O Guia Detalhado para Testes de Transceptores e Controle de Qualidade

Os módulos ópticos podem realizar a transmissão de sinais de ponta a ponta, e ele realiza a comunicação óptica por meio de fibras ópticas. A tecnologia de fabricação dos módulos ópticos também está em constante aprimoramento, e o processo de fabricação tornou-se mais rápido e menos propenso a erros ao longo do tempo. O processo de fabricação de transceptores ópticos passa pelos mesmos procedimentos rigorosos de teste e verificação de qualidade que outros aparelhos de alta tecnologia. Esses procedimentos testam o desempenho individual do transceptor óptico para garantir que cada módulo óptico vendido obtenha o melhor desempenho possível. Cada módulo da QSFPTEK passou por testes rigorosos; se apresentar algum problema, voltará para a linha de produção para modulação; se houver uma falha grave, esse transceptor será até desmontado e desassemblado.

Calibração – Tx, Rx, diagrama de olho, medições de tensão

O ajuste do transmissor e do receptor, do diagrama de olho e da configuração do nível de tensão são as etapas principais no processo de fabricação do transceptor óptico, pelas quais os parâmetros operacionais ideais do módulo são definidos para atender aos requisitos de qualidade e aos padrões MSA. A Figura.1 mostra o processo de calibração e comissionamento da potência do transmissor, da sensibilidade do receptor, do diagrama de olho do transmissor, da tensão e da temperatura. Nesse processo, o módulo óptico é chamado de Device Under Test (DUT), que é conectado a uma placa de teste com uma interface elétrica específica para determinado fator de forma de transceptor SFP, XFP, QSFP, etc. O transmissor do DUT é conectado a um conjunto de demultiplexação, que classifica o sinal de comprimento de onda óptico do transceptor óptico QSFP LR4 do DUT com a ajuda de um prisma óptico (o transceptor usa quatro linhas CWDM em 1270, 1290, 1310 e 1330 nm). Se o DUT for um transceptor SFP/SFP+ com um único comprimento de onda de saída, a unidade DEMAX com um switch de controle de caminho óptico não será usada.

O switch de controle de caminho óptico é um dispositivo que permite a seleção de comprimentos de onda de entrada a partir da porta de entrada e os encaminha para a porta de saída. Este dispositivo utiliza o princípio de comutação óptica para alcançar baixa perda de inserção. O sinal é então dividido para que parte dele seja enviada a um osciloscópio para desenhar um diagrama de olho e a outra parte seja enviada a uma unidade de medidor de potência, que o mede e o transfere para a porta de recepção do transceptor DUT.

O medidor de potência é usado para medir a potência de transmissão do DUT e controlá-la dentro da faixa necessária. A medição da tensão do transceptor é realizada diretamente na placa de teste e os resultados são exibidos no PC controlador.

A unidade de teste de temperatura é posicionada paralelamente a qualquer outra unidade de medição e é responsável por realizar e monitorar a variação de temperatura do DUT. Esta unidade é responsável por aquecer o DUT até a temperatura máxima de operação e pela medição da operação de Tx, Rx e do diagrama de olho nessa temperatura. Da mesma forma, a unidade de teste de temperatura também resfriará o transceptor até a temperatura mínima de operação e realizará as mesmas medições. Esses procedimentos de teste permitem testar a operação do DUT em temperaturas extremas e recalibrar a peça quando o módulo não passa neste teste.

Figura.1 

A parte do sinal elétrico da placa de teste é conectada a um testador de taxa de erro de bits. Esse testador produz um padrão de sinal aleatório e, em seguida, o envia pelo DUT e analisa o diagrama de olho com um osciloscópio.

