NTC термистор за оптична комуникация

X-Meritan произвежда NTC термистор за оптична комуникация, използван за отчитане на температурата в оптични трансивъри, включително SFP, QSFP и CFP форм фактори. Тези компоненти се поставят близо до лазерния диод или вътре в контролната верига на TEC, за да осигурят обратна връзка за температурата в реално време. Стойността на съпротивлението се променя предсказуемо с температурата, което позволява на управляващата верига да поддържа стабилна работна точка на лазера.

Точното следене на температурата в оптичните модули не е удобна функция. Дължината на вълната на лазера се измества с приблизително 0,1 nm на градус Целзий за много DFB лазери. Температурен дрейф от няколко градуса може да премести изхода извън приемливия канален прозорец в DWDM системите. NTC термисторът за оптична комуникация осигурява сигнала за обратна връзка, който TEC драйверът използва, за да коригира това отклонение.

Как функционира NTC термисторът в оптичен модул

NTC термисторът за оптична комуникация обикновено е свързан към същата подложка като лазерния диод или е прикрепен към студената страна на TEC. Тъй като температурата на лазера се променя, съпротивлението на термистора се променя според нелинейна крива, определена от стойността на R25 и B константата. Контролната верига измерва това съпротивление, преобразува го в температурна стойност и регулира TEC тока, за да върне лазера обратно към целевата температура.

Връзката между съпротивлението и температурата следва стандартното уравнение:

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

Където T е в Келвин, а B е материалната константа. За приложения на оптичен модул стойностите B25/50 между 3380 K и 3950 K са обичайни. Изборът зависи от очаквания работен температурен диапазон и разделителната способност, изисквана от управляващата верига.

Технически параметри

Таблицата по-долу изброява стандартните конфигурации, налични от X-Meritan. Персонализираните стойности са възможни за обемни проекти.

All values are verified in production. За всяка партида може да бъде предоставен пълен протокол от изпитване с измервания на съпротивление и B стойност.

Важна забележка относно самонагряването: Измервателният ток през NTC трябва да е достатъчно нисък, така че мощността, разсейвана в термистора, да не повишава температурата му с повече от 0,1°C. За 10 kΩ NTC с коефициент на разсейване от 1,5 mW/°C това означава, че токът на измерване трябва да остане под приблизително 120 µA. Превишаването на това кара термистора да отчита по-висока температура от действителната температура на лазера, което може да доведе до преохлаждане на контролния контур.

Физически дизайн и монтаж

X-Meritan доставя NTC термистор за оптична комуникация под формата на чист чип, с Au или Ag електроди, подходящ за свързване на проводници или запояване върху керамични опори. Размерите на чипа обикновено са в диапазона от 0,5 mm × 0,5 mm до 1,0 mm × 1,0 mm, с дебелина от 0,2 mm до 0,5 mm. Този малък отпечатък позволява поставяне в непосредствена близост до лазерния диод, без да пречи на оптичния път.

За клиенти, които предпочитат предварително монтиран компонент, чипът може да бъде монтиран върху малък носител от алуминиев оксид или алуминиев нитрид с оловни проводници. Тази версия е по-лесна за работа в ръчни монтажни линии и опростява процеса на залепване.

Повърхността на електрода е проектирана или за свързване на Au тел, или за запояване на PbSn/AuSn. Конкретната метализация се избира въз основа на процеса на сглобяване на клиента. Предоставяме таблици с данни с препоръчителните параметри на свързване за всеки тип електрод.

Време за реакция и термично свързване

Термичната времеконстанта на чист чип NTC обикновено е под 1 секунда, когато е монтиран с тънък слой термично лепило или спойка. В неподвижен въздух, без монтаж, времеконстантата е по-висока. За приложения на оптичен модул, NTC трябва да бъде термично свързан към същата повърхност като лазерния диод или студената пластина на TEC. Дебела лепилна линия или въздушна междина ще забавят реакцията и ще въведат температурно изместване между сензора и лазера.

