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Introducción
Los sistemas de transmisión de multiplexación por división de longitud de onda densa ( DWDM ), que se han adoptado tradicionalmente en redes troncales de larga distancia, se están incorporando ahora en las redes de área metropolitana, junto con la rápida expansión de los servicios multimedia, como lo ejemplifica Internet. En las aplicaciones de redes de área metropolitana, los transceptores ópticos de factor de forma pequeño (SFP) y otros tipos de pequeños transceptores se suelen instalar en alta densidad. Por lo tanto, se esperaba el desarrollo de transceptores ópticos DWDM en encapsulado SFP.
Utilizando las tecnologías acumuladas en el diseño de SFP y el control de longitud de onda, los autores han desarrollado con éxito un transceptor óptico de 2,5 Gbps para aplicaciones DWDM en la plataforma SFP ( DWDM-SFP ) mediante el desarrollo de un subconjunto óptico transmisor coaxial compacto (TOSA) con un dispositivo Peltier integrado.
Desarrollo de un TOSA coaxial compacto con dispositivo Peltier integrado
La vista externa del nuevo TOSA coaxial con dispositivo Peltier integrado y su asignación de pines se muestra en las figuras 1 y 2, respectivamente. Un diodo láser DFB (LD), un fotodiodo de monitor (PD), un nuevo dispositivo Peltier para controlar la temperatura del LD y un termistor para detectarla están integrados en un encapsulado de 8 pines. Un aislador y un receptáculo de fibra están conectados a él. Al reducir el tamaño de estas piezas internas y minimizar la carga térmica para reducir el consumo de energía, los autores lograron un TOSA coaxial refrigerado de 5,6 mm de diámetro y 12,7 mm de longitud, un octavo del tamaño de los módulos de mariposa refrigerados convencionales.
La Figura 3 muestra la dependencia de la temperatura de la carcasa con el consumo de energía del módulo. En esta evaluación, la temperatura y la corriente del LD se establecen en 40 °C y 35 mA, respectivamente. Como resultado, el consumo de energía se reduce a 230 mW o menos, ocho veces menor que el de un módulo de tipo mariposa convencional. Esto facilita la implementación de un DWDM-SFP con bajo consumo de energía y una estructura de radiación térmica simple.
Desarrollo de paquete
El SFP es un transceptor óptico enchufable, del tamaño de un meñique, que se inserta en el puerto abierto de un equipo de comunicaciones, como se muestra en la Fig. 4. Las dimensiones del contorno y otras especificaciones dimensionales importantes del SFP, como la parte del receptáculo donde se inserta el conector óptico y el conector de borde que se acopla al conector eléctrico del equipo de comunicaciones, están estandarizadas mediante un acuerdo multifuente (MSA). El objetivo del desarrollo fue crear un encapsulado que cumpliera no solo con el MSA, sino también con los siguientes requisitos estructurales a bajo costo: 1) estructura de encapsulado de alta densidad, 2) estructura de radiación térmica eficiente y 3) estructura de blindaje contra interferencias electromagnéticas (EMI). Las soluciones para satisfacer estos requisitos se describen a continuación.
Para lograr la estructura de empaquetado de alta densidad, los autores optimizaron la disposición tridimensional de la estructura interna, incluyendo el contorno de la placa de circuito impreso (PCB) y los componentes electrónicos que contiene. Las temperaturas máximas de funcionamiento de la carcasa de DWDM-SFP y TOSA son de 70 y 75 °C, respectivamente. Por lo tanto, es necesario mantener la diferencia de temperatura entre SFP y TOSA dentro de los 5 °C. Las piezas número 1 y número 2 en la Fig. 5, que asumen la función de irradiar calor, están hechas de aleación de cobre y sus conductividades térmicas son de 350 y 300 W/mK, respectivamente. La pieza número 1 tiene la función de transportar calor desde el CI del transceptor y otros componentes montados en la PCB hasta la parte trasera del SFP. El calor del TOSA y del subconjunto óptico del receptor (ROSA) es transportado por las láminas térmicas en los lados superior e inferior del empaque. La Figura 6 es un diagrama conceptual que muestra estas tres rutas de conducción de calor, y la Figura 7 muestra el resultado de la simulación térmica. En la Figura 7, la temperatura del área "a" es lo suficientemente baja en comparación con la de las otras áreas, lo que indica que TOSA está bien separado térmicamente de otras fuentes de calor. La Figura 8 es el resultado de la medición de la diferencia de temperatura de la caja entre TOSA y SFP. Muestra que la diferencia de temperatura es inferior a 5 °C en cualquier condición.3-3 Estructura de blindaje EMI El método típico para crear una estructura de blindaje EMI es dar un recubrimiento metálico a la parte del receptáculo. Debido a que el recubrimiento metálico es costoso, los autores desarrollaron una nueva estructura para el blindaje EMI mediante el ensamblaje tridimensional de las piezas internas de chapa metálica en lugar de realizar el proceso de recubrimiento a la parte del receptáculo. La Figura 9 muestra el resultado de la medición EMI de 16 piezas de DWDM-SFP. La Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) especifica que la radiación electromagnética debe limitarse estrictamente a menos de 54 dBuV/m.
También hay algunos avances en placas de circuitos y técnicas de control de longitud de onda que aquí no describiremos en detalle.
Conclusión
Los autores han desarrollado con éxito un transceptor óptico de 2,5 Gbps con tamaño SFP para aplicaciones DWDM. La miniaturización y el bajo consumo de energía (1 W) se logran mediante el desarrollo de los siguientes enfoques: un TOSA coaxial compacto con un dispositivo Peltier integrado, una estructura optimizada de radiación térmica y una placa de montaje de alta densidad con el nuevo circuito integrado del transceptor. Además, el diseño optimizado del TOSA y el preciso control de la longitud de onda mediante CPU han permitido que el transceptor tenga una buena estabilidad de longitud de onda, que cumple con la separación de red de 100 GHz con solo el control de temperatura de la LD modulada directamente. Además, se logró una excelente característica en la transmisión de larga distancia. Los autores planean desarrollar en el futuro el DWDM-SFP con mayores valores añadidos, como un consumo de energía aún más bajo y la conformidad con la normativa RoHS. Si desea obtener más información profesional sobre SFP o DWDM/CWDM/OADM, póngase en contacto con fiber-mart.com. Aquí proporcionaremos productos como módulos CWDM/DWDM y módulos CWDM OADM y DWDM OADM (como DWDM 1 canal OADM).
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