Der ausführliche Leitfaden zu Transceiver-Tests und Qualitätskontrolle

Optische Module können eine End-to-End-Signalübertragung realisieren und führen die optische Kommunikation über Glasfasern durch. Auch die Fertigungstechnologie optischer Module verbessert sich ständig, und der Fertigungsprozess ist im Laufe der Zeit schneller und weniger fehleranfällig geworden. Der Fertigungsprozess optischer Transceiver durchläuft dieselben strengen Test- und Qualitätsprüfungsverfahren wie andere Hightech-Geräte. Diese Verfahren testen die individuelle Leistung des optischen Transceivers, um sicherzustellen, dass jedes verkaufte optische Modul die bestmögliche Leistung erzielt. Jedes Modul von QSFPTEK wurde strengen Tests unterzogen; wenn es ein Problem aufweist, geht es zur Modulation zurück an die Produktionslinie; wenn ein schwerwiegender Fehler vorliegt, wird dieser Transceiver sogar demontiert und zerlegt.

Kalibrierung – Tx, Rx, Augendiagramm, Spannungsmessungen

Die Abstimmung von Sender und Empfänger, Augendiagramm und Spannungspegeleinstellung sind die wichtigsten Schritte im Fertigungsprozess optischer Transceiver, durch die die optimalen Betriebsparameter des Moduls festgelegt werden, um die Anforderungen an Qualität und MSA-Standards zu erfüllen. Abbildung 1 zeigt den Kalibrierungs- und Inbetriebnahmeprozess für Sendeleistung, Empfängerempfindlichkeit, Sender-Augendiagramm, Spannung und Temperatur. In diesem Prozess wird das optische Modul als Device Under Test (DUT) bezeichnet, das an eine Testplatine mit einer spezifischen elektrischen Schnittstelle für einen bestimmten Formfaktor des Transceivers angeschlossen ist, z. B. SFP, XFP, QSFP usw. Der Sender des DUT ist mit einer Demultiplexing-Baugruppe verbunden, die das optische Wellenlängensignal vom QSFP LR4 optischen Transceiver des DUT mithilfe eines optischen Prismas klassifiziert (der Transceiver verwendet vier CWDM-Leitungen bei 1270, 1290, 1310 und 1330 nm). Wenn der DUT ein SFP/SFP+-Transceiver mit einer einzelnen Ausgangswellenlänge ist, wird die DEMAX-Einheit mit einem Schalter zur Steuerung des optischen Pfads nicht verwendet.

Der Schalter zur Steuerung des optischen Pfads ist ein Gerät, das die Auswahl eingehender Wellenlängen vom Eingangsport und deren Weiterleitung an den Ausgangsport ermöglicht. Dieses Gerät nutzt das Prinzip der optischen Schaltung, um eine geringe Einfügedämpfung zu erreichen. Das Signal wird dann aufgeteilt, sodass ein Teil davon an ein Oszilloskop zur Erstellung eines Augendiagramms gesendet wird und der andere Teil an eine Leistungsmessereinheit, die es misst und an den Empfangsport des DUT-Transceivers überträgt.

Der Leistungsmesser wird verwendet, um die Sendeleistung des DUT zu messen und sie im erforderlichen Bereich zu steuern. Die Messung der Transceiver-Spannung erfolgt direkt auf der Testplatine, und die Ergebnisse werden auf dem Controller-PC angezeigt.

Die Temperaturprüfeinheit ist parallel zu jeder anderen Messeinheit positioniert und ist für die Durchführung und Überwachung der DUT-Temperaturvariation verantwortlich. Diese Einheit ist dafür verantwortlich, den DUT auf die maximale Betriebstemperatur zu erhitzen sowie Tx-, Rx-Betrieb und Augendiagramm bei dieser Temperatur zu messen. Ebenso kühlt die Temperaturprüfeinheit den Transceiver auf die niedrigste Betriebstemperatur ab und führt dieselben Messungen durch. Diese Prüfverfahren ermöglichen es, den Betrieb des DUT bei extremen Temperaturen zu testen und das Bauteil neu zu kalibrieren, wenn das Modul diesen Test nicht besteht.

Abbildung.1 

Der elektrische Signalteil der Testplatine ist mit einem Bitfehlerratentester verbunden. Dieser Tester erzeugt ein zufälliges Signalmuster, sendet es anschließend durch den DUT und analysiert das Augendiagramm mit einem Oszilloskop.