Препоръчваме монтирането на NTC чипа с термично проводящо лепило или предварително запояване. Дебелината на свързващия слой трябва да се контролира до по-малко от 25 µm. Това гарантира, че NTC проследява температурата на лазера с минимално забавяне, което е от решаващо значение за контролните контури на TEC, работещи при честота на актуализиране над 10 Hz.

Стабилност и дългосрочен дрейф

NTC термисторът за оптична комуникация може да покаже малък дрейф на съпротивлението с течение на времето, особено когато работи при повишени температури. Нашата формулировка на материала и пасивирането на електродите намаляват това отклонение до ниво, което не засяга производителността на оптичния модул за типичен 10-годишен експлоатационен живот. Таблицата по-долу показва очакваното отклонение при различни условия на съхранение въз основа на вътрешни тестове за надеждност.

Тези стойности се основават на ускорено тестване и не са гаранции. Действителният дрейф зависи от монтажното напрежение, влажността и работния ток. Ние можем да предоставим подробен доклад за надеждност за квалифицирани проекти.

Производство и контрол на качеството

NTC чиповете се произвеждат в нашето собствено съоръжение, използвайки техники за обработка на керамика. Производственият поток включва подготовка на прах, отливане на лента, отпечатване на електроди, синтероване, нарязване на кубчета и окончателно електрическо изпитване. Ние контролираме състава на материала вътрешно, което позволява регулиране на стойността B и съпротивителните характеристики.

Всяка партида се тества за:

● Устойчивост при 25°C при използване на прецизна баня с постоянна температура

● B стойност, изчислена от измервания на съпротивлението при 25°C и 50°C

● Визуална проверка под увеличение

● Изолационно съпротивление

● Допълнителен термичен цикъл по желание на клиента

Данните от теста се архивират и могат да бъдат предоставени с всяка пратка. Ние също така поддържаме специфични за клиента процедури за входяща проверка.

Ръководство за избор

За да изберете правилния NTC термистор за вашия оптичен модул, помислете за следните фактори:

1. Стойност R25

Общите стойности са 10 kΩ и 100 kΩ. По-ниските стойности на съпротивлението отнемат повече измервателен ток, но са по-малко чувствителни към шум. По-високите стойности на съпротивлението са по-лесни за измерване с прости ADC вериги. Изборът често зависи от TEC контролера IC, използван в модула. Много лазерни драйвери и чипове на TEC контролери са оптимизирани за специфичен диапазон на съпротивление на NTC, обикновено 10 kΩ или 50 kΩ.

2. B стойност

Стойността B определя колко се променя съпротивлението на градус. По-високата стойност на B дава по-голяма промяна на съпротивлението на градус, което може да подобри температурната разделителна способност. Въпреки това, много висока стойност на B също означава, че съпротивлението става много високо при ниски температури, което може да надхвърли входния диапазон на измервателната верига. B25/50 = 3435 K е общ компромис за оптични модули, работещи от -10°C до +75°C.

3. Толерантност

Толерансът на съпротивлението и толерансът на стойността B пряко влияят върху точността на измерване на температурата. ±1% толеранс на съпротивлението, комбиниран с ±1% B толеранс на стойността, води до първоначална температурна грешка от приблизително ±0,3°C при 25°C. За DWDM приложения, където стабилността на дължината на вълната трябва да бъде в рамките на ±0,01 nm, тази грешка може да е твърде голяма. Стъпка на калибриране във фърмуера на модула може да компенсира първоначалния толеранс, но толерансът трябва да е достатъчно стегнат, за да може калибрирането да остане валидно в работния диапазон.

4. Опаковка и залепване

NTC трябва да се побере в наличното пространство вътре в оптичния модул. Голите чипове предлагат най-малкия отпечатък, но изискват оборудване за закрепване на кабели или матрица. Предварително монтирани чипове върху керамични носители опростяват монтажа, но добавят височина. Ние можем да предоставим и двете опции и да ви посъветваме за най-добрия избор за вашата производствена линия.

5. Самонагряване

Токът на измерване трябва да се поддържа нисък. За 10 kΩ NTC с коефициент на разсейване от 1,5 mW/°C, максималният ток на измерване за 0,1°C самонагряване е приблизително 120 µA. Ако вашият TEC контролер използва по-висок ток, помислете за NTC с по-ниско съпротивление или по-голям чип с по-висок коефициент на разсейване.

