用48個光纖套管時，在16mm×55mm的面積上可為每個連接器啟用多達384條光纖。這類接口可從多家制造商處供貨，提供眾多的配置與安裝形式，良好地滿足了對于卡籠樣式的需求，以及特定系統(tǒng)的機械和封裝上的需求。

　　MT型套管采用了精密成型的聚酯套管，在公端/母端配置中通過金屬導(dǎo)銷對準(zhǔn)。內(nèi)部結(jié)合了光學(xué)背板連接器外殼，這就需要詳細考慮機械調(diào)準(zhǔn)和密封問題，以實現(xiàn)正確操作。

　　2 光學(xué)背板連接器機械性能概覽

　　系統(tǒng)架構(gòu)師與光學(xué)背板連接器工程師之間早期溝通具有至關(guān)重要的作用，因為系統(tǒng)架構(gòu)、機械外殼、連接器接口和系統(tǒng)光纖連接方案的需求都是緊密聯(lián)系在一起的。整個系統(tǒng)中連接器的光纖可以達到極高的數(shù)量，例如數(shù)以千計，這樣才能滿足機械、光學(xué)器件、光纜管理、熱及使用上的一系列復(fù)雜的需求。如果要在事后向系統(tǒng)設(shè)計中添加光學(xué)背板連接器，或者甚至由于機械安裝、卡間距以及機殼設(shè)計上的要求而對各種不同類型的接口進行更改，那樣幾乎是不可能的。極其靈活的一方面則在于每個連接器上的光纖數(shù)量，這是由于多光纖MT套管以及為多個MT套管端口提供支持的光學(xué)連接器可以提供眾多可用的選項。光學(xué)性能則成為了其中的權(quán)衡因素，因為隨著每個套管上光纖數(shù)量的增加，以及在光纖管理的過程中，1個單獨的光學(xué)背板連接器可以實現(xiàn)數(shù)百處的光纖連接，光學(xué)性能也會隨之降低。

　　由于配對時幾何外形的關(guān)系以及與連接器類型有關(guān)、所需的閉鎖力和夾持力上的細微差別，光學(xué)背板連接器的機械設(shè)計與安裝要求會在很大程度上影響到機殼的設(shè)計。由于套管都是單獨承受彈簧載荷，在光學(xué)背板連接器或者在卡的前面板插鎖上就必須考慮這些力。每個MT套管上的彈簧力范圍從12光纖套管上的10N起，一直延伸到每個套管上24條以上光纖情況下的20N，對于連接器上的每個套管端口來說，彈簧力將成倍增長。考慮到帶有8個24光纖MT套管端口的光學(xué)背板連接器以及每個卡上4個連接器的情況，則每個卡上所需的夾持力將增加至640N。光學(xué)背板連接器提供兩種類型，即自鎖式和非閉鎖式，對于后者來說，卡插鎖和機殼/背板結(jié)構(gòu)必須將套管彈簧壓縮，并將各個卡和連接器保持在插入狀態(tài)。

　　自鎖式光學(xué)背板連接器提供了額外的Z軸行程，或者根據(jù)背板的設(shè)計公差提供浮動式的緩動卡。兩種版本之間的權(quán)衡因素在一定程度上取決于每種連接器的設(shè)計，并且，由于插鎖會增加額外的尺寸、提高設(shè)計上的復(fù)雜性與組件數(shù)量，因而會影響到密度、連接器的復(fù)雜程度及成本。這就是造成擴束和備用套管接口產(chǎn)生了吸引力的原因之一，因為它們可以在很大程度上降低使套管保持接觸所需的彈簧力，在獨立于光纖數(shù)的情況下，往往可將所需的力減少5~10倍。

　　光學(xué)背板連接器通常安裝在后面板上，后面板上設(shè)有開孔，可使連接器安裝在內(nèi)部，從而使光纖通過，抵達機殼的背部。就像電氣背板連接器一樣，光學(xué)背板連接器也提供多個版本，可以支持共面、正交和標(biāo)準(zhǔn)的卡籠設(shè)計，以及更新型的機架式抽屜/滑道架構(gòu)，這些版本的安裝方法與機械要求各不相同。安裝方法包括螺絲安裝、鉚釘安裝、固定夾安裝及滑入配合，要求連接器外殼進行機械懸浮，從而在卡或抽屜組件放入到背板/機殼中時滿足插入公差的要求。

　　如果卡籠或機架的機械公差超出了連接器支持的范圍，則通常會利用導(dǎo)銷來提高配對精度。由于光學(xué)連接器通常較長一些，或者首先要按照配對順序來插入，因而不能使用電氣連接器來發(fā)揮引導(dǎo)的功能。此外，板上安裝的電氣連接器不會浮動，因而光學(xué)連接器必須提供浮動功能以避免多個接口之間發(fā)生結(jié)合。機械設(shè)計人員必須仔細考慮這些事項，并且在連接器的選擇過程中也必須加以考量。

　　機械和環(huán)境性能的測試與資格標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)涉及到了多光纖連接器的Telcordia GR-1435-CORE標(biāo)準(zhǔn)確定。這類連接器的耐久性和性能主要由套管的性能來決定，其中的最佳光學(xué)性能可以超過已確定的50次插拔的要求。特定于系統(tǒng)的機械管理和光纜管理驗證作業(yè)在整個開發(fā)過程中都起到了關(guān)鍵的作用。

