Optik Modül Alıcı-Vericileri Kalibrasyon Gerektirir

 

Kalibrasyon Neden Düşündüğünüzden Daha Önemlidir?

 

Mühendislerin üretim baskısı altında kalibrasyon adımlarını atladığını gördüm. Kötü fikir. Modül, oda sıcaklığındaki test tezgahında gayet iyi çalışabilir ve orada tamamen sağlıklı görünebilir. Daha sonra gönderilir. Soğutma yüküne bağlı olarak ortam sıcaklığının 15 derece ile 45 derece arasında değiştiği bir veri merkezi rafına monte edilir. İşte o zaman sorunlar başlıyor.

Hakkındaki şeyoptik alıcı-vericilerlazer diyotlarının son derece hassas yaratıklar olmasıdır. Öngerilim akımı ile çıkış gücü arasındaki ilişki, sıcaklık aralıkları boyunca doğrusal değildir-; kayar, sürüklenir ve telafi gerektirir. Uygun fabrika kalibrasyonu olmadan, otomatik güç kontrol devresinin en uygun çalışma noktasının gerçekte nerede olduğu hakkında hiçbir fikri yoktur. TOSA (Verici Optik Alt-Montajı) ya çok sıcak çalışarak bozulmayı hızlandırır ya da çok soğuk çalışarak bağlantı bütçesi için yetersiz çıkış gücü üretir.

Alıcı duyarlılığı kalibrasyonu kendi zorluklarını da beraberinde getirir. Fotodetektör duyarlılığı, epitaksiyel büyüme sürecindeki üretim toleransları nedeniyle birimler arasında-bazen önemli ölçüde-değişir. Bir modülün spesifikasyona ulaşması için 0,85 A/W'ye ihtiyacı olabilirken, üretim hattındaki komşusunun 0,92 A/W'ye ihtiyacı olabilir. Genel arama tabloları yeterli değildir.

 

Göz Diyagramı Testi

 

Alıcı-verici testlerinde çalışan herkes göz şemasının her şey olduğunu bilir. Ya da en azından eleme sırasında öyle hissettiriyor. MSA standartları, sinyal izlerinin giremeyeceği bir maskeyi-esasen altıgen veya eşkenar dörtgen şeklindeki yasak bir bölgeyi- tanımlar. Dalga biçiminiz bu maskeye temas ederse modül arızalanır. Dönem. Pazarlık yok.

Göz diyagramı kalibrasyonu sırasında gerçekte olan şey başarılı/başarısız ikilisinin önerdiğinden daha ayrıntılıdır. Teknisyen-veya giderek artan oranda otomatik kalibrasyon yazılımı-modülasyon akımını ve önyargı noktasını yinelemeli olarak ayarlar ve her parametre değişikliğinde gözün nasıl açıldığını veya kapandığını izler. Daha geniş bir göz, daha iyi sinyal-gürültü marjına-karşılık gelir. Alıcının mantıksal olanları ve sıfırları ayırt etmesi için daha fazla alan. Geçiş noktası, her mantık durumunda harcanan eşit süreyi gösterecek şekilde %50'de tam olarak oturmalıdır.

Titreme birikir. İşin kötü kısmı da bu. En küçük zamanlama belirsizlikleri bile bağlantı boyunca birleşerek, alıcıda neredeyse hiçbir şey kalmayana kadar o değerli göz açıklığını tüketir. Kalibrasyon, aşırı içsel titreşime sahip modülleri, başka birinin sorunu haline gelmeden önce yakalar.

 

Sıcaklık Döngüsü

 

DDM Kalibrasyonu ve Sayıların Gerçekte Anlamı

 

SFF-8472 spesifikasyonu, teşhis verileri için standartlaştırılmış bellek haritaları tanımlayarak alıcı-verici izlemede devrim yarattı. Sıcaklık, besleme voltajı, lazer ön akımı, TX gücü, RX gücü; hepsine A2h adresindeki basit bir I²C arayüzü aracılığıyla erişilebilir. Ancak spesifikasyonun yeterince vurgulamadığı şey şu: Bu okumalar yalnızca dönüşüm katsayılarını üreten fabrika kalibrasyonu kadar doğrudur.

