SFP コネクタについて知っておくべきこと

1. SFP光ケージの機能と材料構成

1. 光ケージの概念と機能

①光ケージとは何ですか？
SFP ケージ (Small Form-factor Pluggable Cage) は、通信機器に光モジュールを取り付けて固定するために使用される中核的な機械的および電気的インターフェイスコンポーネントです。上部カバーと下部カバーとEMI榴散弾で構成される金属フレーム構造を持っています。ヒートシンクやライトガイドロッドなどの部品を追加したり、機器のPCB（スイッチ、ルーターのマザーボードなど）に圧着または溶接したりできます。光モジュール用の物理スロットを提供し、光モジュールと PCB ボード間の接続を実現します。したがって、SFP 光ケージまたは SFP コネクタと呼ばれることがよくあります。

② 光ケージの核となる機能は何ですか?
1. 電気接続と信号の完全性
2. 電磁シールド（EMI対策）
3. 機械的固定とモジュール保護
4. 放熱管理と防塵対策
5. その他の補助機能：ライトガイドによる状態表示と誤挿入防止

2. 製品の構成要素と各部の材料構成
SFP光ケージは通常、金属シールドシェルとコネクタコアで構成されており、必要に応じてライトガイド、ヒートシンクなどのその他のアクセサリを統合できます。
金属シールドシェル:
シールドシェル＋ロック機構で構成されています。主な材質は白銅またはステンレスが一般的です。メッキと厚さはオプションで、通常はニッケルメッキ 30μ”-50μ” またはニッケルメッキなしです。
コネクタコア:
ベースと信号端子で構成されます。ソケット暗証番号は20PINです。加工方法は表面実装です。適用する場合は単層光ケージと一緒に使用する必要がある。コネクタ端子は銅合金またはリン銅です。金めっき方法は接触金めっきで、金めっきの厚みは任意です。
その他の付属品:
ライトガイドコラム -光学ポリカーボネート製
ラジエーター - AL6063製

2. SFP光ケージの製品分類と選択
1. 製品分類
①速度による分類

② 製品構成による分類

③製品付属品による分類

2. 選択の推奨事項
SFP ケージの選択手順
1. 要件を定義する
レートを決定します。
• 手順: ネットワーク要件に応じて、1G、10G、25G、100G、200G、400G、800G をサポートするケージを選択します。
ファイバーの種類を決定します。
• 手順: シングル-モードまたはマルチ-モードファイバーをサポートするケージを選択します。長距離伝送が必要な場合は、シングルモードファイバーをサポートするケージを選択してください。
インターフェースのタイプを決定します。
• 手順: LC、SC、または FC インターフェイスを備えたケージを選択します。
2.デバイスを合わせる
デバイスの仕様を確認します。
• 手順: ケージの電気的および機械的パラメータがデバイスと一致していることを確認します。
参考互換性リスト:
• 手順: デバイスの製造元の互換性リストを参照して、ケージがデバイスと互換性があることを確認します。
3. コストを評価する
ケージのコスト:
• 手順：ケージの単価と一括購入コストを検討します。
メンテナンス費用:
• 手順: ケージの信頼性とメンテナンスコストを考慮します。

特殊シナリオ選択ガイド
1. データセンターの高密度ケーブル配線
高密度ケージ:
• 特長: 高密度ケーブル配線をサポートし、占有スペースを削減します。
• 推奨事項: QSFP ケージなど、高密度ケーブル配線をサポートするケージを選択します。
熱管理:
• 特長: 高出力モジュールには優れた放熱設計が必要です。
• 推奨事項: 熱放散を確保するために、ヒートシンクまたはヒートパイプを備えたケージを選択します。
2. 過酷な産業環境
強化された設計:
• 特長: ステンレス鋼などの耐食性、高強度の材料。
• 推奨事項: 過酷な環境での信頼性を確保するには、ステンレス鋼製のケージを選択してください。
拡張温度範囲:
・特長：｜40℃～＋85℃の温度範囲に対応しています。
• 推奨事項: 極端な環境での安定性を確保するには、拡張温度範囲をサポートするケージを選択してください。
3.長距離伝送
長距離モジュールのサポート:
• 特長: 100km 10GBASE-ZR モジュールなど、長距離伝送をサポートするモジュール。
• 推奨事項: 信号品質を確保するには、長距離伝送をサポートするケージを選択してください。
分散補償:
• 特長: 長距離伝送には分散補償モジュールが必要です。
• 推奨事項: 長距離伝送の信号品質を確保するには、分散補償をサポートするケージを選択してください。
Ⅲ．設置方法と固定具
1. 圧入と半田付けの違い