A medição e o ajuste da máscara de olho são uma etapa importante do caminho do transceptor, por meio da qual o processo é realizado para garantir a melhor qualidade de sinal do módulo óptico, em conformidade com os requisitos do padrão MSA. A definição da máscara de olho ilustra o desempenho de saída do transmissor em termos de amplitude e tempo normalizados, garantindo assim que o receptor na extremidade distante possa discernir consistentemente a diferença entre os níveis 1 e 0 na presença de ruído de temporização e jitter. As medições do diagrama de olho fornecem uma indicação da qualidade do sinal digital, mas não indicam problemas de protocolo ou lógica. A qualidade do sinal digital é facilmente visualizada pelo diagrama de olho. A taxa de erro de bit (BER) diminui à medida que a máscara de olho é fechada. Uma seta amarela na Figura.2 indica o olho aberto.

O padrão MSA define uma máscara precisa de diagrama de olho para módulos ópticos (o losango cinza localizado sob a seta amarela na figura), e essa parte não deve ser cruzada pelos respectivos sinais 0 e 1 (linhas azuis), bem como por sua transição. Quando a linha do sinal de teste cruza a máscara de olho, este transceptor não está qualificado e deve ser recalibrado adicionalmente. Quanto mais aberto estiver o olho, menor será a probabilidade de o receptor confundir um bit lógico 1 com um bit lógico 0, e vice-versa.

Figura.2: Diagrama de olho

Teste de comprimento de onda e espectro

Todos os módulos ópticos devem emitir comprimentos de onda precisos para se comunicar com sucesso com o transceptor correspondente. Por exemplo, módulos ópticos 10GBASE-SR usam comprimento de onda de 850nm com um possível desvio de +/- 10nm, enquanto alguns módulos ópticos, como o transceptor DWDM SFP, usam comprimento de onda de 1560.61nm; seu desvio é de apenas +/- 0.8nm, porque o transceptor DWDM SFP tem comprimento de onda de saída do laser mais preciso, para que o módulo transmita sinais sem diafonia com outros canais laterais.

O espectrômetro é usado para medir a precisão do comprimento de onda óptico. O transceptor geralmente é conectado em um ambiente de fábrica com uma PCB especialmente alimentada como fonte de alimentação, ou a um dispositivo switch de rede, como usado na Figura.3. A Figura.3 mostra um módulo óptico SFP LR. o espectrômetro mostra o comprimento de onda no eixo X e a potência no eixo Y. Podemos ver que o ponto agudo onde o pico de potência é formado está em 1310.56nm (-3.16nm), e a diferença entre esse comprimento de onda e os 1310nm especificados pela MSA está dentro do erro operacional, portanto o módulo passa no teste espectral.

Figura.3: Teste de Comprimento de Onda e Espectro

Limpeza de Lentes

No processo de fabricação do módulo óptico, depois que todos os processos mencionados anteriormente são concluídos, a lente do módulo óptico precisa ser verificada quanto a sujeira ou arranhões e, quando houver sujeira, precisa ser limpa, pois o módulo óptico é conectado a cada equipamento de teste; esses procedimentos são propensos à contaminação por poeira da lente do módulo óptico. Esse processo é examinado cuidadosamente usando um microscópio. A Figura.4 mostra a tela de saída do teste do microscópio.

Figura.4: Tela de saída do teste de microscópio

Caso não haja arranhões nem poeira no núcleo da lente e em seu revestimento, isso significa que este módulo óptico passa no teste. Caso contrário, será realizado um procedimento de limpeza. Após o procedimento de limpeza, poeira, óleo e outros materiais estranhos serão removidos. Após o procedimento de limpeza, uma inspeção microscópica é realizada novamente para garantir o efeito da limpeza. Se houver arranhões na seção transversal, o módulo sem dúvida falhará no teste e será rejeitado e desmontado.

Conclusão

No processo de fabricação de módulos ópticos, o procedimento de teste não pode ser ignorado. Depois que os componentes principais de cada dispositivo são soldados, eles podem ser cuidadosamente calibrados para determinar a vida útil futura do transceptor e seu desempenho em operação. Se a fase de recalibração não puder ser calibrada com precisão, é melhor descartar o dispositivo. A QSFPTEK possui equipamentos de teste completos e um processo de teste rigoroso. Cada módulo óptico passará por um processo de teste completo antes de ser entregue aos clientes, a fim de evitar que os usuários enfrentem diversos problemas durante o uso.