如何讓光模塊滿足工業(yè)級溫度標(biāo)準(zhǔn)？工業(yè)級光模塊為什么比較貴？（附案例）

我們在選購光模塊時，依據(jù)工作溫度，除了最常見的商業(yè)級，我們還能看到有擴(kuò)展級和工業(yè)級等選項。光模塊為什么需要劃分這么多的溫度等級，它們之間有什么區(qū)別？

工作溫度作為光模塊最重要的參數(shù)之一，它能影響光模塊的其他各項參數(shù)。當(dāng)光模塊應(yīng)用的環(huán)境溫度發(fā)生變化時，其工作電流等其他參數(shù)也會隨之發(fā)生變化，從而影響它的正常傳輸，擴(kuò)展級和工業(yè)級光模塊便是針對這一問題而研發(fā)的產(chǎn)品。

普通光模塊多為商業(yè)級（C-Temp），正常工作溫度為0～+70℃；擴(kuò)展級（E-Temp）為-20℃～+85℃；而工業(yè)級（I-Temp）的工作溫度為-40℃～+85℃，可在超高或超低溫下的惡劣環(huán)境中工作。除此之外，工業(yè)級光模塊在電氣組件、外殼等方面都必須采用場景硬化部件設(shè)計，以保證模塊的使用壽命。

光模塊不同溫度等級的區(qū)別

芯片承受溫度不同

商業(yè)級光模塊0℃～70℃，擴(kuò)展級為-20℃～+85℃，工業(yè)級光模塊-40℃～85℃，與所能支持工作溫度一樣。

測試方式不同

商業(yè)級光模塊只需要進(jìn)行常溫老化測試即可，而工業(yè)級光模塊則需要進(jìn)行高低溫老化測試。

價格不同

由于工業(yè)級光模塊進(jìn)行了物理降溫和溫度補(bǔ)償，導(dǎo)致它的原材料成本和制造成本增加。因此在傳輸速率和波長等參數(shù)相同的情況下，工業(yè)級光模塊的價格往往比商業(yè)級光模塊的價格貴，如下表所示（價格來源網(wǎng)絡(luò)，僅供參考）：

應(yīng)用場景不同

商業(yè)級光模塊：是市場上最常見的、應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品，一般應(yīng)用于企業(yè)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、機(jī)房等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中；

擴(kuò)展級光模塊：是應(yīng)用相對較惡劣的環(huán)境中，工作溫差很大，比如野外偏遠(yuǎn)山區(qū)、隧道等；

工業(yè)級光模塊比擴(kuò)展級可承受溫度更低， 工業(yè)級光模塊一般與工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)搭配使用，應(yīng)用于工廠自動化、鐵路和智能交通系統(tǒng)（ITS）、電力設(shè)施變電站、海洋、石油、天然氣、采礦等行業(yè)的工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用場景中，工業(yè)級光模塊可滿足在惡劣的工作環(huán)境中持久穩(wěn)定傳輸。

如何讓光模塊滿足工業(yè)級溫度標(biāo)準(zhǔn)？

硬件達(dá)標(biāo)

工業(yè)級光模塊所使用的芯片及激光器必須采用達(dá)到工業(yè)級溫度等級的產(chǎn)品，且在進(jìn)行測試的時候需要進(jìn)行高溫加熱。

溫度補(bǔ)償

當(dāng)工業(yè)級光模塊在零下的低溫中進(jìn)行運作時，為了保證光模塊有穩(wěn)定的發(fā)射功率，必須對其進(jìn)行溫度補(bǔ)償來保證其在低溫下的正常運作。

物理降溫

工業(yè)級光模塊要滿足在高溫中穩(wěn)定運作就必須具備自我降溫功能，主要采用散熱硅膠來進(jìn)行物理降溫，使激光器所產(chǎn)生的熱量盡快散出去。

舉例：易飛揚完整的工業(yè)級溫控設(shè)計方案

工業(yè)級關(guān)鍵芯片選型

芯片選型需要滿足工業(yè)級溫度需求；

25G LD芯片是AFCD-V61XT/BROADCOM，工業(yè)級VCSEL；

100G LD芯片是AFCD-V64XT/BROADCOM，工業(yè)級VCSEL。

工業(yè)級光器件設(shè)計

光器件設(shè)計滿足工業(yè)級工作環(huán)境，保障高低溫極端條件下光功率平穩(wěn)；

COB方案底部采用嵌銅方案，散熱效果更好；

添加加熱電阻設(shè)計，為滿足低溫-40℃工作。

工業(yè)級結(jié)構(gòu)設(shè)計

光模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是按最優(yōu)的散熱設(shè)計，通過熱設(shè)計模擬保障；