圧入接続とは、その名の通り、回路基板に開けられたスルーホールに干渉サイズのピンを圧入することです。基本的な要素は、ピンの接合部分の直径が穴の直径より大きくなければならないということです。これにより、ピンと穴の合わせ面の材質が変形し、ピンや貫通穴の変形によって両者の密着性も維持されます。

プレスフィットはソリッドピンピンとフィッシュアイピンに分かれます（詳細は下図を参照）

1. ソリッドピンピンの場合、ピンとスルーホールとの接触を良好に保つ力はスルーホールの弾性変形力です。

2. 弾性変形（フィッシュアイピン EoN）ピンとスルーホールとの接触を良好に保つ力がピンの弾性変形力です。

ソリッドピンと比較して、弾性ピンは PCB メタライズスルーホールの寸法精度の要件が低くなります。挿入力が小さい。また、同じ PCBA のメタライズされたスルーホールで複数回の抜き差しが可能です (良好な保守性)。そのため、現在のPCBA加工の圧着工程では、弾性変形可能なピンやフィッシュアイピンが主に使用されています。

溶接接続。溶接は熱処理プロセスであり、ピンがスルーホールに配置され、溶融したはんだによって接続が実現されます。

2. 圧入取り付け手順

プレスフィットＳＦＰ光ケージを設置するには、圧入には三段階圧入法を用い、専用のプレスフィット機と圧入治具の使用を必要とする。

① 圧着治具を圧着テーブル上に平らに置きます。

② 位置決めブロックと SFP ケージを圧着治具の対応する位置に置きます。

③ 3段圧着用PCB基板を配置します

4. SFP 光ケージの主要パラメータ
製品材質

ケージ材質：白銅、ステンレス鋼
ケージメッキ：ニッケル

ライトガイドコラム：光学ポリカーボネート

コネクタ材質：リン青銅
コネクタメッキ：接点金メッキ
ケース材質:LCP

温度範囲

動作温度: -40℃ ～ +105℃

保管温度: -40℃ ～ +105℃

機械的性質

耐久性: 100 回以上の抜き差しをサポートします。

光モジュール引抜力：15Nmax

光モジュール挿入力：40Nmax

電気的性能

ホットプラグをサポート

動作電圧：DC30V 耐電圧：AC300V

動作電流：0.5A（信号）、5A（電源）

差動インピーダンス：100Ω±10Ω

絶縁抵抗：1000mΩ以上

接触抵抗：80mΩ以下、Δ20mΩ以下

注: プレスフィットピンケージとコネクタを組み合わせた PCB の最小板厚は 1.57±0.10 mm (0.0625") です。

V. 製品の信頼性試験

SFP+ 2x4 コネクタを例に挙げます

テストは、ガスケットと金属 EMI 破片を備えた 2x4 製品バージョンで実施されました。示されているパフォーマンスデータはこれらの構成に関連しているため、他の製品構成の参考として使用する必要があります。

シールド性能試験

1. 試験手順と順序

シールド効果データは、テスト対象デバイス (DUT) 取り付けプレートを接続するためのデバイスを備えた立方体銅製ハウジングを使用して収集されました。取り付けプレートは、銅製ハウジングの片側にある四角い切り欠きに固定されています。 2 つの異なる取り付けプレートがあり、1 つはコネクタ用の穴があり、もう 1 つは穴がありません。

