Подробное руководство по тестированию трансиверов и контролю качества

Оптические модули могут обеспечивать передачу сигналов от устройства к устройству и осуществляют оптическую связь по оптическим волокнам. Технология производства оптических модулей также постоянно совершенствуется, а производственный процесс со временем стал более быстрым и менее подверженным ошибкам. Процесс производства оптических трансиверов проходит такие же строгие испытания и процедуры контроля качества, как и другие высокотехнологичные устройства. Эти процедуры проверяют индивидуальные характеристики оптического трансивера, чтобы каждый проданный оптический модуль обеспечивал максимально возможную производительность. Каждый модуль QSFPTEK проходит строгие испытания. При обнаружении проблемы он возвращается на производственную линию для корректировки. При серьёзной неисправности этот трансивер даже разбирается и демонтируется.

Калибровка – Tx, Rx, измерения глазковой диаграммы и напряжения

Настройка передатчика и приёмника, построение глазковой диаграммы и установка уровня напряжения являются ключевыми этапами процесса изготовления оптического трансивера, в ходе которого устанавливаются оптимальные рабочие параметры модуля для соответствия требованиям стандартов качества и MSA. На рисунке 1 показан процесс калибровки и настройки мощности передатчика, чувствительности приёмника, глазковой диаграммы передатчика, напряжения и температуры. В этом процессе оптический модуль называется тестируемым устройством (Device Under Test, DUT), которое подключается к тестовой плате с определённым электрическим интерфейсом для трансивера соответствующего форм-фактора: SFP, XFP, QSFP и т. д. Передатчик DUT подключается к узлу демультиплексирования, который классифицирует сигнал оптической длины волны от оптического трансивера QSFP LR4 DUT с помощью оптической призмы (в трансивере используются четыре линии CWDM с длинами волн 1270, 1290, 1310 и 1330 нм). Если DUT представляет собой трансивер SFP/SFP+ с одной выходной длиной волны, блок DEMAX с переключателем управления оптическим трактом не используется.

Коммутатор управления оптическим трактом — это устройство, позволяющее выбирать входящие длины волн из входного порта и направлять их в выходной порт. Это устройство использует принцип оптической коммутации для обеспечения низких вносимых потерь. Затем сигнал разделяется: одна его часть направляется на осциллограф для построения глазковой диаграммы, а другая — в измерительный блок мощности, который измеряет ее и передает на приемный порт трансивера DUT.

Измеритель мощности используется для измерения мощности передачи DUT и ее регулировки в требуемом диапазоне. Измерение напряжения трансивера выполняется непосредственно на тестовой плате, а результаты отображаются на ПК контроллера.

Тестовый блок температуры располагается параллельно любому другому измерительному блоку и отвечает за выполнение и мониторинг изменения температуры DUT. Этот блок нагревает DUT до максимальной рабочей температуры и выполняет измерение работы Tx, Rx и глазковой диаграммы при этой температуре. Аналогичным образом тестовый блок температуры охлаждает трансивер до минимальной рабочей температуры и выполняет те же измерения. Эти процедуры тестирования позволяют проверять работу DUT при экстремальных температурах и повторно калибровать компонент, если модуль не проходит это испытание.

Рисунок 1. 

Электрическая часть тестовой платы подключена к тестеру коэффициента битовых ошибок. Этот тестер генерирует случайный шаблон сигнала, затем передает его через DUT и анализирует глазковую диаграмму с помощью осциллографа.

Измерение и настройка глазковой маски являются важным этапом в тракте трансивера, в ходе которого обеспечивается наилучшее качество сигнала оптического модуля в соответствии с требованиями стандарта MSA. Определение глазковой маски показывает выходные характеристики передатчика с точки зрения нормализованных амплитуды и времени, обеспечивая тем самым, чтобы удалённый приёмник мог стабильно различать уровни 1 и 0 при наличии временного шума и джиттера. Измерения глазковой диаграммы дают представление о качестве цифрового сигнала, но не указывают на проблемы протокола или логики. Качество цифрового сигнала легко увидеть по глазковой диаграмме. Коэффициент битовых ошибок (BER) уменьшается по мере отключения глазковой маски. Жёлтая стрелка на рисунке 2 обозначает открытый глаз.

Стандарт MSA определяет точную маску глазковой диаграммы для оптических модулей (серый ромб, расположенный под желтой стрелкой на рисунке), и соответствующие сигналы 0 и 1 (синие линии), а также их переходы, не должны пересекать эту область. Если линия тестового сигнала пересекает глазковую маску, данный трансивер не соответствует требованиям и должен быть дополнительно откалиброван. Чем более открыта глазковая диаграмма, тем ниже вероятность того, что приемник ошибочно примет логический бит 1 за логический бит 0 и наоборот.

Рисунок 2: глазковая диаграмма

Тестирование длины волны и спектра

Все оптические модули должны излучать волны точной длины, чтобы успешно взаимодействовать с соответствующим трансивером. Например, в оптических модулях 10GBASE-SR используется длина волны 850nm с возможным отклонением +/- 10nm, тогда как некоторые оптические модули, такие как трансивер DWDM SFP, используют длину волны 1560.61nm, и их отклонение составляет всего +/- 0.8nm, поскольку трансивер DWDM SFP имеет более точную длину волны выходного лазерного излучения, благодаря чему модуль передает сигналы без перекрестных помех с другими боковыми каналами.

Спектрометр используется для измерения точности оптической длины волны. Трансивер обычно подключается в заводских условиях к специально запитанной печатной плате, которая служит источником питания, или к сетевому коммутатору, как показано на рисунке 3. На рисунке 3 показан оптический модуль SFP LR. Спектрометр отображает длину волны по оси X, а мощность — по оси Y. Мы видим, что резкий пик, в котором формируется максимум мощности, находится на отметке 1310.56nm (-3.16nm), а разница между этой длиной волны и значением 1310nm, указанным в MSA, находится в пределах эксплуатационной погрешности, поэтому модуль проходит спектральный тест.

Рисунок 3: Тестирование длины волны и спектра

Очистка линз

В процессе производства оптического модуля после завершения всех вышеупомянутых операций необходимо проверить линзу оптического модуля на наличие загрязнений или царапин. При обнаружении загрязнений линзу необходимо очистить, поскольку оптический модуль подключается к каждому тестовому оборудованию, а эти процедуры могут привести к загрязнению линзы оптического модуля пылью. Этот процесс тщательно проверяется с помощью микроскопа. На рисунке 4 показан экран вывода результатов проверки под микроскопом.

Рисунок 4: Экран вывода результатов тестирования микроскопом

Если на сердцевине линзы и её оболочке нет царапин и пыли, это означает, что данный оптический модуль прошёл проверку. В противном случае выполняется процедура очистки. После процедуры очистки удаляются пыль, масло и другие посторонние вещества. После процедуры очистки снова проводится микроскопический осмотр, чтобы убедиться в эффективности очистки. Если на поперечном срезе имеются царапины, модуль, несомненно, не пройдёт проверку, будет отклонён и демонтирован.

Заключение

В процессе производства оптических модулей нельзя игнорировать процедуру тестирования. После пайки ключевых компонентов каждого устройства их можно тщательно откалибровать, чтобы определить будущий срок службы трансивера и его рабочие характеристики. Если этап повторной калибровки невозможно выполнить точно, устройство лучше утилизировать. QSFPTEK располагает полным комплектом испытательного оборудования и применяет строгий процесс тестирования. Каждый оптический модуль проходит полный цикл тестирования перед поставкой клиентам, чтобы пользователи не сталкивались с различными проблемами при эксплуатации.