Wie lassen sich optische Module Industriestandards erfüllen?

Neben der gängigsten Handelsqualität sehen wir beim Kauf optischer Module je nach Betriebstemperatur auch erweiterte und industrietaugliche Optionen. Warum müssen optische Module in so viele Temperaturstufen eingeteilt werden und worin unterscheiden sie sich? Als einer der wichtigsten Parameter eines optischen Moduls kann die Betriebstemperatur andere Parameter beeinflussen. Wenn sich die Umgebungstemperatur eines optischen Moduls ändert, ändern sich auch andere Parameter wie sein Betriebsstrom, was sich auf seine normale Übertragung auswirkt. Erweiterte und industrietaugliche optische Module wurden entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Die gebräuchlichsten optischen Module sind C-TEMP und ihre normale Betriebstemperatur reicht von 0 bis +70℃. E-Temp reicht von -20℃ bis +85℃. Der I-Temp arbeitet bei Temperaturen von -40℃ bis +85℃, wodurch er bei extrem hohen oder extrem niedrigen Temperaturen arbeiten kann. Darüber hinaus müssen industrielle optische Module mit einsatzerprobten Komponenten in Bezug auf elektrische Komponenten und Gehäuse ausgelegt werden, um die Lebensdauer der Module zu gewährleisten.

Der Unterschied zwischen verschiedenen Temperaturniveaus optischer Module

Die Temperaturbeständigkeit des Chips ist unterschiedlich

Optische Module in Handelsqualität sind 0 ℃ ~ 70 ℃, die erweiterte Qualität ist -20 ℃ ~ + 85 ℃, optische Module in Industriequalität sind -40 ℃ ~ 85 ℃, die gleichen, die die Arbeitstemperatur unterstützen können.

Verschiedene Testmethoden

Optische Module in Handelsqualität müssen nur auf Alterung bei normaler Temperatur getestet werden, während optische Module in Industriequalität auf Alterung bei hohen und niedrigen Temperaturen getestet werden müssen.

Preisunterschied

Aufgrund der physikalischen Kühlung und Temperaturkompensation industrieller optischer Module steigen die Rohmaterialkosten und die Herstellungskosten. Daher ist der Preis industrieller optischer Module bei gleicher Übertragungsrate und Wellenlänge in der Regel höher als der Preis kommerzieller optischer Module, wie die folgende Tabelle zeigt:

Verschiedene Anwendungsszenarien

Kommerzielle optische Module: Es ist das am weitesten verbreitete und am weitesten verbreitete Produkt auf dem Markt. Es wird im Allgemeinen in Netzwerkumgebungen wie Unternehmensnetzwerken, Rechenzentren und Computerräumen verwendet.

Erweiterte optische Module: Es wird in relativ rauen Umgebungen mit großen Temperaturunterschieden eingesetzt, wie z. B. abgelegenen Berggebieten und Tunneln in freier Wildbahn.

Industrielle optische Module können niedrigeren Temperaturen standhalten als optische Module erweiterter Qualität. Industrielle optische Module werden im Allgemeinen mit Ethernet-Switches in Industriequalität verwendet und in industriellen Ethernet-Anwendungen in Fabrikautomatisierung, Eisenbahn und intelligenten Transportsystemen (ITS), Umspannwerken in Kraftwerken, Marine, Öl, Gas, Bergbau und anderen Industrien verwendet. Industrielle optische Module können langlebig sein und eine stabile Übertragung in rauen Arbeitsumgebungen aufweisen.

Wie man ein optisches Modul herstellts erfüllen industrielle Temperaturstandards?

Hardware-Compliance

Die in industriellen optischen Modulen verwendeten Chips und Laser müssen aus Produkten bestehen, die industriellen Temperaturniveaus entsprechen und bei der Durchführung von Tests eine Hochtemperaturerwärmung erfordern.

Temperaturkompensation

Wenn die industrielle optisches Modul bei einer niedrigen Temperatur unter Null arbeitet, um eine stabile Sendeleistung des optischen Moduls sicherzustellen, muss eine Temperaturkompensation durchgeführt werden, um den normalen Betrieb des optischen Moduls bei einer niedrigen Temperatur sicherzustellen.

Physikalische Kühlung

Das industrielle optische Modul muss eine Selbstkühlfunktion haben, um einen stabilen Betrieb bei hohen Temperaturen zu gewährleisten. Die vom Laser erzeugte Wärme wird so schnell wie möglich durch die Verwendung von thermischem Silikagel zur physikalischen Kühlung abgeführt.

FiberMalls komplette Designlösung für die industrielle Temperaturregelung

IAuswahl von Schlüsselchips in Industriequalität

• Die Chipauswahl ist erforderlich, um Temperaturanforderungen in Industriequalität zu erfüllen.
• 25G LD-Chip ist AFCD-V61XT/BROADCOM, VCSEL in Industriequalität.
• 100G LD-Chip ist AFCD-V64XT/BROADCOM, VCSEL in Industriequalität.