Ако не сте сигурни кои параметри да изберете, предоставете партидния номер на вашия TEC контролер и целевия температурен диапазон. Можем да препоръчаме съвместима NTC конфигурация.

Типични приложения

SFP и QSFP оптични приемопредаватели

NTC термистори се използват вътре в модула за наблюдение на лазерната температура. Сигналът се подава в TEC контролера, който поддържа лазера при фиксирана температура, обикновено 25°C или 45°C в зависимост от конструкцията на лазера.

DWDM и кохерентни модули

За лазери с тясна ширина на линията и стабилни на дължина на вълната точността на NTC е критична. Контролният контур трябва да поддържа температурата в рамките на ±0,1°C, за да поддържа дължината на вълната в рамките на определената решетка на канала.

Лазерни диодни подложки

В пакетите с голи лазерни диоди, NTC е свързан към същата подложка като лазерния чип. Това осигурява директно отчитане на температурата без допълнителна топлинна маса.

Телекомуникационни базови станции и външно оборудване

NTC термисторите се използват и във веригите за наблюдение на температурата на външни оптични усилватели и трансивъри, където промените в температурата на околната среда могат да бъдат големи.

Често задавани въпроси

В: Каква е разликата между R25 и B стойност?

A: R25 е съпротивлението при 25°C. Стойността B описва как съпротивлението се променя с температурата. И двата параметъра са необходими за изчисляване на съпротивлението при всяка друга температура. По-висока стойност B означава, че съпротивлението се променя повече за дадена промяна на температурата.

В: Как да преобразувам съпротивлението в температура в моя фърмуер?

О: Най-простият метод е да използвате справочна таблица, генерирана от стойностите на R25 и B, използвайки уравнението на Steinhart-Hart или опростеното уравнение B. Много интегрални схеми на TEC контролери имат вградени алгоритми за преобразуване. Можем да предоставим таблицата с коефициенти за вашия конкретен NTC.

Въпрос: Мога ли да използвам ±5% толеранс NTC в DWDM модул?

A: It depends on your calibration procedure. A ±5% resistance tolerance combined with ±1% B tolerance results in a temperature error of over ±1°C before calibration. If your production line performs a one-time calibration at a known temperature, the initial offset can be removed. But the B tolerance still affects the slope accuracy. For DWDM, we recommend at least ±1% resistance and ±0.5% B value.

Въпрос: Защо самонагряването има значение, ако токът на измерване е само няколкостотин микроампера?

О: Дори малки токове могат да нагреят термистора над околната температура. Ток от 100 µA през 10 kΩ NTC разсейва 0,1 mW. При коефициент на разсейване от 1,5 mW/°C това води до повишаване на температурата с 0,067°C. В строго контролиран лазерен модул това изместване може да бъде значително. Измервателната верига трябва да използва най-ниския практически ток.

В: Предоставяте ли персонализирани B стойности или стойности на съпротивление?

A: Да. Можем да коригираме състава на материала, за да постигнем персонализирани B стойности в диапазона от 3000 K до 4500 K, и можем да проверим за специфични стойности на съпротивление с тесни толеранси. Прилагат се минимални количества за поръчка.

В: Може ли NTC да се монтира директно върху лазерния чип?

О: Обикновено не. NTC се монтира от студената страна на submount или TEC, а не от фасета на лазера. Директният контакт с лазерния чип може да създаде електрически проблеми или проблеми с топлинната маса. Препоръчваме NTC да се монтира възможно най-близо до лазера, но електрически изолиран.

Контакт и инженерна поддръжка

За да поискате мостри или подробна препоръка, моля, предоставете следното:

● Номер на част на TEC контролера или ток на измерване

● Целева лазерна температура

● Необходима точност на температурата

● Налично място за NTC

● Метод на сглобяване (залепване на тел, запояване, епоксидна смола)

● Очакван годишен обем

Ние отговаряме в рамките на един работен ден и можем да предоставим мостри за оценка.