　　光學(xué)背板連接器的一個獨一無二的特點在于，推動著各家供應(yīng)商之間進行協(xié)調(diào)或者促進互操作性發(fā)展的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)少之又少。主要是在VITA和ARINC的組織當(dāng)中，標(biāo)準(zhǔn)化方面的工作開展得極其有限，重點關(guān)注的還是苛刻條件下的應(yīng)用及航天應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，只有少數(shù)幾家供應(yīng)商可以實現(xiàn)互操作，而在設(shè)計上還沒有完全協(xié)調(diào)起來。在光學(xué)背板連接器制造商當(dāng)中，用于保護和固定光纜上的套管以及連接器外殼內(nèi)部的套管的設(shè)計方法存在著很大的不同，各家制造商都嘗試著在密度、魯棒性和易用性之間達到一定的折衷。一些低密度的版本將工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MPO/MTP連接器作為配對接口，而大多數(shù)的版本都采用了專利的固定夾和連接器，使得供應(yīng)商的互操作性根本無法實現(xiàn)。對于系統(tǒng)設(shè)計人員及用戶來說，重要的一點在于要充分了解光學(xué)套管在安裝夾中的固定方式、制造和維護過程中在主連接器外殼上的安裝與拆卸流程，以及在計劃使用的系統(tǒng)中開展可能的檢測或清潔作業(yè)的方法。

　　替代用的多光纖套管解決方案正在開發(fā)過程中，可以解決終端用戶在魯棒性和易用性上的問題，目標(biāo)則是降低總購置成本。這類套管具有的其他優(yōu)勢還包括：降低了對灰塵/碎屑的靈敏度，減小了彈簧力，采用了不同的機械配對方式，并且在對準(zhǔn)方面也存在優(yōu)勢。就像任何物理配對接口一樣，在套管表面保持一定的潔凈度，從而使光纖到光纖的接觸不發(fā)生減弱，對于光學(xué)性能以及防止光纖表面發(fā)生損壞來說具有至關(guān)重要的作用。在光學(xué)背板連接器中，這一點尤其重要，因為在操作套管接口以進行清潔和檢測時會更加困難。套管和光纖的碎片引起了業(yè)界對不需要光纖到光纖的物理配對的套管接口的興趣，這類套管包括擴束套管和光纖間隙套管。當(dāng)替代用的多光纖套管在體積上是以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MT套管為基礎(chǔ)時，它們就可以在任何基于MT套管的背板連接器中實施，從而拓寬連接器的應(yīng)用領(lǐng)域并降低總購置成本。

　　3 清潔與檢測

　　由于光學(xué)背板連接器往往安放在機殼或者機架或者間距較窄的卡的內(nèi)部的較深位置處，對接口的操作會受到限制，因而光纖接口的檢測和清潔工作會受到極大的影響。此外，安全活門也是光學(xué)背板連接器上經(jīng)常采用的一種方法，用于為套管接口提供保護，同時有助于確保眼部安全，因此完全的防塵往往并不可行，使清潔和檢測用品成為一種必需的附件，在工廠和現(xiàn)場使用時需要考慮在內(nèi)。在系統(tǒng)的待機卡針對具體的機殼和光學(xué)背板連接器的實施作業(yè)而正確安裝并定位后，可以通過這些待機卡上特定于連接器的固定裝置來實施工業(yè)供應(yīng)商提供的清潔和檢測設(shè)備。由于其中存在著極大的復(fù)雜性，在運送含有出廠前已檢測、清潔過并獲得良好保護的接口的系統(tǒng)元件時，需要非常的小心，這樣才能使首次裝機的系統(tǒng)啟動速度達到極高的水平，否則長期的維修和檢驗作業(yè)需要付出更多的人工。這些挑戰(zhàn)都起到了強大的推動作用，使業(yè)界增加了對擴束套管和替代套管技術(shù)（例如，氣隙套管）的興趣，因為在檢測、清潔和終端用戶的購置成本中，這些技術(shù)可以為其中的許多方面減輕負擔(dān)。

　　4 未來需求與挑戰(zhàn)

　　光學(xué)背板連接器的路線圖應(yīng)包含以下幾個方面：

　　● 版本支持機架式架構(gòu)之類的新應(yīng)用，整合更大的機械公差和魯棒性，從而適合大型和重型的抽屜和/或滑道使用；

　　● 版本在每個套管或每條光纖上降低插入力，以便實現(xiàn)更經(jīng)濟的卡設(shè)計與背板設(shè)計；

　　● 整合替代用的多光纖套管技術(shù)，簡化部署和使用，同時減輕清潔和檢測上的負擔(dān)，進而降低總購置成本；

　　● 改善清潔和檢測技術(shù)；

　　● 支持新的光纖類型以提高密度、縮小光纖的體積；

　　● 在標(biāo)準(zhǔn)化潛力方面開展工作，為供應(yīng)側(cè)確保安全性并通過更加廣泛的采用來增加使用數(shù)量。

　　Mole提供種類齊全的光學(xué)背板互連系統(tǒng)，圖2為其中的一些范例。

　?。ㄗⅲ罕疚膩碓从诳萍计诳峨娮赢a(chǎn)品世界》2020年第05期第39頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。）