測定にはホーンアンテナを2本使用してテストしました。 1 つはハウジングの内側に、もう 1 つはハウジングの外側に配置されました。 2 つのアンテナは取り付けプレートにできるだけ近く、約数インチに配置されました。

性能の目標は、あるアンテナから別のアンテナに送信される信号電力を最小限に抑えるようにシールド層を設計することです。

まず、いくつかの参考測定が行われました。
1. 密閉エンクロージャは、穴のない取り付けプレートを使用して測定されました。この測定値を使用して、ノイズの「フロア」を決定します。
2. DUT ボードは穴のみでコネクタが取り付けられていない状態で測定されました。この測定値を、シールドなしの最悪の場合の漏れエネルギーの「上限」として使用します。
3. アンテナ間に障害物がない状態でアンテナが測定されました。これは、上限内の濃い黒い線として示されています。次に、テスト対象設計 (DUT) の 3 つのサンプルが測定されました。
最初の DUT は、EMI メタルガスケット (オレンジ色の線) を備えた 2x4 SFP コネクタでした。図 2 と図 3 を参照してください。
2 番目の DUT は、EMI フレックスガスケット (緑色の線) を備えた 2x4 SFP+ コネクタでした。図2を参照
3 番目の DUT は、EMI メタルガスケット (緑色の線) を備えた 2x4 SFP+ コネクタでした。図3を参照
DUT には接続されたケーブルや SFP/SFP+ モジュールが含まれていないことに注意してください。測定の焦点は、さまざまなケージ技術を比較および評価することです。モジュールまたはケーブルが取り付けられると、そのパフォーマンスパラメータが支配的になります。

次の図は、SFP+ エラストマーガスケット設計と SFP スプリングクリップ設計の性能比較を示しています。緑色の斜線領域は、エラストマーガスケットが SFP スプリングクリップよりも優れた性能を発揮することを示し、黄色の斜線領域は、2 つの性能が相互に補完することを示します。

次のグラフは、SFP+ メタルガスケット設計のパフォーマンスを SFP スプリングクリップ設計と比較して示しています。緑色の斜線部分は、エラストマーガスケットが SFP スプリングクリップよりも優れた性能を発揮する場所を示しています。

過酷な環境試験に合格

耐湿性/恒温恒湿性

塩水噴霧試験;

耐熱試験・温度寿命

電気的性能試験に合格

EMI試験

接点保持耐久試験

静電気破壊試験

高速信号テスト

材質試験合格

耐久性試験

金属曲げ強度試験

挿入力と寿命試験。

機械的衝撃/落下試験

振動試験

シールド効果データは、テスト対象デバイス (DUT) 取り付けプレートを接続するためのデバイスを備えた立方体の銅製ハウジングを使用して収集されました。取り付けプレートは、銅製ハウジングの片側にある四角い切り欠きに固定されています。 2 つの異なる取り付けプレートがあり、1 つはコネクタ用の穴があり、もう 1 つは穴がありません。

測定には 2 つのホーンアンテナを使用しました。 1 つはハウジングの内側に、もう 1 つは外側に配置されました。 2 つのアンテナは、取り付けプレートのできるだけ近く、約数インチに配置されます。

性能の目標は、一方のアンテナからもう一方のアンテナに伝達される信号電力を最小限に抑えるシールドを設計することです。
6.製品の非標準カスタマイズプロセス

7. SFP光ケージのアプリケーションシナリオ

データセンター: 高速データ伝送を実現するためにサーバー、スイッチ、ルーターなどのネットワークデバイスで使用されます。
通信ネットワーク: データ伝送の安定性と信頼性を確保するために、長距離光ファイバー通信で広く使用されています。
エンタープライズネットワーク: 企業の内部ネットワーク構築に使用され、効率的で安定したデータ伝送ソリューションを提供します。