トランシーバーのテストと品質管理に関する詳細ガイド

光モジュールはエンドツーエンドの信号伝送を実現でき、光ファイバーを介して光通信を行います。光モジュールの製造技術も絶えず向上しており、時間の経過とともに製造工程は高速化し、エラーも発生しにくくなっています。光トランシーバーの製造工程では、他のハイテク機器と同様に、厳格な試験および品質検査手順が実施されます。これらの手順では光トランシーバーの個々の性能を試験し、販売されるすべての光モジュールが可能な限り最高の性能を発揮できるようにします。QSFPTEKのすべてのモジュールは厳格な試験を受けており、何らかの問題がある場合は調整のために生産ラインへ戻され、重大な不具合がある場合には、そのトランシーバーは分解されることもあります。

校正 – Tx、Rx、アイダイアグラム、電圧測定

送信機と受信機の調整、アイダイアグラム、および電圧レベルの設定は、光トランシーバーの製造工程における重要なステップであり、これらによってモジュールの最適な動作パラメーターを設定し、品質およびMSA規格の要件を満たします。図1は、送信機出力、受信感度、送信機アイダイアグラム、電圧、および温度の校正・試運転プロセスを示しています。このプロセスでは、光モジュールは被試験デバイス（DUT）と呼ばれ、SFP、XFP、QSFPなど、特定のトランシーバーフォームファクター用の専用電気インターフェースを備えたテストボードに取り付けられます。DUTの送信機は逆多重化アセンブリに接続され、光プリズムを利用してDUTのQSFP LR4光トランシーバーからの光波長信号を分類します（このトランシーバーは1270、1290、1310、および1330 nmの4本のCWDM回線を使用します）。DUTが単一出力波長のSFP/SFP+トランシーバーである場合、光路制御スイッチを備えたDEMAXユニットは使用されません。

光路制御スイッチは、入力ポートから入ってくる波長を選択し、出力ポートへ転送できるようにするデバイスです。このデバイスは、光スイッチングの原理を利用して低挿入損失を実現します。その後、信号は分岐され、一方はアイダイアグラムを描画するためにオシロスコープへ送られ、もう一方はパワーメーターユニットへ送られて測定され、DUTトランシーバーの受信ポートへ転送されます。

パワーメーターは、DUTの送信電力を測定し、必要な範囲内に制御するために使用されます。トランシーバーの電圧測定はテストボード上で直接実行され、その結果はコントローラーPCに表示されます。

温度試験ユニットは、他の測定ユニットと並列に配置され、DUTの温度変化の実行および監視を担います。このユニットは、DUTを最高動作温度まで加熱し、その温度でTx、Rxの動作およびアイダイアグラムを測定します。同様に、温度試験ユニットはトランシーバーを最低動作温度まで冷却し、同じ測定を行います。これらの試験手順により、極端な温度下でのDUTの動作を試験し、モジュールがこの試験に合格しなかった場合に部品を再校正できます。

図.1 

テストボードの電気信号部分は、ビット誤り率テスターに接続されています。このテスターはランダムな信号パターンを生成し、それをDUTに通した後、オシロスコープでアイダイアグラムを解析します。

アイマスクの測定と調整はトランシーバー経路の重要な段階であり、MSA規格の要件に沿って光モジュールの信号品質を最適な状態にするために実施されます。アイマスクの定義は、正規化された振幅と時間の観点からトランスミッターの出力性能を示すもので、これにより、タイミングノイズやジッターが存在する場合でも、遠端のレシーバーが1と0のレベルの違いを一貫して識別できるようになります。アイダイアグラム測定はデジタル信号の品質を示しますが、プロトコルやロジックの問題は示しません。デジタル信号の品質は、アイダイアグラムで容易に確認できます。アイマスクをオフにすると、ビット誤り率（BER）が低下します。Figure.2の黄色の矢印は、開いたアイを示しています。

MSA規格では、光モジュールの正確なアイダイアグラムマスク（図中の黄色い矢印の下にある灰色のひし形）が定義されており、この部分をそれぞれの0信号と1信号（青い線）、およびそれらの遷移が横切ってはなりません。テスト信号線がアイマスクを横切る場合、このトランシーバーは不合格となり、追加の再校正が必要です。アイの開口が大きいほど、受信機が論理1ビットを論理0ビットと誤認する確率、またはその逆の確率が低くなります。

図2: アイダイアグラム

波長とスペクトルの試験

すべての光モジュールは、対応するトランシーバーと正常に通信するために、正確な波長を発光する必要があります。たとえば、10GBASE-SR光モジュールは850nmの波長を使用し、許容偏差は+/- 10nmですが、DWDM SFPトランシーバーなど一部の光モジュールは1560.61nmの波長を使用し、その偏差はわずか+/- 0.8nmです。これは、DWDM SFPトランシーバーがより正確なレーザー出力波長を持ち、モジュールが他のサイドチャネルとクロストークすることなく信号を送信するためです。

分光計は、光波長の精度を測定するために使用されます。トランシーバーは通常、電源として専用の給電PCBを備えた工場環境、または図3で使用されているようなネットワークスイッチデバイスに接続されます。図3はSFP LR光モジュールを示しています。分光計では、X軸に波長、Y軸にパワーが表示されます。パワーのピークを形成する鋭い点が1310.56nm (-3.16nm)にあり、この波長とMSAで規定されている1310nmとの差は動作誤差の範囲内であるため、このモジュールはスペクトル試験に合格していることが分かります。

図.3: 波長およびスペクトル試験

レンズのクリーニング

光モジュールの製造工程では、前述のすべての工程が完了した後、光モジュールのレンズに汚れや傷がないか確認する必要があります。光モジュールを各試験装置に接続するため、これらの工程では光モジュールのレンズにほこりが付着しやすく、汚れがある場合は清掃する必要があります。この工程では、顕微鏡を使用して慎重に検査します。図.4に顕微鏡検査の出力画面を示します。

図.4：顕微鏡テスト出力画面

レンズコアとそのクラッドに傷やほこりがない場合、この光モジュールはテストに合格したことになります。そうでない場合は、クリーニング処理が行われます。クリーニング処理後、ほこり、油、その他の異物が除去されます。その後、クリーニング効果を確認するため、再度顕微鏡検査が行われます。断面に傷がある場合、モジュールは間違いなくテストに不合格となり、除外されて分解されます。

結論

光モジュールの製造工程では、試験手順を無視することはできません。各デバイスの主要部品をはんだ付けした後、慎重に校正することで、トランシーバーの将来的な耐用年数と稼働時の性能を確認できます。再校正段階で正確に校正できない場合は、そのデバイスを廃棄した方がよいでしょう。QSFPTEKは、充実した試験設備と厳格な試験工程を備えています。各光モジュールは、お客様に納品される前に一連の試験工程を経るため、使用中にさまざまな問題が発生することを防げます。