¿Cómo hacer que los módulos ópticos cumplan con los estándares industriales?

Además del grado comercial más común, también podemos ver opciones de grado extendido e industrial al comprar módulos ópticos, según la temperatura de funcionamiento. ¿Por qué es necesario dividir los módulos ópticos en tantos niveles de temperatura y cuáles son las diferencias entre ellos? Como uno de los parámetros más importantes de un módulo óptico, la temperatura de funcionamiento puede afectar a otros parámetros. Cuando cambia la temperatura ambiente de un módulo óptico, también cambiarán otros parámetros como su corriente de operación, lo que afectará su transmisión normal. Los módulos ópticos de grado extendido e industrial están diseñados para resolver este problema. Los módulos ópticos más comunes son C-TEMP, y su temperatura de funcionamiento normal oscila entre 0 y +70 ℃. E-Temp varía de -20 ℃ a +85 ℃. El I-Temp funciona a temperaturas que oscilan entre -40 ℃ y +85 ℃, lo que le permite funcionar en temperaturas extremadamente altas o ultrabajas. Además, los módulos ópticos industriales deben diseñarse con componentes resistentes a la escena en términos de componentes eléctricos y gabinetes para garantizar la vida útil de los módulos.

La diferencia entre los diferentes niveles de temperatura de los módulos ópticos.

La resistencia a la temperatura del chip es diferente.

Los módulos ópticos de grado comercial son de 0 ℃ ~ 70 ℃, el grado extendido es de -20 ℃ ~ + 85 ℃, los módulos ópticos de grado industrial son de -40 ℃ ~ 85 ℃, lo mismo que puede soportar la temperatura de trabajo.

Diferentes métodos de prueba

Los módulos ópticos de grado comercial solo deben probarse para determinar el envejecimiento a temperatura normal, mientras que los módulos ópticos de grado industrial deben probarse para determinar el envejecimiento a temperatura alta y baja.

Diferencia de precio

Debido al enfriamiento físico y la compensación de temperatura de los módulos ópticos industriales, aumentan el costo de la materia prima y el costo de fabricación. Por lo tanto, cuando la velocidad de transmisión y la longitud de onda son iguales, el precio de los módulos ópticos industriales suele ser más alto que el de los módulos ópticos comerciales, como se muestra en la siguiente tabla:

Diferentes escenarios de aplicación

Módulos ópticos comerciales: Es el producto más común y más utilizado en el mercado. Generalmente se utiliza en entornos de red como redes empresariales, centros de datos y salas de ordenadores.

Módulos ópticos extendidos: se utiliza en entornos relativamente hostiles con grandes diferencias de temperatura, como áreas montañosas remotas y túneles en la naturaleza.

Los módulos ópticos industriales pueden soportar temperaturas más bajas que los módulos ópticos de grado extendido. Los módulos ópticos industriales generalmente se usan con conmutadores Ethernet de grado industrial y se usan en aplicaciones de Ethernet industrial en automatización de fábricas, sistemas de transporte inteligentes y ferroviarios (ITS), subestaciones de instalaciones eléctricas, marina, petróleo, gas, minería y otras industrias. Los módulos ópticos industriales pueden ser duraderos y tener una transmisión estable en entornos de trabajo hostiles.

Cómo hacer un módulo ópticos cumplir con los estándares de temperatura industrial?

Cumplimiento de hardware

Los chips y láseres utilizados en los módulos ópticos industriales deben estar fabricados con productos que cumplan con los niveles de temperatura industrial y que requieran calentamiento a alta temperatura al realizar las pruebas.

Compensación de temperatura

Cuando la industria módulo óptico opera a baja temperatura bajo cero, para garantizar la potencia de transmisión estable del módulo óptico, se debe realizar una compensación de temperatura para garantizar el funcionamiento normal del módulo óptico a baja temperatura.

Refrigeración física

El módulo óptico industrial debe tener una función de autoenfriamiento para cumplir con un funcionamiento estable a altas temperaturas. El calor generado por el láser se dispersa lo antes posible mediante el uso de gel de sílice térmico para el enfriamiento físico.

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Iselección de chip clave de grado industrial

• La selección de chips es necesaria para cumplir con los requisitos de temperatura de grado industrial.
• El chip 25G LD es AFCD-V61XT/BROADCOM, VCSEL de grado industrial.
• El chip 100G LD es AFCD-V64XT/BROADCOM, VCSEL de grado industrial.

