NTC termisztor az optikai kommunikációhoz

Az X-Meritan gyártja az optikai kommunikációhoz használt NTC termisztort, amelyet az optikai adó-vevők hőmérséklet-érzékelésére használnak, beleértve az SFP-t, a QSFP-t és a CFP-t. Ezeket az alkatrészeket a lézerdióda közelében vagy a TEC vezérlőkör belsejében helyezik el, hogy valós idejű hőmérsékleti visszacsatolást biztosítsanak. Az ellenállás értéke előre láthatóan változik a hőmérséklettel, ami lehetővé teszi, hogy a vezérlőáramkör stabil lézerműködési pontot tartson fenn.

Az optikai modulok pontos hőmérséklet-felügyelete nem kényelmi szolgáltatás. A lézer hullámhossza körülbelül 0,1 nm-rel változik Celsius-fokonként sok DFB lézer esetében. A néhány fokos hőmérséklet-eltolódás a kimenetet az elfogadható csatornaablakon kívülre helyezheti a DWDM rendszerekben. Az optikai kommunikáció NTC termisztora biztosítja a visszacsatoló jelet, amelyet a TEC illesztőprogram használ az eltolódás korrigálására.

Hogyan működik az NTC termisztor egy optikai modulban

Az optikai kommunikációhoz használt NTC termisztor általában ugyanahhoz az alegységhez van rögzítve, mint a lézerdióda, vagy a TEC hideg oldalához. A lézer hőmérsékletének változásával a termisztor ellenállása az R25 érték és a B állandó által meghatározott nemlineáris görbe szerint változik. A vezérlőáramkör méri ezt az ellenállást, hőmérsékleti értékké alakítja, és úgy állítja be a TEC-áramot, hogy a lézer visszakerüljön a célhőmérsékletre.

Az ellenállás és a hőmérséklet kapcsolata a szabványos egyenletet követi:

R(T) = R25 × exp[ B × (1/T - 1/298,15)]

Ahol T Kelvinben van, B pedig az anyagi állandó. Az optikai modulalkalmazásoknál a 3380 K és 3950 K közötti B25/50 értékek általánosak. A választás a várható üzemi hőmérséklet-tartománytól és a vezérlőáramkör által igényelt felbontástól függ.

Műszaki paraméterek

Az alábbi táblázat az X-Meritan által elérhető szabványos konfigurációkat sorolja fel. Egyéni értékek a volumenprojekteknél lehetségesek.

Minden érték ellenőrzésre kerül a gyártás során. Minden tételhez mellékelhető egy teljes vizsgálati jegyzőkönyv ellenállás- és B-érték mérésekkel.

Fontos megjegyzés az önmelegedéssel kapcsolatban: Az NTC-n keresztüli mérőáramnak elég alacsonynak kell lennie ahhoz, hogy a termisztorban disszipált teljesítmény ne emelje meg a hőmérsékletét 0,1 °C-nál nagyobb mértékben. Egy 10 kΩ-os NTC esetén 1,5 mW/°C disszipációs tényezővel ez azt jelenti, hogy a mérési áramnak körülbelül 120 µA alatt kell maradnia. Ennek túllépése esetén a termisztor a tényleges lézerhőmérsékletnél magasabb hőmérsékletet olvas le, ami a vezérlőkör túlhűléséhez vezethet.

Fizikai tervezés és szerelés

Az X-Meritan az optikai kommunikációhoz használt NTC termisztort csupasz chip formájában szállítja, Au vagy Ag elektródákkal, amelyek alkalmasak huzalkötésre vagy kerámia alátétekre való forrasztásra. A forgács méretei általában 0,5 mm × 0,5 mm és 1,0 mm × 1,0 mm tartományba esnek, vastagsága 0,2 mm és 0,5 mm között van. Ez a kis helyigény lehetővé teszi a lézerdióda közvetlen szomszédságában történő elhelyezést anélkül, hogy zavarná az optikai utat.

Azok az ügyfelek, akik előnyben részesítik az előre szerelt alkatrészt, a chipet egy kis alumínium-oxid vagy alumínium-nitrid hordozóra szerelhetik fel ólomhuzalokkal. Ez a változat könnyebben kezelhető kézi szerelősorokon, és leegyszerűsíti a ragasztási folyamatot.

Az elektróda felülete Au huzalkötésre vagy PbSn/AuSn forrasztásra készült. A konkrét fémezést az ügyfél összeszerelési folyamata alapján választják ki. Minden elektródatípushoz adatlapokat biztosítunk az ajánlott kötési paraméterekkel.

Válaszidő és termikus csatolás

A csupasz NTC forgács termikus időállandója jellemzően 1 másodperc alatt van, ha vékony réteg hőragasztóval vagy forraszanyaggal van felszerelve. Csendben, szerelés nélkül az időállandó magasabb. Optikai modulalkalmazások esetén az NTC-t termikusan ugyanahhoz a felülethez kell csatlakoztatni, mint a lézerdiódát vagy a TEC hideglemezt. A vastag ragasztóvonal vagy légrés lelassítja a reakciót, és hőmérséklet-eltolást okoz az érzékelő és a lézer között.