Optisches Gerätedesign in Industriequalität

• Optisches Gerätedesign für die industrielle Arbeitsumgebung, um eine reibungslose optische Leistung unter extremen Bedingungen mit hohen und niedrigen Temperaturen zu gewährleisten.
• COB Lösung mit der eingebetteten Kupferlösung an der Unterseite für eine bessere Wärmeableitung.
• Fügen Sie ein Heizwiderstandsdesign hinzu, um die Niedertemperaturarbeit von -40 ℃ zu erfüllen.

Strukturdesign in Industriequalität

• Die interne Struktur der optischen Module ist auf optimale Wärmeableitung ausgelegt, garantiert durch thermische Design-Simulation.
• Die Verwendung relativ großer interner Silikonkühlkörper.
• Die Oberflächenrauheit der Hülle des optischen Moduls in Industriequalität muss höher (glatter) sein, da sie sonst den Kontakt mit dem Kühlkörper beeinträchtigt, was zu einer schlechten Wärmeableitung führt.

Software-Temperaturkompensation in Industriequalität

• Eines der Merkmale des Lasers ist, dass die Ausgangsleistung mit der Temperaturänderung variiert, die ausgezeichnete breite Temperaturkompensations-Softwaresteuerung ist besonders wichtig.
• Da es in VCSEL keine automatische Temperatursteuerungs-TEC-Schaltung gibt, muss das Temperaturüberwachungssystem verwendet werden, um verschiedene Parameter in Echtzeit zu überwachen und zu kompensieren, wenn die Modulschaltung entworfen wird, um das Extinktionsverhältnis und die Lichtleistungsstabilität des optischen Moduls sicherzustellen und den normalen Betrieb des optischen Kommunikationssystems sicherzustellen.
• Techniker werden viel Zeit brauchen, um die optimalen Kompensationsparameter mit jeder Erhöhung oder Verringerung von 5 Grad als Knoten zu finden und die Ergebnisse dann in den entsprechenden IC (Chip) des optischen Moduls zu schreiben, wodurch sich die Produktionszeit verlängert und erhöht die Kosten von Industrieprodukten.

Gestaltung von industriellen Produktionsprozessen

• PVT-Verifizierungsausbeute der industriellen Chargenproduktion optischer Module:
• Erreicht das Produkt eine Ausbeute von mehr als 90 %, wird die Stückliste als Produkt in Industriequalität definiert.
• Industrielles thermisches Simulationsdesign gemäß dem neuesten Layout- und Wärmeableitungsschema, um zu bewerten, ob das aktuelle Wärmeableitungsschema die Anforderungen erfüllt

So wählen Sie zwischen industriellen und kommerziellen optischen Modulen

Wie oben erwähnt, ist der Betriebstemperaturbereich des industriellen optischen Moduls größer als der des kommerziellen optischen Moduls, und die Leistung ist stabiler.

Daher müssen in Außenumgebungen mit großen Temperaturunterschieden, wie z. B. Basisstationen im Freien, industrielle optische Module ausgewählt werden. Im Vergleich zu handelsüblichen optischen Modulen bietet es eine höhere Sicherheit und Zuverlässigkeit. In Innenräumen, in denen der Temperaturunterschied relativ stabil ist, wie beispielsweise in Computerräumen, können sowohl industrielle als auch kommerzielle optische Module die tatsächlichen Anwendungsanforderungen erfüllen. Unter Berücksichtigung der Verdrahtungskosten können jedoch kommerzielle optische Module ausgewählt werden.

Praktischer Anwendungsfall

Anwendungsanforderungen für die Systemverbindung von 5G-Basisstationen

Die Verbindung von Basisbandprodukten ist ein komplexes industrielles Anwendungsszenario. Die Umgebungstemperatur reicht von -40 °C bis +85 °C und es kann sich um eine Außenumgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit, hohem Salzgehalt und starkem Nebel handeln. Daher ist eine vollständige Kombination aus Luftdichtheit und Temperatur erforderlich.

Zusätzlich zu den Anforderungen an die externe Umgebung erfordert das 5G-Basisstationssystem auch die Fähigkeit, das Netzwerk flexibel zu gruppieren, um Ressourcen zu sparen, und das Design der Basisbandplatine 100 bis 4 × 25G-Verbindung, also die Anforderung einer flexiblen Interoperabilität zwischen der Basisbandplatine der 100G-MPO-Schnittstelle und andere einzelne 25G-Basisband-Board-Verbindungen werden vorgeschlagen, und die Verdrahtung in der Mitte kann von den Verdrahtungsingenieuren flexibel gestaltet werden.

Ausgewählte Produkte: FiberMall 100G AOC

Das 100G QSFP28 auf 4 x 25G SFP28 HAOC von FiberMall ist ein dichtes aktives Kabel in Industriequalität, das für 5G Open RAN-Fronthaul-Anwendungen entwickelt wurde. Es unterstützt die bidirektionale Übertragung von vier 25GE/eCPRI-Signalen über Multimode-Glasfaser. Maximale Übertragungsreichweite bis zu 100 Meter (OM4).