Optisen moduulin lähetin-vastaanottimet vaativat kalibroinnin

 

Miksi kalibroinnilla on enemmän merkitystä kuin uskotkaan

 

Olen nähnyt insinöörien ohittavan kalibrointivaiheita tuotantopaineen alla. Huono idea. Moduuli saattaa toimia hyvin testipenkissä huoneenlämmössä, istuessaan siellä täysin terveenä. Sitten se lähetetään. Asennetaan datakeskuksen telineeseen, jossa ympäristön lämpötilat vaihtelevat 15 ja 45 asteen välillä jäähdytyskuormituksesta riippuen. Silloin ongelmat alkavat.

Asiaaoptiset lähetin-vastaanottimetettä niiden laserdiodit ovat erittäin herkkiä olentoja. Bias-virran ja lähtötehon välinen suhde ei ole lineaarinen lämpötila-alueilla-se siirtyy, ajautuu ja vaatii kompensaatiota. Ilman asianmukaista tehdaskalibrointia automaattisella tehonsäätöpiirillä ei ole aavistustakaan, missä optimaalinen toimintapiste todella sijaitsee. TOSA (Transmitter Optical Sub{4}}Assembly) päätyy käymään joko liian kuumana, kiihdyttäen huonontumista tai liian kylmänä, mikä ei tuota tarpeeksi lähtötehoa linkkibudjetille.

Vastaanottimen herkkyyden kalibrointi tuo omat haasteensa. Valodetektorin vaste vaihtelee yksiköiden välillä-joskus dramaattisesti-johtuen valmistustoleransseista epitaksiaalisessa kasvuprosessissa. Moduuli saattaa tarvita 0,85 A/W päästäkseen vaatimuksiin, kun taas sen naapuri tuotantolinjalla vaatii 0,92 A/W. Yleiset hakutaulukot eivät yksinkertaisesti leikkaa sitä.

 

Silmäkaavion testi

 

Jokainen, joka on työskennellyt lähetin-vastaanottimen testauksessa, tietää, että silmäkaavio on kaikki kaikessa. Tai ainakin siltä tuntuu karsinnan aikana. MSA-standardit määrittelevät maskin-olennaisesti kuusikulmion tai rombin muotoisen kielletyn alueen-johon signaalijäljet ​​eivät pääse. Jos aaltomuotosi koskettaa maskia, moduuli epäonnistuu. Kausi. Ei neuvotteluja.

Se, mitä todellisuudessa tapahtuu silmäkaavion kalibroinnin aikana, on vivahteikkaampaa kuin hyväksy/hylätty -binaari antaa ymmärtää. Teknikko-tai yhä useammin automatisoitu kalibrointiohjelmisto-säätää modulaatiovirtaa ja bias-pistettä iteratiivisesti ja tarkkailee, kuinka silmä avautuu tai sulkeutuu jokaisen parametrin muutoksen yhteydessä. Leveämpi silmä tarkoittaa parempaa signaali---kohinamarginaalia. Enemmän tilaa vastaanottimelle erottaa loogiset ykköset ja nollat. Jakopisteen tulisi sijaita 50 %:ssa, mikä osoittaa, että jokaisessa logiikkatilassa käytetty aika on yhtä suuri.

Jitter kerääntyy. Se on ilkeä osa. Jopa pienet ajoituksen epävarmuustekijät yhdistyvät linkin yli ja syövät tuohon kallisarvoiseen silmäaukoon, kunnes vastaanottimessa ei ole enää juuri mitään jäljellä. Kalibrointi havaitsee moduulit, joissa on liiallista luontaista värinää, ennen kuin niistä tulee jonkun muun ongelma.

 

Lämpötila Pyöräily

 

DDM-kalibrointi ja mitä numerot todellisuudessa tarkoittavat

 

SFF-8472-spesifikaatio mullisti lähetin-vastaanottimen valvonnan määrittämällä standardoidut muistikartat diagnostisille tiedoille. Lämpötila, syöttöjännite, laserin esivirta, TX-teho, RX-teho – kaikki käytettävissä yksinkertaisen I²C-liitännän kautta osoitteessa A2h. Mutta tässä on se, mitä spesifikaatiossa ei korosteta tarpeeksi: nuo lukemat ovat vain yhtä tarkkoja kuin tehdaskalibrointi, joka tuotti muunnoskertoimet.