Die Messung und Anpassung der Augenmaske ist eine wichtige Phase des Transceiver-Pfads, durch die der Prozess durchgeführt wird, um die beste Signalqualität des optischen Moduls gemäß den Anforderungen des MSA-Standards sicherzustellen. Die Definition der Augenmaske veranschaulicht die Ausgangsleistung des Senders in Bezug auf normalisierte Amplitude und Zeit und stellt so sicher, dass der Empfänger am entfernten Ende bei Vorhandensein von Zeitrauschen und Jitter konsistent den Unterschied zwischen den Pegeln 1 und 0 erkennen kann. Augendiagramm-Messungen geben einen Hinweis auf die Qualität des digitalen Signals, weisen jedoch nicht auf Protokoll- oder Logikprobleme hin. Die Qualität des digitalen Signals ist anhand des Augendiagramms leicht zu erkennen. Die Bitfehlerrate (BER) nimmt ab, wenn die Augenmaske ausgeschaltet wird. Ein gelber Pfeil in Abbildung.2 kennzeichnet das offene Auge.

Der MSA-Standard definiert eine präzise Augendiagramm-Maske für optische Module (die graue Raute unter dem gelben Pfeil in der Abbildung), und dieser Bereich sollte weder von den jeweiligen 0- und 1-Signalen (blaue Linien) noch von deren Übergängen überschritten werden. Wenn die Testsignallinie die Augenmaske kreuzt, ist dieser Transceiver nicht qualifiziert und muss zusätzlich neu kalibriert werden. Je offener das Auge ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Empfänger ein logisches 1-Bit mit einem logischen 0-Bit verwechselt und umgekehrt.

Abbildung.2: Augendiagramm

Wellenlängen- und Spektrumtest

Alle optischen Module müssen präzise Wellenlängen aussenden, um erfolgreich mit dem entsprechenden Transceiver zu kommunizieren. Beispielsweise verwenden 10GBASE-SR optische Module eine Wellenlänge von 850nm mit einer möglichen Abweichung von +/- 10nm, während einige optische Module, wie der DWDM SFP-Transceiver, eine Wellenlänge von 1560.61nm verwenden; ihre Abweichung beträgt nur +/- 0.8nm, da der DWDM SFP-Transceiver eine präzisere Laser-Ausgangswellenlänge hat, damit das Modul Signale ohne Übersprechen mit anderen benachbarten Kanälen überträgt.

Das Spektrometer wird verwendet, um die Genauigkeit der optischen Wellenlänge zu messen. Der Transceiver wird in der Regel in einer Werksumgebung an eine speziell mit Strom versorgte Leiterplatte als Stromversorgung angeschlossen oder an ein Netzwerk-Switch-Gerät, wie in Abbildung 3 verwendet. Abbildung 3 zeigt ein SFP-LR-Optikmodul. Das Spektrometer zeigt die Wellenlänge auf der X-Achse und die Leistung auf der Y-Achse an. Wir können sehen, dass der scharfe Punkt, an dem sich die Leistungsspitze bildet, bei 1310.56nm (-3.16nm) liegt, und der Unterschied zwischen dieser Wellenlänge und den von MSA spezifizierten 1310nm liegt innerhalb des Betriebsfehlers, sodass das Modul den Spektraltest besteht.

Abbildung 3: Wellenlängen- und Spektrumtest

Linsenreinigung

Im Herstellungsprozess optischer Module muss, nachdem alle vorgenannten Prozesse abgeschlossen sind, die Linse des optischen Moduls auf Schmutz oder Kratzer überprüft werden. Wenn Schmutz vorhanden ist, muss sie gereinigt werden, da das optische Modul mit jedem Testgerät verbunden wird; bei diesen Verfahren ist die Linse des optischen Moduls anfällig für Staubverunreinigungen. Dieser Prozess wird sorgfältig mit einem Mikroskop untersucht. Abbildung.4 zeigt den Ausgabebildschirm des Mikroskoptests.

Abbildung.4: Ausgabebildschirm des Mikroskoptests

Falls sich keine Kratzer und kein Staub auf dem Linsenkern und seiner Ummantelung befinden, bedeutet dies, dass dieses optische Modul den Test besteht. Andernfalls wird ein Reinigungsverfahren durchgeführt. Nach dem Reinigungsverfahren werden Staub, Öl und andere Fremdkörper entfernt. Nach dem Reinigungsverfahren wird erneut eine mikroskopische Inspektion durchgeführt, um die Reinigungswirkung sicherzustellen. Wenn sich Kratzer im Querschnitt befinden, wird das Modul den Test zweifellos nicht bestehen und wird abgelehnt und demontiert.

Fazit

Im Herstellungsprozess optischer Module darf das Testverfahren nicht vernachlässigt werden. Nachdem die Schlüsselkomponenten jedes Geräts verlötet wurden, können sie sorgfältig kalibriert werden, um die zukünftige Lebensdauer des Transceivers und seine Leistung im Betrieb zu bestimmen. Wenn die Rekalibrierungsphase nicht präzise kalibriert werden kann, ist es besser, das Gerät zu entsorgen. QSFPTEK verfügt über vollständige Testausrüstung und einen strengen Testprozess. Jedes optische Modul durchläuft einen vollständigen Testprozess, bevor es an Kunden ausgeliefert wird, um zu vermeiden, dass Benutzer bei der Nutzung mit verschiedenen Problemen konfrontiert werden.