內(nèi)部使用相對較大的硅膠散熱片；

工業(yè)級光模塊外殼表面粗糙度要求更高（更光滑）， 不然會影響跟散熱器接觸，導(dǎo)致散熱效果變差。

工業(yè)級軟件溫度補(bǔ)償

激光器的特性之一是出光功率隨著溫度的變化而變化，優(yōu)秀的寬溫補(bǔ)償軟件控制尤為重要；

由于VCSEL在沒有自動溫控TEC電路的條件下，因而在設(shè)計模塊電路時，必須采用溫度監(jiān)控系統(tǒng)來實時監(jiān)控和對各種參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，以保證光模塊的消光比和發(fā)光功率穩(wěn)定性，確保光通信系統(tǒng)正常運行。

做溫度補(bǔ)償這項工作，會花費技術(shù)人員大量的時間，以每上升或低5度為一個節(jié)點來找到最佳補(bǔ)償參數(shù)，得出結(jié)果后再寫入光模塊相應(yīng)的IC（芯片）里，從而增加了生產(chǎn)時間和提高工業(yè)級產(chǎn)品的成本。

工業(yè)級生產(chǎn)工藝設(shè)計

工業(yè)級光模塊批量轉(zhuǎn)產(chǎn)PVT驗證良率：

產(chǎn)品滿足90%以上的良率，則定義該BOM為工業(yè)級產(chǎn)品；

工業(yè)熱仿真設(shè)計，按照最新布局及散熱方案評估現(xiàn)在散熱方案是否滿足要求

工業(yè)級光模塊和商業(yè)級光模塊如何選擇

綜上所述，工業(yè)級光模塊工作溫度范圍比商業(yè)級光模塊要大，且性能更加穩(wěn)定。因此在溫差較大的室外環(huán)境中，如基站，必須選擇工業(yè)級光模塊。相較于商業(yè)級光模塊來說，其安全性和可靠性較高；而在溫差相對穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境中，如機(jī)房，工業(yè)級光模塊和商業(yè)級光模塊都可以滿足實際的應(yīng)用需求，但考慮到布線成本，選擇商業(yè)級光模塊即可。

實際應(yīng)用案例

愛立信基帶系統(tǒng)互聯(lián)應(yīng)用需求

基帶產(chǎn)品互聯(lián)是一個比較復(fù)雜的工業(yè)應(yīng)用場景，環(huán)境溫度在-40℃～+85℃，且可能是高濕、高鹽、高濃霧的外部環(huán)境，因此要求氣密性和溫度的完整結(jié)合。

除了外在環(huán)境的要求，愛立信基帶系統(tǒng)也要求能靈活組網(wǎng)節(jié)省資源，設(shè)計了基帶板卡100轉(zhuǎn)4×25G互聯(lián)，因此對100G MPO接口的基帶板卡與其它單25G基帶板卡互聯(lián)提出了靈活互通的要求，中間的布線可以由布線工程師靈活設(shè)計。

選用產(chǎn)品：易飛揚100G HAOC

易飛揚的100G QSFP28轉(zhuǎn)4×25G SFP28 HAOC是一款工業(yè)級的緊固型有源光纜，專為5G Open RAN的前傳應(yīng)用而設(shè)計，支持4路25GE/eCPRI信號的雙向傳輸，采用多模光纖，最大傳輸距離可達(dá)100米（OM4）。

愛立信中國是世界聞名的移動通信設(shè)備制造商，對所有產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)要求極為苛刻。本次愛立信中國研發(fā)中心對多個工業(yè)級光模塊廠家進(jìn)行工業(yè)級光模塊溫度控制方案詢問，其中易飛揚的溫度控制方案使愛立信的工程師們感受到了易飛揚在工業(yè)級光模塊十年磨一劍的歷練，最終選用。信任的背后是易飛揚對產(chǎn)品革新的一種態(tài)度，對工匠精神的一種追求。

審核編輯 黃昊宇