NTC termistor za optično komunikacijo

X-Meritan proizvaja termistor NTC za optično komunikacijo, ki se uporablja za zaznavanje temperature v optičnih oddajnikih, vključno s faktorji oblike SFP, QSFP in CFP. Te komponente so nameščene blizu laserske diode ali znotraj krmilne zanke TEC, da zagotovijo temperaturno povratno informacijo v realnem času. Vrednost upora se predvidljivo spreminja s temperaturo, kar krmilnemu vezju omogoča vzdrževanje stabilne delovne točke laserja.

Natančno spremljanje temperature v optičnih modulih ni priročna funkcija. Pri mnogih laserjih DFB se valovna dolžina laserja premakne za približno 0,1 nm na stopinjo Celzija. Temperaturni zamik za nekaj stopinj lahko premakne izhod izven sprejemljivega kanalskega okna v sistemih DWDM. NTC termistor za optično komunikacijo zagotavlja povratni signal, ki ga voznik TEC uporablja za popravljanje tega premika.

Kako NTC termistor deluje v optičnem modulu

NTC termistor za optično komunikacijo je običajno pritrjen na isto podnožje kot laserska dioda ali pritrjen na hladno stran TEC. Ko se temperatura laserja spreminja, se upor termistorja spreminja v skladu z nelinearno krivuljo, ki jo določata vrednost R25 in konstanta B. Krmilno vezje izmeri ta upor, ga pretvori v vrednost temperature in prilagodi tok TEC, da se laser vrne na ciljno temperaturo.

Razmerje med uporom in temperaturo sledi standardni enačbi:

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

Kjer je T v Kelvinih, B pa konstanta materiala. Za aplikacije optičnih modulov so običajne vrednosti B25/50 med 3380 K in 3950 K. Izbira je odvisna od pričakovanega temperaturnega območja delovanja in ločljivosti, ki jo zahteva krmilno vezje.

Tehnični parametri

V spodnji tabeli so navedene standardne konfiguracije, ki so na voljo pri X-Meritanu. Za velike projekte so možne vrednosti po meri.

Vse vrednosti so preverjene v proizvodnji. Za vsako serijo je mogoče predložiti celotno poročilo o preskusu z meritvami upora in vrednosti B.

Pomembna opomba o samosegrevanju: Merilni tok skozi NTC mora biti dovolj nizek, da razpršena moč v termistorju ne dvigne njegove temperature za več kot 0,1 °C. Za 10 kΩ NTC s faktorjem disipacije 1,5 mW/°C to pomeni, da mora merilni tok ostati pod približno 120 µA. Preseganje tega povzroči, da termistor odčita višjo temperaturo od dejanske temperature laserja, zaradi česar se krmilna zanka lahko prehladi.

Fizično načrtovanje in montaža

X-Meritan dobavlja NTC termistor za optično komunikacijo v obliki golega čipa, z Au ali Ag elektrodami, ki je primeren za spajanje žice ali spajkanje na keramične nosilce. Dimenzije čipov so običajno v razponu od 0,5 mm × 0,5 mm do 1,0 mm × 1,0 mm, z debelino od 0,2 mm do 0,5 mm. Ta majhen odtis omogoča postavitev neposredno ob lasersko diodo, ne da bi motili optično pot.

Za stranke, ki imajo raje vnaprej nameščeno komponento, je mogoče čip sestaviti na majhen nosilec iz aluminijevega oksida ali aluminijevega nitrida s svinčenimi žicami. Ta različica je enostavnejša za uporabo v ročnih montažnih linijah in poenostavlja postopek lepljenja.

Površina elektrode je zasnovana bodisi za lepljenje Au žice bodisi za spajkanje PbSn/AuSn. Konkretno metalizacijo izberemo glede na postopek montaže stranke. Ponujamo podatkovne liste s priporočenimi parametri vezave za vsako vrsto elektrode.

Odzivni čas in toplotna sklopka

Toplotna časovna konstanta NTC golega čipa je običajno pod 1 sekundo, če je nameščen s tanko plastjo termičnega lepila ali spajke. V mirnem zraku, brez montaže, je časovna konstanta večja. Za aplikacije optičnega modula mora biti NTC termično povezan z isto površino kot laserska dioda ali hladna plošča TEC. Debela linija lepila ali zračna reža bo upočasnila odziv in povzročila temperaturni zamik med senzorjem in laserjem.

