Трансивърите за оптичен модул изискват калибриране

 

Защо калибрирането е по-важно, отколкото си мислите

 

Виждал съм инженери да пропускат стъпките на калибриране под производствен натиск. Лоша идея. Модулът може да работи добре на тестовия стенд при стайна температура, като седи там и изглежда напълно здрав. След това се изпраща. Инсталира се в шкаф за център за данни, където температурите на околната среда варират между 15 градуса и 45 градуса в зависимост от натоварването на охлаждане. Тогава започват проблемите.

Нещото заоптични трансивърие, че техните лазерни диоди са изключително чувствителни същества. Връзката между тока на отклонение и изходната мощност не е линейна в температурните диапазони-тя се измества, дрейфа и изисква компенсация. Без подходящо фабрично калибриране схемата за автоматичен контрол на мощността няма представа къде всъщност се намира оптималната работна точка. TOSA (оптичен под-блок на предавателя) в крайна сметка работи или твърде горещо, ускорявайки разграждането, или твърде студено, произвеждайки недостатъчна изходна мощност за бюджета на връзката.

Калибрирането на чувствителността на приемника представлява свои собствени предизвикателства. Отзивчивостта на фотодетектора варира между модулите-понякога драматично-поради производствени толеранси в процеса на епитаксиален растеж. Един модул може да се нуждае от 0,85 A/W, за да достигне спецификациите, докато неговият съсед по производствената линия изисква 0,92 A/W. Общите справочни таблици просто не го правят.

 

Тест за очна диаграма

 

Всеки, който е работил в тестване на трансивъри, знае, че очната диаграма е всичко. Или поне така се усеща по време на квалификацията. Стандартите на MSA дефинират маска-по същество забранена зона с форма на шестоъгълник или ромб-, в която сигналните следи не могат да влязат. Ако вашата форма на вълната докосне тази маска, модулът се проваля. Точка. Без преговори.

Това, което всъщност се случва по време на калибрирането на очната диаграма, е по-нюансирано, отколкото предполага двоичната стойност за преминаване/неуспех. Техникът-или все по-често софтуерът за автоматизирано калибриране-настройва модулационния ток и точката на отклонение итеративно, наблюдавайки как окото се отваря или затваря при всяка промяна на параметъра. По-широкото око означава по-добра граница-от-сигнал към шум. Повече място за приемника да прави разлика между логически единици и нули. Точката на кръстосване трябва да е точно на 50%, което показва еднакво време, прекарано във всяко логическо състояние.

Натрупва се трептене. Това е неприятната част. Дори малки несигурности във времето се усложняват през връзката, изяждайки това скъпоценно отваряне на очите, докато в приемника не остане почти нищо. Калибрирането улавя модули с прекомерно присъщо трептене, преди да станат проблем на някой друг.

 

Температурен цикъл

 

DDM калибриране и какво всъщност означават числата

 

Спецификацията SFF-8472 революционизира мониторинга на трансивъра чрез дефиниране на стандартизирани карти на паметта за диагностични данни. Температура, захранващо напрежение, лазерен преднапрегнат ток, TX мощност, RX мощност - всички те са достъпни чрез прост I²C интерфейс на адрес A2h. Но ето какво спецификацията не подчертава достатъчно: тези показания са толкова точни, колкото и фабричното калибриране, което е произвело коефициентите на преобразуване.

Вътрешно калибрираните модули съхраняват необработени стойности на ADC и прилагат фиксирани коефициенти на мащабиране. Формулата изглежда ясна: калибрирана_стойност=наклон × суров_ADC + отместване. И все пак определянето на тези стойности на наклона и отместването изисква проследимо измервателно оборудване-калибрирани оптични измервателни уреди, прецизни източници на ток,-температурни камери. Един производител ми каза, че само тяхната станция за калибриране струва повече от годишната заплата на техника, който я управлява. Аз им вярвам.

Външно калибрираните модули предават тази сложност на хоста, съхранявайки полиномиални коефициенти за по-усъвършенствано напасване на кривата. Точността се подобрява, но също и изчислителната тежест. Повечето мрежови комутатори се справят добре в наши дни. Наследеното оборудване понякога се бори.

Практическото значение за мрежовите администратори: когато вашата система за мониторинг отчете TX мощност при -3,2 dBm, това число зависи изцяло от качеството на калибриране на въпросния модул. Евтините приемо-предаватели често показват ±1,5 dB вариация от действителната мощност. Премиум модулите поддържат ±0,5 dB. Има голямо значение, когато отстранявате маргинална връзка.