Diseño de dispositivo óptico de grado industrial

• Diseño de dispositivo óptico para cumplir con el entorno de trabajo de grado industrial, para garantizar una potencia óptica uniforme en condiciones extremas de temperaturas altas y bajas.
• MAZORCA Solución con la solución de cobre incrustada en la parte inferior para una mejor disipación del calor.
• Agregue un diseño de resistencia de calentamiento para cumplir con el trabajo de baja temperatura -40 ℃.

Diseño de estructura de grado industrial

• La estructura interna de los módulos ópticos está diseñada para una disipación de calor óptima, garantizada por simulación de diseño térmico.
• El uso de disipadores de calor internos de silicona relativamente grandes.
• Se requiere que la rugosidad de la superficie de la carcasa del módulo óptico de grado industrial sea más alta (más suave); de lo contrario, afectará el contacto con el disipador de calor, lo que resultará en una mala disipación del calor.

Compensación de temperatura de software de grado industrial

• Una de las características del láser es que la potencia de salida varía con el cambio de temperatura, el excelente control de software de compensación de temperatura amplia es particularmente importante.
• Dado que no hay un circuito TEC de control de temperatura automático en VCSEL, el sistema de monitoreo de temperatura debe usarse para monitorear y compensar varios parámetros en tiempo real al diseñar el circuito del módulo, a fin de garantizar la relación de extinción y la estabilidad de potencia luminosa del módulo óptico. y garantizar el funcionamiento normal del sistema de comunicación óptica.
• A los técnicos les llevará mucho tiempo encontrar los parámetros de compensación óptimos con cada aumento o disminución de 5 grados como un nodo, y luego escribir los resultados en el IC (chip) correspondiente del módulo óptico, aumentando así el tiempo de producción y aumentando el costo de los productos industriales.

Diseño de procesos de producción industrial.

• Rendimiento de verificación PVT de producción por lotes de módulos ópticos industriales:
• Si el producto cumple con un rendimiento superior al 90 %, la lista de materiales se define como un producto de grado industrial.
• Diseño de simulación térmica industrial, de acuerdo con el último diseño y esquema de disipación de calor para evaluar si el esquema de disipación de calor actual cumple con los requisitos.

Cómo elegir entre módulos ópticos industriales y comerciales

Como se mencionó anteriormente, el rango de temperatura de funcionamiento del módulo óptico industrial es mayor que el del módulo óptico comercial y el rendimiento es más estable.

Por lo tanto, en entornos exteriores con grandes diferencias de temperatura, como estaciones base exteriores, se deben seleccionar módulos ópticos industriales. En comparación con los módulos ópticos de grado comercial, tiene mayor seguridad y confiabilidad. Sin embargo, en ambientes interiores donde la diferencia de temperatura es relativamente estable, como salas de computadoras, los módulos ópticos tanto industriales como comerciales pueden cumplir con los requisitos reales de la aplicación. Sin embargo, considerando el costo del cableado, se pueden seleccionar módulos ópticos comerciales.

Caso práctico de aplicación

Requisitos de aplicación de interconexión del sistema de estación base 5G

La interconexión de productos de banda base es un escenario de aplicación industrial complejo. La temperatura ambiente oscila entre -40 °C y +85 °C, y puede ser un entorno externo con mucha humedad, mucha sal y mucha niebla. Por lo tanto, se requiere una combinación completa de estanqueidad al aire y temperatura.

Además de los requisitos del entorno externo, el sistema de estación base 5G también requiere la capacidad de agrupar la red de manera flexible para ahorrar recursos, y el diseño de la interconexión de la placa de banda base 100 a 4 × 25G, por lo que el requisito de interoperabilidad flexible entre la placa de banda base de interfaz MPO de 100G y otra interconexión de placa de banda base única de 25G, y el cableado en el medio puede ser diseñado de manera flexible por los ingenieros de cableado.

Productos seleccionados: FiberMall 100G AOC

El 100G QSFP28 a 4 x 25G SFP28 HAOC de FiberMall es un cable activo ajustado de grado industrial diseñado para aplicaciones de fronthaul 5G Open RAN. Admite la transmisión bidireccional de cuatro señales 25GE/eCPRI mediante fibra multimodo. Distancia máxima de transmisión hasta 100 metros (OM4).