光链路具有许多优点

　　光接口技术的进步提高了性能水平，有助于满足不断增长的数据速率和信号带宽。新规范定义了如何在开放的行业标准中部署这些光链路，从而提供改进的互操作性并支持未来的升级。与传统的铜缆连接相比，光链路具有许多优势，将提高数据速率，改善信号完整性和安全性，并大大延长系统组件之间的距离。

　　光链路具有许多优点

　　铜缆的一个主要缺点是信号损耗，这成为更高频率信号和更长电缆长度的严重限制。在 100 米的跨度内，光缆可以保持比铜缆高 100 倍的数据速率。

　　由于铜缆辐射电磁能量，因此窃听网络电缆是一个主要的安全问题，不仅对军事和政府客户，而且对公司、银行和金融机构也是如此。车辆和公文包中的高级信号嗅探器很难检测和限制。光缆极难在不损坏光缆的情况下“窃听”，导致立即检测。

　　在铜电缆中流动的信号也容易受到附近电磁辐射源（如天线、发电机和电机）的污染。这对于军用和商用飞机和船舶以及载人或无人驾驶车辆至关重要，这些车辆通常装有数十种不同的电子有效载荷。光缆完全不受EMI［电磁干扰］甚至雷电放电的影响。

　　从物理上讲，光缆比铜缆小得多，轻得多，对于武器、无人驾驶车辆和飞机等重量敏感的应用尤其重要。光缆在浸没在海水中时也能正常工作，并且完全不受电气短路的影响——在可能存在爆炸性蒸气的情况下尤其重要。为了便于通过导管和通道进行安装，光缆的直径更小，可以承受比铜电缆高十倍的拉力。

　　在数据服务器、存储网络、电信系统以及家庭和办公室互联网和娱乐系统的巨大商业市场的推动下，光接口正在取代旧的铜缆连接，原因很充分：成本和性能。

　　随着光缆的使用越来越普遍，单位长度的成本可能远低于依赖于商品金属定价的铜缆。通常情况下，工业、军事和政府嵌入式系统现在正在利用这种快速发展的商业技术的诸多好处。

　　光缆

　　光缆是用于通过光纤传播光的波导。它由一个中心磁芯组成，其复合材料具有比磁芯更高的折射率，以确保全内反射。光缆使用多模或单模传输。

　　多模电缆接受光线在轴的一定角度内进入核心。它们通过反复反射芯线和包层之间的介电边界沿着电缆向下移动。磁芯直径通常为 50 或 62.5 微米，光的波长通常为 850 nm。

　　单模电缆以电磁波的形式将光作为电磁波传播，使用1310和1550 nm的典型波长直接沿着光纤向下传播。磁芯直径必须不大于光波长的十倍，通常为 8 到 10 微米。虽然单模电缆可以传输比多模长10到100倍的信号，但收发器更昂贵。

　　存在数百种不同类型的光缆连接器，每种连接器都针对特定的应用和环境。挑战在于连接两根光缆的末端，以保持光接口的最大保真度，尽管存在人为因素、公差、污染和环境。用于清洁每根光纤末端的特殊工具和套件对于可靠运行至关重要。

　　光收发器

　　将电信号耦合到光信号以通过光缆传输需要光收发器。大多数系统要求每个光链路采用全双工操作，以支持流量控制和纠错。一对光纤通常在同一根电缆中粘合在一起，支持以相反方向传输和接收数据。

　　虽然过去已经使用了几种模拟光调制方案（包括AM和FM），但现在几乎所有的收发器都使用数字调制。光发射器只是将数字逻辑电平转换为激光束的开/关调制，而探测器将调制光转换回数字信号。这个用于传输 1 和 0 的物理层接口可以支持任何协议。

　　最新的收发器使用激光发射器来支持 100 Gbits/s 或更高的数据速率，每一代都在稳步降低设备的功耗、尺寸和成本。发射器和探测器需要不同的技术，但两者通常组合在一个产品中，以提供全双工操作。

　　因此，光收发器在光缆和处理器、FPGA 和网络适配器上的大量多千兆位电气串行端口之间提供物理层接口。因此，光收发器对其支持的协议是透明的，使其适用于几乎任何高速串行数字链路。

　　光收发器的电信号连接到端点设备，然后终端设备必须在物理层处理时钟编码和恢复、同步和线路平衡。数据链路层电路建立成帧，以便可以通过通道发送和接收数据字。

　　选择正确的光学协议

　　协议定义了每种类型的系统链路支持的规则和功能，从原始数据的简单传输到对分布式网络的复杂多处理器支持、智能路由和强大的纠错功能。当然，较重的协议总是意味着数据传输效率较低和延迟增加。通常，最好使用满足给定系统要求的最简单的协议。

　　作为轻量级协议的一个例子，Aurora for Xilinx FPGA 具有板载链路层引擎和高速串行收发器。Aurora 主要用于在两个 FPGA 之间发送数据的点对点连接。它包括 8b/10b 或 64b/66b 通道编码以平衡传输通道，并支持单工或全双工操作。Aurora 几乎可以处理任何字长，并支持将多个串行通道绑定到单个逻辑通道中，从而聚合单通道比特率以实现更高的数据吞吐量。每个串行通道的数据速率可以是 12.5 Gbits/s 或更高。Aurora 非常简单且开销最小，在模块内的多个 FPGA 之间或背板上的模块之间链接数据流方面非常高效。

　　复杂性的提高是VITA 17.1 中定义的串行 FPDP 协议。它满足了嵌入式系统的几个重要需求，包括避免数据溢出的流量控制，以及允许一个节点接收数据并将其转发到另一个节点的复制模式。复制/循环模式支持多个节点的环最终完成闭环。每个通道的标称数据速率为 2.5 Gb/s，但设备技术的进步现在支持的速度几乎是该速度的两倍。

　　Infiniband为数据存储和服务器定义了灵活、低延迟、点对点互连结构，当前速率为14 Gbits/sec，未来几年将上升到50 Gbits/sec。通过绑定 4 或 12 个通道形成逻辑通道，可以提高通道速度。

　　古老的以太网协议仍然主导着计算机网络，现在各种计算机、交换机和适配器通常都支持 10 GbE。尽管以太网开销很高，对于高数据速率、低延迟的应用来说有些麻烦，但其无处不在的存在实际上确保了兼容性。

　　审核编辑：郭婷