 

Калибриране на дължината на вълната за DWDM приложения

 

Плътното мултиплексиране по дължина на вълната променя всичко относно изискванията за калибриране. Изведнъж нямате работа с допустими отклонения от ±50 nm, приемливи в едно-режимни SR/LR модули. DWDM каналите работят на 100GHz или дори 50GHz ITU мрежи. При 1550 nm това означава приблизително 0,8 nm разстояние. Пропускате целевата си дължина на вълната с повече от ±0,1 nm и прониквате в съседни канали, създавайки кръстосани смущения, които се разпространяват през цялата система.

Регулируемите трансивъри добавят още едно ниво на сложност. Калибрирането трябва да вземе предвид-зависимите от дължината на вълната вариации на мощността в диапазона на настройка. Един модул може да произведе -1 dBm при 1530nm, но само -2,5 dBm при 1565nm. Вътрешните справочни таблици, компенсиращи това поведение, изискват характеризиране в множество точки с дължина на вълната по време на производството.

Загубих броя на това колко проблеми с внедряването на DWDM се дължат на неадекватно калибриране на дължината на вълната. Симптомите винаги са объркващи в началото-интермитентни грешки, необясними пикове на BER,-зависимо от температурата поведение, което изчезва, когато занесете модула обратно в лабораторията за тестване.

 

 

Текущият въпрос за пристрастия

Специално внимание заслужава лазерният преднапрегнат ток. Това е параметърът, който е най-показателен за здравето на модула във времето. Правилно калибриран модул започва живота си с ток на отклонение доста под прага на алармата, оставяйки място за неизбежното увеличение с остаряването на лазера. Квантовата ефективност се влошава. APC контурът компенсира, като прокарва повече ток през диода. В крайна сметка токът на отклонение достига високия-праг на предупреждение-вашият сигнал да поръчате замяна, преди връзката да прекъсне.

Без точно калибриране тази способност за прогнозиране изчезва. Отчетеният ток на отклонение може да бъде 35 mA, когато действителният ток е 42 mA. Няма да видите предупреждението навреме.

 

Производствена реалност

 

Модерните фабрики за трансивъри калибрират хиляди модули всеки ден. Автоматизацията се справя с повечето-роботизирани манипулатори, включващи модули в тестови платки, софтуерни алгоритми, оптимизиращи параметри, автоматични решения за преминаване/неуспех въз основа на маски за съответствие на MSA. Човешка намеса се случва главно когато нещо се обърка или когато нов вариант на продукта влезе в линията.

Самата станция за калибриране обикновено е изградена около референтен приемник с известни характеристики, осцилоскоп с висока-честотна лента, способен да анализира очна диаграма, BERT (тестер за честота на битови грешки) за измерване на чувствителността и оптичен спектрален анализатор за проверка на дължината на вълната. Системите за регулиране на температурата издухват прецизно контролиран въздух през модулите по време на параметрично тестване. Нищо не е оставено на условията на околната среда.

Степента на добив варира значително в зависимост от сложността на продукта. Простите 1G SFP модули могат да постигнат 95%+ успех на калибрирането при първо- преминаване. Високо{6}}скоростни 400G QSFP-DD модули с PAM4 модулация? Чувал съм цифри, близки до 70% за някои дизайни, въпреки че производителите внимателно пазят тези числа. Повредените модули или се преработват-повторно-запояване на връзки, подмяна на съмнителни компоненти-или се бракуват изцяло, ако дефектът е основен.

Натискът върху разходите кара някои доставчици да режат ъглите. По-малко температурни точки по време на калибриране. По-слаби критерии за приемане. По-бързи цикли. Технически модулите все още работят. Те просто не се представят толкова добре на маржовете и се провалят по-рано при стрес.

 

 

Какво означава това за обществените поръчки

 

Когато оценявате доставчиците на трансивъри, практиките за калибриране трябва да вземат предвид решението ви,-но те рядко се появяват в листовете с данни. Попитайте за проследимостта на оборудването им за калибриране. Поискайте информация за температурните точки, използвани по време на характеризирането. Разберете дали извършват 100% тестване или разчитат на вземане на проби. Отговорите разкриват повече за качеството на модула, отколкото някога биха могли маркетинговите спецификации.

Съвместимите- трансивъри на трети страни заемат интересно място тук. Някои производители инвестират сериозно в инфраструктура за калибриране, произвеждайки модули, които съответстват или надвишават качеството на OEM. Други... не го правят. Само цената няма да ви каже кое е кое. Производителността в температурен диапазон и дългосрочната-надеждност са истинските отличителни черти, и двете пряко свързани с качеството на калибриране по време на производството.

Основната истина остава непроменена: един оптичен трансивър е толкова добър, колкото е добър неговото калибриране. Физиката на фотонните устройства го изисква. Температурните зависимости го изискват. Съответствието с MSA го изисква. Всеки, който ви казва, че калибрирането е незадължително, или не разбира технологията, или не се интересува от времето на работа на вашата мрежа. Нито едното, нито другото е приемливо.