光學(xué)背板連接器

Tom Marrapode

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(lái)連接起光纖。這種精心設(shè)計(jì)的高密度接口在過去的數(shù)十年來(lái)已經(jīng)成功用于實(shí)現(xiàn)各種容量可擴(kuò)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(jī)械設(shè)計(jì)工程師來(lái)使用盲插光學(xué)互連系統(tǒng)，以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求、光纖密度的推動(dòng)因素、維護(hù)作業(yè)、產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)及我們對(duì)于未來(lái)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，080（板載光學(xué)）模塊可以通過標(biāo)準(zhǔn)的多光纖圓形護(hù)套光纜、帶狀光纖或者附著到080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080來(lái)使用。通過這種方式，可以在系統(tǒng)元件內(nèi)部實(shí)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(jì)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(jìn)行手動(dòng)安裝，進(jìn)而加快系統(tǒng)部署、升級(jí)與維修的速度;

.提高互連系統(tǒng)的密度并簡(jiǎn)化光纜的管理，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的前面板光學(xué)連接器和光端機(jī);

.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(shí)現(xiàn)線卡和抽屜的標(biāo)準(zhǔn)化，從而使用機(jī)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(dá)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(duì)開套管內(nèi)部對(duì)準(zhǔn)，而該對(duì)開套管則固定在一個(gè)通常安裝在背板上的配對(duì)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(duì)套管起到固定作用，套管的設(shè)計(jì)可以正確的插入對(duì)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到8個(gè)連接器之間，采用了1.25或2.50 mm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(cè)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(gè)套管上整合多條光纖并且在每個(gè)連接器上整合多個(gè)套管端口，與陶瓷單光纖套管相比，實(shí)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(gè)MT型套管之間，使用48個(gè)光纖套管時(shí)，在16mm×55 mm的面積上可為每個(gè)連接器啟用多達(dá)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，良好滿足對(duì)于卡籠樣式的需求以及特定于系統(tǒng)的機(jī)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(duì)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(xì)考慮機(jī)械調(diào)準(zhǔn)和密封問題，以實(shí)現(xiàn)正確操作。

2 光學(xué)背板連接器機(jī)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?yàn)橄到y(tǒng)架構(gòu)、機(jī)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(gè)系統(tǒng)中連接器的光纖可以達(dá)到極高的數(shù)量，數(shù)以干計(jì)，這樣才能滿足機(jī)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(jì)中添加光學(xué)背板連接器，或者甚至由于機(jī)械安裝、卡間距以及機(jī)殼設(shè)計(jì)上的要求而對(duì)各種不同類型的接口進(jìn)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(gè)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(gè)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(xiàng)。光學(xué)性能則成為了其中的權(quán)衡因素，因?yàn)殡S著每個(gè)套管上光纖數(shù)量的增加，以及在光纖管理的過程中，1個(gè)單獨(dú)的光學(xué)背板連接器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)百處的光纖連接，光學(xué)性能也會(huì)隨之降低。

由于配對(duì)時(shí)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(xì)微差別，光學(xué)背板連接器的機(jī)械設(shè)計(jì)與安裝要求會(huì)在很大程度上影響到機(jī)殼的設(shè)計(jì)。由于套管都是單獨(dú)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(gè)MT套管上的彈簧力范圍從12光纖套管上的10 N起，一直延伸到每個(gè)套管上24條以上光纖情況下的20 N牛，對(duì)于連接器上的每個(gè)套管端口來(lái)說(shuō)彈簧力將成倍增長(zhǎng)?？紤]到帶有8個(gè)24光纖MT套管端口的光學(xué)背板連接器以及每個(gè)卡上4個(gè)連接器的情況，則每個(gè)卡上所需的夾持力將增加至640 N。光學(xué)背板連接器提供兩種類型，即自鎖式和非閉鎖式，對(duì)于后者來(lái)說(shuō)，卡插鎖和機(jī)殼/背板結(jié)構(gòu)必須將套管彈簧壓縮，并將各個(gè)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(jì)公差提供浮動(dòng)式的緩動(dòng)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(jì)，并且，由于插鎖會(huì)增加額外的尺寸、提高設(shè)計(jì)上的復(fù)雜性與組件數(shù)量，因而會(huì)影響到密度、連接器的復(fù)雜程度及成本。這就是造成擴(kuò)束和備用套管接口產(chǎn)生了吸引力的原因之一，因?yàn)樗鼈兛梢栽诤艽蟪潭壬辖档褪固坠鼙３纸佑|所需的彈簧力，在獨(dú)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(dá)機(jī)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(gè)版本，可以支持共面、正交和標(biāo)準(zhǔn)的卡籠設(shè)計(jì)，以及更新型的機(jī)架式抽屜/滑道架構(gòu)，這些版本的安裝方法與機(jī)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(jìn)行機(jī)械懸浮，從而在卡或抽屜組件放入到背板/機(jī)殼中時(shí)滿足插入公差的要求。