Priporočamo namestitev NTC čipa s toplotno prevodnim lepilom ali spajkalno predobliko. Debelina vezne plasti mora biti pod 25 µm. To zagotavlja, da NTC sledi temperaturi laserja z minimalno zamudo, kar je ključnega pomena za krmilne zanke TEC, ki delujejo s hitrostjo posodabljanja nad 10 Hz.

Stabilnost in dolgoročno premikanje

Termistor NTC za optično komunikacijo lahko sčasoma pokaže majhen odklon upora, zlasti če deluje pri povišanih temperaturah. Naša formulacija materiala in pasivizacija elektrod zmanjšata ta odmik na raven, ki ne vpliva na delovanje optičnega modula v običajni 10-letni življenjski dobi. Spodnja tabela prikazuje pričakovani zamik pri različnih pogojih shranjevanja na podlagi internega testiranja zanesljivosti.

Te vrednosti temeljijo na pospešenem testiranju in niso garancije. Dejanski zamik je odvisen od napetosti pri vgradnji, vlažnosti in delovnega toka. Za kvalificirane projekte lahko zagotovimo podrobno poročilo o zanesljivosti.

Proizvodnja in nadzor kakovosti

NTC čipe izdelujemo v lastnem obratu s tehnikami obdelave keramike. Potek proizvodnje vključuje pripravo prahu, ulivanje traku, tiskanje elektrod, sintranje, rezanje na kocke in končno električno testiranje. Lastno kontroliramo sestavo materiala, kar omogoča prilagoditev vrednosti B in upornostnih karakteristik.

Vsaka serija je testirana na:

● Odpornost pri 25°C z uporabo natančne kopeli s konstantno temperaturo

● Vrednost B, izračunana iz meritev upora pri 25 °C in 50 °C

● Vizualni pregled pod povečavo

● Izolacijska upornost

● Izbirni termični cikel na zahtevo stranke

Podatki o testih so arhivirani in so na voljo ob vsaki pošiljki. Podpiramo tudi postopke dohodne kontrole, specifične za stranko.

Vodnik za izbiro

Če želite izbrati pravi termistor NTC za vaš optični modul, upoštevajte naslednje dejavnike:

1. Vrednost R25

Običajni vrednosti sta 10 kΩ in 100 kΩ. Nižje vrednosti upora porabijo več merilnega toka, vendar so manj občutljive na hrup. Višje vrednosti upora je lažje izmeriti s preprostimi vezji ADC. Izbira je pogosto odvisna od IC krmilnika TEC, uporabljenega v modulu. Veliko laserskih gonilnikov in krmilnih čipov TEC je optimiziranih za določeno območje upornosti NTC, običajno 10 kΩ ali 50 kΩ.

2. B vrednost

Vrednost B določa, koliko se upor spremeni na stopinjo. Višja vrednost B daje večjo spremembo upora na stopinjo, kar lahko izboljša temperaturno ločljivost. Vendar pa zelo visoka vrednost B tudi pomeni, da upor postane zelo visok pri nizkih temperaturah, kar lahko preseže vhodno območje merilnega vezja. B25/50 = 3435 K je običajen kompromis za optične module, ki delujejo od -10 °C do +75 °C.

3. Strpnost

Toleranca upora in toleranca vrednosti B neposredno vplivata na točnost merjenja temperature. Toleranca odpornosti ±1 % v kombinaciji z toleranco vrednosti B ±1 % povzroči začetno temperaturno napako približno ±0,3 °C pri 25 °C. Za aplikacije DWDM, kjer mora biti stabilnost valovne dolžine znotraj ±0,01 nm, je ta napaka lahko prevelika. Korak umerjanja v vdelani programski opremi modula lahko kompenzira začetno toleranco, vendar mora biti toleranca dovolj ozka, da kalibracija ostane veljavna v območju delovanja.

4. Pakiranje in lepljenje

NTC se mora prilegati razpoložljivemu prostoru znotraj optičnega modula. Goli čipi ponujajo najmanjši odtis, vendar zahtevajo opremo za spajanje žic ali matriko. Vnaprej nameščeni čipi na keramičnih nosilcih poenostavijo montažo, vendar dodajo višino. Zagotovimo lahko obe možnosti in svetujemo najboljšo izbiro za vašo proizvodno linijo.

5. Samosegrevanje

Merilni tok mora biti nizek. Za 10 kΩ NTC s faktorjem disipacije 1,5 mW/°C je največji merilni tok za samosegrevanje 0,1°C približno 120 µA. Če vaš krmilnik TEC uporablja večji tok, razmislite o NTC z manjšim uporom ali o večjem čipu z višjim faktorjem disipacije.