Javasoljuk, hogy az NTC chipet hővezető ragasztóval vagy forrasztóanyaggal szerelje fel. A kötőréteg vastagságát 25 µm-nél kisebbre kell szabályozni. Ez biztosítja, hogy az NTC minimális késleltetéssel követi a lézer hőmérsékletét, ami kritikus fontosságú a 10 Hz feletti frissítési frekvencián működő TEC vezérlőhurkok esetében.

Stabilitás és hosszú távú sodródás

Az optikai kommunikációhoz használt NTC termisztor kis ellenállás-eltolódást mutathat az idő múlásával, különösen, ha magas hőmérsékleten használják. Anyagösszetételünk és elektródák passziválása olyan szintre csökkenti ezt az eltolódást, amely nem befolyásolja az optikai modul teljesítményét egy tipikus 10 éves élettartam alatt. Az alábbi táblázat a várható eltolódást mutatja különböző tárolási körülmények között, belső megbízhatósági tesztek alapján.

Ezek az értékek gyorsított tesztelésen alapulnak, és nem jelentenek garanciát. A tényleges eltolódás a szerelési feszültségtől, a páratartalomtól és az üzemi áramtól függ. Minősített projektekről részletes megbízhatósági jelentést tudunk készíteni.

Gyártás és minőségellenőrzés

Az NTC chipeket saját üzemünkben állítjuk elő kerámia feldolgozási technikákkal. A gyártási folyamat magában foglalja a porkészítést, a szalagöntést, az elektródanyomtatást, a szinterezést, a kockázást és a végső elektromos tesztelést. Az anyagösszetételt házon belül szabályozzuk, ami lehetővé teszi a B érték és az ellenállási jellemzők beállítását.

Minden egyes tételt a következőkre tesztelnek:

● Ellenállás 25°C-on precíziós állandó hőmérsékletű fürdővel

● A 25°C-on és 50°C-on mért ellenállásmérésből számított B érték

● Szemrevételezés nagyítás alatt

● Szigetelési ellenállás

● Opcionális termikus ciklus az ügyfél kérésére

A tesztadatok archiválva vannak, és minden szállítmánynál elérhetővé tehetők. Támogatjuk az ügyfélspecifikus bejövő ellenőrzési eljárásokat is.

Kiválasztási útmutató

Az optikai modulhoz megfelelő NTC termisztor kiválasztásához vegye figyelembe a következő tényezőket:

1. R25 érték

Az általános értékek a 10 kΩ és a 100 kΩ. Az alacsonyabb ellenállásértékek több mérési áramot vesznek fel, de kevésbé érzékenyek a zajra. A magasabb ellenállásértékek könnyebben mérhetők egyszerű ADC áramkörökkel. A választás gyakran a modulban használt TEC vezérlő IC-től függ. Sok lézermeghajtó és TEC vezérlőchip egy adott NTC ellenállási tartományra van optimalizálva, jellemzően 10 kΩ vagy 50 kΩ.

2. B érték

A B érték határozza meg, hogy az ellenállás mennyit változik fokonként. A magasabb B érték nagyobb ellenállásváltozást ad fokonként, ami javíthatja a hőmérsékleti felbontást. A nagyon magas B érték azonban azt is jelenti, hogy az ellenállás nagyon megnő alacsony hőmérsékleten, ami meghaladhatja a mérőáramkör bemeneti tartományát. A B25/50 = 3435 K általános kompromisszum a -10°C és +75°C között működő optikai moduloknál.

3. Tolerancia

Az ellenállástűrés és a B érték tolerancia közvetlenül befolyásolja a hőmérséklet mérési pontosságát. A ±1%-os ellenállástűrés ±1%-os B-értéktűréssel kombinálva körülbelül ±0,3°C kezdeti hőmérsékleti hibát eredményez 25°C-on. DWDM alkalmazásoknál, ahol a hullámhossz-stabilitásnak ±0,01 nm-en belül kell lennie, ez a hiba túl nagy lehet. A modul firmware-ében egy kalibrációs lépés kompenzálhatja a kezdeti tűréshatárt, de a tűrésnek elég szűknek kell lennie ahhoz, hogy a kalibráció érvényes maradjon a működési tartományban.

4. Csomagolás és ragasztás

Az NTC-nek bele kell férnie az optikai modulon belüli szabad helyre. A csupasz forgácsok biztosítják a legkisebb helyigényt, de szükségük van huzalkötésre vagy szerszámmal rögzíthető felszerelésre. A kerámiatartókra előre szerelt forgácsok egyszerűsítik az összeszerelést, de növelik a magasságot. Mindkét lehetőséget kínáljuk, és tanácsot adunk a legjobb választást illetően az Ön gyártósorához.

5. Önmelegedés

A mérési áramot alacsonyan kell tartani. For a 10 kΩ NTC with a dissipation factor of 1.5 mW/°C, the maximum measurement current for 0.1°C self-heating is approximately 120 µA. If your TEC controller uses a higher current, consider a lower resistance NTC or a larger chip with higher dissipation factor.