Sisäisesti kalibroidut moduulit tallentavat raaka-ADC-arvot ja käyttävät kiinteitä skaalauskertoimia. Kaava näyttää yksinkertaiselta: Kalibroitu_arvo=Kulmakerroin × Raw_ADC + Offset. Silti näiden kaltevuus- ja offset-arvojen määrittäminen vaatii jäljitettäviä mittauslaitteita-kalibroituja optisia tehomittareita, tarkkoja virtalähteitä, lämpötilan{7}}ohjattuja kammioita. Yksi valmistaja kertoi minulle, että heidän kalibrointiasemansa yksin maksaa enemmän kuin sitä käyttävän teknikon vuosipalkka. Uskon heitä.

Ulkoisesti kalibroidut moduulit siirtävät tämän monimutkaisuuden isäntään ja tallentavat polynomikertoimia kehittyneempää käyrän sovitusta varten. Tarkkuus paranee, mutta niin myös laskentataakka. Useimmat verkkokytkimet hoitavat sen hyvin nykyään. Vanhat laitteet ovat joskus vaikeuksissa.

Käytännön vaikutukset verkonvalvojille: kun valvontajärjestelmäsi ilmoittaa lähetystehon -3,2 dBm, määrä riippuu täysin kyseisen moduulin kalibroinnin laadusta. Halvat lähetin-vastaanottimet vaihtelevat usein ±1,5 dB todellisesta tehosta. Premium-moduulit kestävät ±0,5 dB. Sillä on paljon merkitystä marginaalilinkin vianetsinnässä.

 

Aallonpituuden kalibrointi DWDM-sovelluksiin

 

Tiheä aallonpituusjakoinen multipleksointi muuttaa kaiken kalibrointivaatimuksista. Yhtäkkiä et ole tekemisissä ±50 nm:n toleransseilla, jotka hyväksytään yksi-mode SR/LR-moduuleissa. DWDM-kanavat toimivat 100 GHz tai jopa 50 GHz ITU-verkoissa. 1550 nm:ssä tämä tarkoittaa noin 0,8 nm:n etäisyyttä. Menetät tavoiteaallonpituutesi yli ±0,1 nm ja vuodat vierekkäisiin kanaviin luoden ylikuulumisen, joka etenee koko järjestelmän läpi.

Viritettävät lähetin-vastaanottimet lisäävät uuden kerroksen monimutkaisuutta. Kalibroinnin on otettava huomioon aallonpituudesta{1}}riippuvaiset tehon vaihtelut viritysalueella. Moduuli voi tuottaa -1 dBm aallonpituudella 1530 nm, mutta vain -2,5 dBm aallonpituudella 1565 nm. Tämän käyttäytymisen kompensoivat sisäiset hakutaulukot vaativat karakterisointia useissa aallonpituuspisteissä valmistuksen aikana.

Olen menettänyt laskelman siitä, kuinka monta DWDM-käyttöönotto-ongelmaa johtuu riittämättömästä aallonpituuden kalibroinnista. Oireet ovat aina hämmentäviä aluksi-ajoittaiset virheet, selittämättömät BER-piikit, lämpötila-riippuvainen käyttäytyminen, joka häviää, kun tuot moduulin takaisin laboratorioon testattavaksi.

 

 

Bias Current -kysymys

Laserbias-virta ansaitsee erityistä huomiota. Se on parametri, joka ilmaisee parhaiten moduulin kunnon ajan myötä. Oikein kalibroitu moduuli aloittaa käyttöiän bias-virralla selvästi hälytysrajan alapuolella, mikä jättää tilaa väistämättömälle kasvulle laserin ikääntyessä. Kvanttitehokkuus heikkenee. APC-silmukka kompensoi työntämällä enemmän virtaa diodin läpi. Lopulta bias-virta saavuttaa korkean-varoituskynnyksen-signaalisi tilata korvaava ennen kuin linkki katkeaa.