Dahili olarak kalibre edilmiş modüller ham ADC değerlerini saklar ve sabit ölçeklendirme faktörlerini uygular. Formül basit görünüyor: Calibrated_Value=Eğim × Raw_ADC + Ofset. Ancak bu eğim ve ofset değerlerinin belirlenmesi, izlenebilir ölçüm ekipmanı-kalibre edilmiş optik güç ölçerler, hassas akım kaynakları, sıcaklık-kontrollü odalar gerektirir. Bir üretici bana, kalibrasyon istasyonunun tek başına maliyetinin, onu çalıştıran teknisyenin yıllık maaşından daha fazla olduğunu söyledi. Onlara inanıyorum.

Dışarıdan kalibre edilen modüller, bu karmaşıklığı ana bilgisayara aktarır ve daha karmaşık eğri uydurma için polinom katsayılarını depolar. Doğruluk artar ancak hesaplama yükü de artar. Çoğu ağ anahtarı bugünlerde bunu gayet iyi yapıyor. Eski ekipmanlar bazen zorluk çıkarıyor.

Ağ yöneticileri için pratik çıkarım: izleme sisteminiz TX gücünü -3,2 dBm olarak bildirdiğinde, bu sayı tamamen söz konusu modülün kalibrasyon kalitesine bağlıdır. Ucuz alıcı-vericiler genellikle gerçek güçten ±1,5 dB sapma gösterir. Premium modüller ±0,5 dB tutar. Marjinal bir bağlantının sorunlarını giderirken çok önemlidir.

 

DWDM Uygulamaları için Dalga Boyu Kalibrasyonu

 

Yoğun dalga boyu bölmeli çoğullama, kalibrasyon gereksinimleriyle ilgili her şeyi değiştirir. Aniden, tek-modlu SR/LR modüllerinde kabul edilebilir ±50 nm toleranslarla uğraşmaz hale gelirsiniz. DWDM kanalları 100GHz ve hatta 50GHz ITU ızgaralarında çalışır. 1550 nm'de bu, kabaca 0,8 nm aralığa karşılık gelir. Hedef dalga boyunu ±0,1nm'den fazla kaçırırsanız, bitişik kanallara kan akıtarak tüm sisteme yayılan çapraz karışma yaratırsınız.

Ayarlanabilir alıcı-vericiler başka bir karmaşıklık katmanı ekler. Kalibrasyonun, ayarlama aralığı boyunca dalga boyuna-bağlı güç değişimlerini hesaba katması gerekir. Bir modül 1530 nm'de -1 dBm üretebilirken 1565 nm'de yalnızca -2,5 dBm üretebilir. Bu davranışı telafi eden dahili arama tabloları, üretim sırasında birden fazla dalga boyu noktasında karakterizasyon gerektirir.

Kaç tane DWDM dağıtım sorununun yetersiz dalga boyu kalibrasyonundan kaynaklandığının sayısını unuttum. Belirtiler ilk başta her zaman kafa karıştırıcıdır;-aralıklı hatalar, açıklanamayan BER artışları, sıcaklığa-bağlı davranışlar ve modülü test için laboratuvara geri getirdiğinizde ortadan kaybolur.

 

 

Önyargı Güncel Sorusu

Lazer önyargı akımı özel ilgiyi hak ediyor. Zaman içinde modül sağlığının en göstergesi olan parametredir. Düzgün bir şekilde kalibre edilmiş bir modül, alarm eşiğinin çok altında öngerilim akımıyla hayata başlar ve lazer yaşlandıkça kaçınılmaz artış için boşluk bırakır. Kuantum verimliliği düşer. APC döngüsü, diyottan daha fazla akım geçirerek telafi eder. Sonunda önyargı akımı, bağlantı kesilmeden önce değiştirme siparişi vermenizi sağlayacak yüksek-uyarı eşiğine- ulaşır.

Doğru kalibrasyon olmadığında bu tahmin yeteneği ortadan kalkar. Bildirilen öngerilim akımı, gerçek akım 42mA olduğunda 35mA okuyabilir. Uyarıyı zamanında görmezsiniz.