Ha nem biztos abban, hogy melyik paramétert válassza, adja meg a TEC vezérlő cikkszámát és a célhőmérséklet-tartományt. Javasolhatunk kompatibilis NTC konfigurációt.

Tipikus alkalmazások

SFP és QSFP optikai adó-vevők

A modul belsejében NTC termisztorokat használnak a lézer hőmérsékletének figyelésére. A jel a TEC vezérlőbe kerül, amely a lézert rögzített hőmérsékleten tartja, jellemzően 25°C vagy 45°C a lézerkialakítástól függően.

DWDM és koherens modulok

A keskeny vonalszélességű és hullámhossz-stabil lézereknél az NTC pontossága kritikus. A szabályozókörnek ±0,1°C-on belül kell tartania a hőmérsékletet, hogy a hullámhossz a megadott csatornahálózaton belül maradjon.

Lézerdióda alegységek

A csupasz lézerdióda csomagokban az NTC ugyanahhoz az alegységhez van rögzítve, mint a lézerchip. Ez közvetlen hőmérsékletérzékelést biztosít további hőtömeg nélkül.

Távközlési bázisállomások és kültéri berendezések

Az NTC termisztorokat kültéri optikai erősítők és adó-vevők hőmérséklet-felügyeleti áramköreiben is használják, ahol a környezeti hőmérséklet nagy ingadozások lehetnek.

Gyakran Ismételt Kérdések

K: Mi a különbség az R25 és a B érték között?

V: R25 az ellenállás 25°C-on. A B érték azt írja le, hogy az ellenállás hogyan változik a hőmérséklettel. Mindkét paraméter szükséges az ellenállás kiszámításához bármely más hőmérsékleten. A magasabb B érték azt jelenti, hogy az ellenállás nagyobb mértékben változik egy adott hőmérsékletváltozás mellett.

K: Hogyan alakíthatom át az ellenállást hőmérsékletgé a firmware-emben?

V: A legegyszerűbb módszer az R25 és B értékekből generált keresőtáblázat használata a Steinhart-Hart egyenlet vagy az egyszerűsített B egyenlet segítségével. Sok TEC vezérlő IC beépített konverziós algoritmusokkal rendelkezik. Meg tudjuk adni az együttható táblázatot az adott NTC-hez.

K: Használhatok ±5%-os tűrés NTC-t egy DWDM modulban?

V: Ez a kalibrációs eljárástól függ. A ±5%-os ellenállástűrés ±1% B-tűréssel kombinálva ±1°C-nál nagyobb hőmérsékleti hibát eredményez a kalibrálás előtt. Ha a gyártósor egyszeri kalibrálást végez egy ismert hőmérsékleten, a kezdeti eltolás eltávolítható. De a B tolerancia továbbra is befolyásolja a lejtő pontosságát. DWDM esetén legalább ±1% ellenállást és ±0,5% B értéket javasolunk.

K: Miért számít az önmelegedés, ha a mérési áram csak néhány száz mikroamper?

V: Még kis áramok is felmelegíthetik a termisztort a környező hőmérséklet fölé. A 10 kΩ-os NTC-n keresztül 100 µA áram 0,1 mW-ot disszipál. 1,5 mW/°C disszipációs tényezőnél ez 0,067°C hőmérséklet-emelkedést okoz. Egy szigorúan ellenőrzött lézermodulban ez az eltolás jelentős lehet. A mérőáramkörnek a legalacsonyabb gyakorlati áramot kell használnia.

K: Ad meg egyéni B értékeket vagy ellenállásértékeket?

V: Igen. Az anyagösszetételt úgy állíthatjuk be, hogy egyedi B értékeket érjünk el a 3000 K és 4500 K közötti tartományban, és szűk tűréshatárokkal tudjuk szűrni a konkrét ellenállási értékeket. Minimális rendelési mennyiség érvényes.

K: Az NTC közvetlenül a lézerchipre szerelhető?

V: Általában nem. Az NTC-t az alátámasztó vagy a TEC hideg oldalára kell felszerelni, nem a lézerfelületre. A lézerchippel való közvetlen érintkezés elektromos problémákat vagy termikus tömegproblémákat okozhat. Javasoljuk, hogy az NTC-t a lehető legközelebb, de elektromosan leválasztva szerelje fel a lézerhez.

Kapcsolatfelvétel és mérnöki támogatás

Minták kéréséhez vagy részletes ajánláshoz kérjük, adja meg a következőket:

● TEC vezérlő cikkszáma vagy mérési áram

● Cél lézerhőmérséklet

● Megkövetelt hőmérsékleti pontosság

● Rendelkezésre álló hely az NTC számára

● Összeszerelési mód (huzalkötés, forrasztás, epoxi)

● Várható éves mennyiség

Egy munkanapon belül válaszolunk, és mintákat tudunk biztosítani az értékeléshez.