Ilman tarkkaa kalibrointia tämä ennustekyky katoaa. Raportoitu bias-virta saattaa olla 35 mA, kun todellinen virta on 42 mA. Et näe varoitusta ajoissa.

 

Tuotannon todellisuus

 

Nykyaikaiset lähetin-vastaanottimen tehtaat kalibroivat tuhansia moduuleja päivittäin. Automaatio hoitaa suurimman osan-robottikäsittelijöistä, jotka liittävät moduuleja testilevyihin, ohjelmistoalgoritmit optimoivat parametrit, automaattiset hyväksymis-/hylkäyspäätökset MSA-yhteensopivuusmaskeihin perustuen. Ihmisen väliintulo tapahtuu pääasiassa silloin, kun jokin menee pieleen tai kun linjalle tulee uusi tuoteversio.

Itse kalibrointiasema on yleensä rakennettu referenssivastaanottimen, jolla on tunnetut ominaisuudet, ympärille, suuren-kaistanleveyden oskilloskooppi, joka pystyy analysoimaan silmädiagrammia, BERT (Bit Error Rate Tester) herkkyysmittauksia varten ja optinen spektrianalysaattori aallonpituuden todentamiseen. Lämpötilapakkojärjestelmät puhaltavat tarkasti ohjattua ilmaa moduulien yli parametrisen testauksen aikana. Mitään ei jätetä ympäristöolosuhteiden varaan.

Tuottoprosentit vaihtelevat hurjasti tuotteen monimutkaisuuden mukaan. Yksinkertaiset 1G SFP -moduulit voivat saavuttaa yli 95 % ensimmäisen-passikalibroinnin onnistumisen. Nopeat-400G QSFP-DD-moduulit PAM4-modulaatiolla? Olen kuullut lukuja lähempänä 70 % joistakin malleista, vaikka valmistajat valvovat näitä lukuja huolellisesti. Epäonnistuneet yksiköt joko työstetään uudelleen-uudelleen-juotetaan liitännät, vaihdetaan epäilyttävät komponentit-tai romutetaan kokonaan, jos vika on perustavanlaatuinen.

Kustannuspaineet ajavat jotkin myyjät nurinpäin. Vähemmän lämpötilapisteitä kalibroinnin aikana. Löysemmät hyväksymiskriteerit. Nopeammat sykliajat. Moduulit toimivat edelleen teknisesti. Ne eivät vain toimi yhtä hyvin marginaaleissa, ja ne epäonnistuvat aikaisemmin stressin alla.

 

 

Mitä tämä tarkoittaa hankintojen kannalta

 

Lähetin-vastaanottimien toimittajia arvioitaessa kalibrointikäytäntöjen tulee ottaa huomioon päätöksessäsi,-mutta ne näkyvät harvoin tietolomakkeissa. Kysy kalibrointilaitteiden jäljitettävyydestä. Pyydä tietoja karakterisoinnin aikana käytetyistä lämpötilapisteistä. Selvitä, suorittavatko he 100 % testauksen vai luottavatko näytteenottoon. Vastaukset paljastavat enemmän moduulien laadusta kuin markkinointispesifikaatiot koskaan pystyvät.

Kolmannen osapuolen-yhteensopivat lähetin-vastaanottimet vievät täällä mielenkiintoisen tilan. Jotkut valmistajat investoivat voimakkaasti kalibrointiinfrastruktuuriin ja tuottavat moduuleja, jotka vastaavat tai ylittävät OEM-laadun. Muut... älä. Pelkkä hinta ei kerro kumpi on kumpi. Suorituskyky yli lämpötila-alueella ja pitkäaikainen luotettavuus- ovat todellisia erottajia, jotka molemmat ovat suoraan sidoksissa kalibroinnin laatuun valmistuksen aikana.

Perustotuus pysyy ennallaan: optinen lähetin-vastaanotin on vain niin hyvä kuin sen kalibrointi on. Fotonisten laitteiden fysiikka vaatii sitä. Lämpötilariippuvuus vaatii sitä. MSA:n noudattaminen vaatii sitä. Jokainen, joka kertoo sinulle, että kalibrointi on valinnaista, ei joko ymmärrä tekniikkaa tai välitä verkon käyttöajasta. Kumpikaan ei ole hyväksyttävää.