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

機(jī)械和環(huán)境性能的測(cè)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(lái)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(jī)械管理和光纜管理驗(yàn)證作業(yè)在整個(gè)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(gè)獨(dú)一無(wú)二的特點(diǎn)在于，推動(dòng)著各家供應(yīng)商之間進(jìn)行協(xié)調(diào)或者促進(jìn)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)互操作，而在設(shè)計(jì)上還沒有完全協(xié)調(diào)起來(lái)。在光學(xué)背板連接器制造商當(dāng)中，用于保護(hù)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(jì)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(dá)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(duì)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(wú)法實(shí)現(xiàn)。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員及用戶來(lái)說(shuō)，重要的一點(diǎn)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(hù)過程中在主連接器外殼上的安裝與拆卸流程，以及在計(jì)劃使用的系統(tǒng)中開展可能的檢測(cè)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(gòu)置成本。這類套管具有的其他優(yōu)勢(shì)還包括：降低了對(duì)灰塵/碎屑的靈敏度，減小了彈簧力，采用了不同的機(jī)械配對(duì)方式，并且在對(duì)準(zhǔn)方面也存在優(yōu)勢(shì)。就像任何物理配對(duì)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(duì)于光學(xué)性能以及防止光纖表面發(fā)生損壞來(lái)說(shuō)具有至關(guān)重要的作用。在光學(xué)背板連接器中，這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)樵诓僮魈坠芙涌谝赃M(jìn)行清潔和檢測(cè)時(shí)會(huì)更加困難。套管和光纖的碎片引起了業(yè)界對(duì)不需要光纖到光纖的物理配對(duì)的套管接口的興趣.這類套管包括擴(kuò)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(shí)，它們就可以在任何基于MT套管的背板連接器中實(shí)施，從而拓寬連接器的應(yīng)用領(lǐng)域并降低總購(gòu)置成本。

3 清潔與檢測(cè)

由于光學(xué)背板連接器往往安放在機(jī)殼或者機(jī)架或者間距較窄的卡的內(nèi)部的較深位置處，對(duì)接口的操作會(huì)受到限制，因而光纖接口的檢測(cè)和清潔工作會(huì)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(hù)，同時(shí)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(cè)用品成為一種必需的附件，在工廠和現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)需要考慮在內(nèi)。在系統(tǒng)的待機(jī)卡針對(duì)具體的機(jī)殼和光學(xué)背板連接器的實(shí)施作業(yè)而正確安裝并定位后，可以通過這些待機(jī)卡上特定于連接器的固定裝置來(lái)實(shí)施工業(yè)供應(yīng)商提供的清潔和檢測(cè)設(shè)備。由于其中存在著極大的復(fù)雜性，在運(yùn)送含有出廠前已檢測(cè)、清潔過并獲得良好保護(hù)的接口的系統(tǒng)元件時(shí)，需要非常的小心，這樣才能使首次裝機(jī)的系統(tǒng)啟動(dòng)速度達(dá)到極高的水平，否則長(zhǎng)期的維修和檢驗(yàn)作業(yè)需要付出更多的人工。這些挑戰(zhàn)都起到了強(qiáng)大的推動(dòng)作用，使業(yè)界增加了對(duì)擴(kuò)束套管和替代套管技術(shù)（例如，氣隙套管）的興趣，因?yàn)樵跈z測(cè)、清潔和終端用戶的購(gòu)置成本中，這些技術(shù)可以為其中的許多方面減輕負(fù)擔(dān)。

4 未來(lái)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(gè)方面：

.版本支持機(jī)架式架構(gòu)之類的新應(yīng)用，整合更大的機(jī)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(gè)套管或每條光纖上降低插入力，以便實(shí)現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)的卡設(shè)計(jì)與背板設(shè)計(jì);

.整合替代用的多光纖套管技術(shù)，簡(jiǎn)化部署和使用，同時(shí)減輕清潔和檢測(cè)上的負(fù)擔(dān)，進(jìn)而降低總購(gòu)置成本;

.改善清潔和檢測(cè)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(lái)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。