Como fazer com que os módulos ópticos atendam aos padrões industriais?

Além do grau comercial mais comum, também podemos ver opções de grau estendido e grau industrial ao comprar módulos ópticos, dependendo da temperatura de operação. Por que os módulos ópticos precisam ser divididos em tantos níveis de temperatura e quais são as diferenças entre eles? Como um dos parâmetros mais importantes de um módulo óptico, a temperatura de operação pode afetar outros parâmetros. Quando a temperatura ambiente de um módulo óptico muda, outros parâmetros como sua corrente de operação também mudam, o que afeta sua transmissão normal. Módulos ópticos de grau estendido e de grau industrial são projetados para resolver esse problema. Os módulos ópticos mais comuns são C-TEMP e sua temperatura operacional normal varia de 0 a +70 ℃. E-Temp varia de -20℃ a +85℃. O I-Temp funciona em temperaturas que variam de -40℃ a +85℃, permitindo que ele trabalhe em temperaturas extremamente altas ou ultrabaixas. Além disso, os módulos ópticos industriais devem ser projetados com componentes reforçados em termos de componentes elétricos e invólucros para garantir a vida útil dos módulos.

A diferença entre diferentes níveis de temperatura de módulos ópticos

A resistência à temperatura do chip é diferente

Os módulos ópticos de nível comercial são 0℃～70℃, o grau estendido é de -20℃～+85℃, os módulos ópticos de nível industrial são -40℃～85℃, o mesmo que pode suportar a temperatura de trabalho.

Diferentes métodos de teste

Os módulos ópticos de nível comercial precisam ser testados apenas para envelhecimento normal em temperatura, enquanto os módulos ópticos de nível industrial precisam ser testados para envelhecimento em alta e baixa temperatura.

Diferença de preço

Devido ao resfriamento físico e à compensação de temperatura dos módulos ópticos industriais, o custo da matéria-prima e o custo de fabricação aumentam. Portanto, quando a taxa de transmissão e o comprimento de onda são iguais, o preço dos módulos ópticos industriais costuma ser superior ao dos módulos ópticos comerciais, conforme tabela a seguir:

Diferentes cenários de aplicação

Módulos ópticos comerciais: É o produto mais comum e amplamente utilizado no mercado. Geralmente é usado em ambientes de rede, como redes corporativas, data centers e salas de informática.

Módulos ópticos estendidos: É usado em ambientes relativamente hostis com grandes diferenças de temperatura, como áreas montanhosas remotas e túneis na natureza.

Os módulos ópticos industriais podem suportar temperaturas mais baixas do que os módulos ópticos de grau estendido. Módulos ópticos industriais são geralmente usados ​​com switches Ethernet de nível industrial e são usados ​​em aplicações Ethernet industriais em automação de fábrica, sistemas ferroviários e de transporte inteligente (ITS), subestações de instalações de energia, marinha, petróleo, gás, mineração e outras indústrias. Os módulos ópticos industriais podem ser duráveis ​​e ter uma transmissão estável em ambientes de trabalho adversos.

Como fazer módulo ópticos atender aos padrões de temperatura industrial?

Conformidade de hardware

Os chips e lasers usados ​​em módulos ópticos industriais devem ser feitos de produtos que atendam aos níveis de temperatura industrial e requeiram aquecimento em alta temperatura durante a realização dos testes.

A compensação de temperatura

quando o industrial módulo óptico opera em baixa temperatura abaixo de zero, a fim de garantir a potência de transmissão estável do módulo óptico, a compensação de temperatura deve ser realizada para garantir a operação normal do módulo óptico em baixa temperatura.

Resfriamento físico

O módulo óptico industrial deve ter uma função de auto-resfriamento para atender a operação estável em altas temperaturas. O calor gerado pelo laser é disperso o mais rápido possível usando sílica gel térmica para resfriamento físico.

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Iseleção de chip de chave de nível industrial

• A seleção do chip é necessária para atender aos requisitos de temperatura de nível industrial.
• O chip 25G LD é AFCD-V61XT/BROADCOM, VCSEL de nível industrial.
• O chip 100G LD é AFCD-V64XT/BROADCOM, VCSEL de nível industrial.