Če niste prepričani, katere parametre izbrati, navedite številko dela krmilnika TEC in ciljno temperaturno območje. Priporočamo lahko združljivo konfiguracijo NTC.

Tipične aplikacije

Optični sprejemniki SFP in QSFP

NTC termistorji se uporabljajo znotraj modula za spremljanje temperature laserja. Signal se napaja v krmilnik TEC, ki vzdržuje laser pri fiksni temperaturi, običajno 25 °C ali 45 °C, odvisno od zasnove laserja.

DWDM in koherentni moduli

Za laserje z ozko širino črte in stabilnimi valovnimi dolžinami je natančnost NTC kritična. Krmilna zanka mora vzdrževati temperaturo znotraj ±0,1 °C, da ohrani valovno dolžino znotraj navedene mreže kanalov.

Podstavki za laserske diode

V ohišjih z golo lasersko diodo je NTC vezan na isti nosilec kot laserski čip. To zagotavlja neposredno zaznavanje temperature brez dodatne toplotne mase.

Telekomunikacijske bazne postaje in zunanja oprema

NTC termistorji se uporabljajo tudi v tokokrogih za nadzor temperature zunanjih optičnih ojačevalnikov in sprejemnikov, kjer so lahko nihanja temperature okolja velika.

Pogosto zastavljena vprašanja

V: Kakšna je razlika med vrednostjo R25 in B?

O: R25 je odpornost pri 25°C. Vrednost B opisuje, kako se upor spreminja s temperaturo. Oba parametra sta potrebna za izračun upora pri kateri koli drugi temperaturi. Višja vrednost B pomeni, da se odpornost bolj spremeni za dano spremembo temperature.

V: Kako pretvorim upornost v temperaturo v svoji vdelani programski opremi?

O: Najenostavnejša metoda je uporaba iskalne tabele, ustvarjene iz vrednosti R25 in B z uporabo Steinhart-Hartove enačbe ali poenostavljene B enačbe. Številni IC krmilniki TEC imajo vgrajene algoritme za pretvorbo. Lahko zagotovimo tabelo koeficientov za vaš specifični NTC.

V: Ali lahko v modulu DWDM uporabim toleranco ±5 % NTC?

O: Odvisno od vašega postopka umerjanja. Toleranca upora ±5 % v kombinaciji z toleranco B ±1 % povzroči temperaturno napako več kot ±1 °C pred kalibracijo. Če vaša proizvodna linija izvede enkratno kalibracijo pri znani temperaturi, se lahko začetni odmik odstrani. Toda toleranca B še vedno vpliva na natančnost naklona. Za DWDM priporočamo vsaj ±1 % upora in ±0,5 % vrednosti B.

V: Zakaj je samosegrevanje pomembno, če je merilni tok le nekaj sto mikroamperov?

O: Tudi majhni tokovi lahko segrejejo termistor nad temperaturo okolice. Tok 100 µA skozi 10 kΩ NTC razprši 0,1 mW. S faktorjem disipacije 1,5 mW/°C to povzroči dvig temperature za 0,067°C. V strogo nadzorovanem laserskem modulu je ta odmik lahko pomemben. Merilno vezje mora uporabljati najnižji praktični tok.

V: Ali nudite vrednosti B po meri ali vrednosti upora?

O: Da. Prilagodimo lahko sestavo materiala, da dosežemo vrednosti B po meri v območju od 3000 K do 4500 K, in lahko pregledamo specifične vrednosti odpornosti z ozkimi tolerancami. Veljajo minimalne količine naročila.

V: Ali je mogoče NTC namestiti neposredno na laserski čip?

O: Ponavadi ne. NTC je nameščen na podnožje ali hladno stran TEC, ne na lasersko stran. Neposredni stik z laserskim čipom lahko povzroči električne težave ali težave s toplotno maso. Priporočamo, da NTC namestite čim bližje laserju, vendar električno izolirano.

Kontaktna in inženirska podpora

Če želite zahtevati vzorce ali podrobno priporočilo, navedite naslednje:

● Številka dela krmilnika TEC ali merilni tok

● Ciljna temperatura laserja

● Zahtevana temperaturna natančnost

● Razpoložljiv prostor za NTC

● Način montaže (spajkanje, epoksi)

● Pričakovana letna količina

Odgovorimo v enem delovnem dnevu in lahko zagotovimo vzorce za oceno.