 

Üretim Gerçekliği

 

Modern alıcı-verici fabrikaları her gün binlerce modülü kalibre etmektedir. Otomasyon, bunların çoğunu-test panolarına modülleri takan robotik işleyicilerle, parametreleri optimize eden yazılım algoritmalarıyla, MSA uyumluluk maskelerine dayalı otomatik başarılı/başarısız kararlarıyla yönetir. İnsan müdahalesi esas olarak bir şeyler ters gittiğinde veya yeni bir ürün çeşidi ürün yelpazesine girdiğinde gerçekleşir.

Kalibrasyon istasyonunun kendisi genellikle bilinen özelliklere sahip bir referans alıcı, göz diyagramı analizi yapabilen yüksek-bant genişliğine sahip bir osiloskop, hassasiyet ölçümleri için bir BERT (Bit Hata Oranı Test Cihazı) ve dalga boyu doğrulaması için bir optik spektrum analizörü etrafında inşa edilir. Sıcaklık zorlama sistemleri, parametrik testler sırasında modüller arasında hassas şekilde kontrol edilen havayı üfler. Ortam şartlarına hiçbir şey bırakılmıyor.

Verim oranları, ürünün karmaşıklığına bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Basit 1G SFP modülleri %95'in üzerinde ilk-geçiş kalibrasyon başarısı elde edebilir. PAM4 modülasyonlu yüksek-hızlı 400G QSFP-DD modülleri mi? Bazı tasarımlarda %70'e yakın rakamlar duydum, ancak üreticiler bu rakamları dikkatle koruyor. Arızalı üniteler ya yeniden işlenir-bağlantıları yeniden-lehimleyerek, şüpheli bileşenleri değiştirir-ya da kusur esaslıysa tamamen hurdaya çıkarılır.

Maliyet baskısı bazı satıcıları işin kolayına kaçmaya itiyor. Kalibrasyon sırasında daha az sıcaklık noktası. Daha gevşek kabul kriterleri. Daha hızlı çevrim süreleri. Modüller teknik olarak hâlâ çalışıyor. Sınırlarda pek iyi performans göstermiyorlar ve stres altında daha çabuk başarısız oluyorlar.

 

 

Bu Tedarik Açısından Ne Anlama Geliyor?

 

Alıcı-verici tedarikçilerini değerlendirirken kalibrasyon uygulamaları kararınızı dikkate almalıdır- ancak bunlar veri sayfalarında nadiren görünür. Kalibrasyon ekipmanlarının izlenebilirliğini sorun. Karakterizasyon sırasında kullanılan sıcaklık noktaları hakkında bilgi isteyin. %100 test mi yaptıklarını yoksa örneklemeye mi güvendiklerini öğrenin. Cevaplar, modül kalitesi hakkında pazarlama spesifikasyonlarından çok daha fazlasını ortaya koyuyor.

Üçüncü taraf-uyumlu alıcı-vericiler burada ilginç bir yer kaplıyor. Bazı üreticiler, OEM kalitesine uyan veya bu kaliteyi aşan modüller üreterek kalibrasyon altyapısına büyük yatırımlar yapıyor. Diğerleri... yapmıyor. Fiyat tek başına hangisinin hangisi olduğunu söylemez. Sıcaklık aralığındaki performans ve uzun vadeli güvenilirlik-gerçek fark yaratan unsurlardır ve her ikisi de üretim sırasındaki kalibrasyon kalitesiyle doğrudan bağlantılıdır.

Temel gerçek değişmeden kalır: Bir optik alıcı-verici ancak kalibrasyonu kadar iyidir. Fotonik cihazların fiziği bunu gerektiriyor. Sıcaklık bağımlılıkları bunu gerektirir. MSA uyumluluğu bunu gerektirir. Size kalibrasyonun isteğe bağlı olduğunu söyleyen biri ya teknolojiyi anlamıyor ya da ağınızın çalışma süresini umursamıyor. İkisi de kabul edilebilir değil.