Design de dispositivo óptico de nível industrial

• Projeto de dispositivo óptico para atender ao ambiente de trabalho de nível industrial, para garantir potência óptica suave sob condições extremas de altas e baixas temperaturas.
• COB solução com a solução de cobre embutida na parte inferior para melhor dissipação de calor.
• Adicione o design do resistor de aquecimento, a fim de atender ao trabalho de baixa temperatura -40 ℃.

Projeto de estrutura de nível industrial

• A estrutura interna dos módulos ópticos é projetada para dissipação de calor ideal, garantida pela simulação de design térmico.
• O uso de dissipadores de calor internos de silicone relativamente grandes.
• A rugosidade da superfície do invólucro do módulo óptico de nível industrial deve ser maior (mais suave), caso contrário, afetará o contato com o dissipador de calor, resultando em baixa dissipação de calor.

Compensação de temperatura de software de nível industrial

• Uma das características do laser é que a potência de saída varia com a mudança de temperatura, o excelente e amplo controle de software de compensação de temperatura é particularmente importante.
• Como não há circuito TEC de controle automático de temperatura no VCSEL, o sistema de monitoramento de temperatura deve ser usado para monitorar e compensar vários parâmetros em tempo real ao projetar o circuito do módulo, de modo a garantir a taxa de extinção e a estabilidade da potência luminosa do módulo óptico e garantir o funcionamento normal do sistema de comunicação óptica.
• Os técnicos levarão muito tempo para encontrar os parâmetros de compensação ideais com cada aumento ou diminuição de 5 graus como um nó e, em seguida, gravar os resultados no IC (chip) correspondente do módulo óptico, aumentando assim o tempo de produção e aumentando o custo dos produtos industriais.

Projeto de processo de produção industrial

• Rendimento de verificação PVT de produção em lote de módulos ópticos industriais:
• Se o produto atingir mais de 90% de rendimento, a BOM é definida como um produto de nível industrial.
• Projeto de simulação térmica industrial, de acordo com o layout mais recente e esquema de dissipação de calor para avaliar se o esquema de dissipação de calor atual atende aos requisitos

Como escolher entre módulos ópticos industriais e comerciais

Conforme mencionado acima, a faixa de temperatura operacional do módulo óptico industrial é maior que a do módulo óptico comercial e o desempenho é mais estável.

Portanto, em ambientes externos com grandes diferenças de temperatura, como estações base externas, devem ser selecionados módulos ópticos industriais. Comparado com módulos ópticos de nível comercial, possui maior segurança e confiabilidade. No entanto, em ambientes internos onde a diferença de temperatura é relativamente estável, como salas de computadores, os módulos ópticos industriais e comerciais podem atender aos requisitos reais da aplicação. No entanto, considerando o custo da fiação, módulos ópticos comerciais podem ser selecionados.

Caso de aplicação prática

Requisitos de aplicação de interconexão do sistema de estação base 5G

A interconexão de produtos de banda base é um cenário de aplicação industrial complexo. A temperatura ambiente varia de -40°C a +85°C, e pode ser um ambiente externo de alta umidade, alto teor de sal e alto nevoeiro. Portanto, é necessária uma combinação completa de estanqueidade e temperatura.

Além dos requisitos de ambiente externo, o sistema de estação base 5G também requer a capacidade de agrupar de forma flexível a rede para economizar recursos e o design da placa de banda base 100 a 4 × 25G interconexão, portanto, o requisito de interoperabilidade flexível entre a placa de banda base da interface 100G MPO e outra interconexão de placa de banda base 25G única é apresentada, e a fiação no meio pode ser projetada de forma flexível pelos engenheiros de fiação.

Produtos selecionados: FiberMall 100G AOC

O 100G QSFP28 da FiberMall para 4 x 25G SFP28 HAOC é um cabo ativo compacto de nível industrial projetado para aplicações fronthaul 5G Open RAN. Ele suporta a transmissão bidirecional de quatro sinais 25GE/eCPRI usando fibra multimodo. Distância máxima de transmissão até 100 metros (OM4).