Οι μονάδες δέκτη οπτικών ινών απαιτούν σωστή ευθυγράμμιση

 

Γιατί ένα μικρό έχει μεγαλύτερη σημασία από όσο νομίζετε

 

Οι περισσότεροι άνθρωποι που εργάζονται σε κέντρα δεδομένων το έχουν δει να συμβαίνει. Πτυσσόμενος σύνδεσμος. Διακοπτόμενη απώλεια πακέτων που εξαφανίζεται όταν επανατοποθετείτε τον πομποδέκτη. Όλοι υποθέτουν ότι είναι μια κακή μονάδα, την αποστέλλουν πίσω, λαμβάνουν αντικατάσταση-και το πρόβλημα επιστρέφει τρεις εβδομάδες αργότερα. Τι συνέβη στην πραγματικότητα; Το άκρο του δακτυλίου συγκέντρωσε ένα μεμονωμένο σωματίδιο σκόνης ή η μονάδα εισήχθη υπό ελαφρά γωνία ή η δόνηση από τη μονάδα HVAC οδήγησε σιγά-σιγά το βύσμα χαλαρό κατά μερικά μικρά.

Η φωτοδίοδος μέσα σε ένα ROSA (Receiver Optical Sub-Συγκρότημα) έχει συνήθως μια ενεργή περιοχή διαμέτρου μεταξύ 20 και 75 μm. Τα μεγαλύτερα ανοίγματα βελτιώνουν την ανοχή σύζευξης αλλά εισάγουν χωρητικότητα που σκοτώνει το εύρος ζώνης σας σε υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων. Είναι μια ανταλλαγή που κανείς δεν εξηγεί στη βιβλιογραφία των πωλήσεων.

 

 

Εδώ είναι που τα πράγματα γίνονται απογοητευτικά. Το φύλλο προδιαγραφών λέει ευαισθησία δέκτη -12 dBm και έχετε μετρήσει -8 dBm στο patch panel σας - άφθονο περιθώριο, σωστά; Αλλά αυτή η προδιαγραφή προϋποθέτει τη βέλτιστη σύζευξη. Σπρώξτε το βύσμα στραβά και προσθέσατε 2-3 dB απώλειας που δεν εμφανίζεται πουθενά στον υπολογισμό του προϋπολογισμού του συνδέσμου σας, επειδή κανείς δεν αναφέρει ότι "ο τεχνικός βιαζόταν".

 

Το πρόβλημα των έξι μοιρών

 

Η βελτιστοποίηση πλήρους ευθυγράμμισης απαιτεί προσαρμογή σε έξι βαθμούς ελευθερίας: X, Y, Z (οι τρεις μεταφορικοί άξονες) και θx, θy, θz (pitch, yaw, roll). Σε εργαστηριακές ρυθμίσεις, οι αυτοματοποιημένοι σταθμοί ευθυγράμμισης επιτυγχάνουν υπο-τοποθέτηση μικρομέτρων μέσω πιεζοηλεκτρικών ενεργοποιητών σε συνδυασμό με αλγόριθμους-ανόδου που αναζητούν μέγιστη οπτική ισχύ.

Τα περιβάλλοντα παραγωγής δεν έχουν αυτή την πολυτέλεια. Είστε τυχεροί αν ο κλωβός του πομποδέκτη δεν είναι λυγισμένος από τον τελευταίο που ωθεί σε ένα SFP προς τα πίσω.

Αυτό που συμβαίνει κατά την κατασκευή της μονάδας σας λέει τα πάντα για το γιατί η ευθυγράμμιση πεδίου έχει σημασία. Το καλούπι λέιζερ συγκολλάται σε μια υπομονάδα. Η συστοιχία ινών περνά από ενεργή ευθυγράμμιση-είτε κάποιος παρακολουθεί την οπτική έξοδο σε πραγματικό-χρόνο κατά τη σκλήρυνση της εποξειδικής ουσίας, είτε η σχεδίαση βασίζεται στην παθητική ευθυγράμμιση όπου τα μηχανικά χαρακτηριστικά περιορίζουν τη θέση εντός αποδεκτής ανοχής. Η ενεργή ευθυγράμμιση κοστίζει περισσότερο, αλλά αποδίδει πιο σφιχτή σύζευξη. Η παθητική ευθυγράμμιση εξοικονομεί χρήματα έως ότου ο θερμικός κύκλος διαχωρίσει τα εξαρτήματα κατά μερικά μικρά και ο ρυθμός επιστροφής αυξηθεί.

 

 

Θερμοκρασία: Ο σιωπηλός σαμποτέρ

 

Συντελεστής θερμικής διαστολής. Τρεις λέξεις που στοιχειώνουν κάθε μηχανικό συσκευασίας φωτονικών.

Το αλουμίνιο διαστέλλεται περίπου 23 μm ανά μέτρο ανά βαθμό Κελσίου. Το Kovar, ένα κοινό υλικό συσκευασίας, διαστέλλεται περίπου στα 5 μm/m/μοίρα. Το πυρίτιο-το υπόστρωμα για τις περισσότερες φωτοδίοδοι-κάθεται γύρω στα 2,6 μm/m/μοίρα . Ανακατέψτε αυτά τα υλικά σε ένα οπτικό συγκρότημα, θερμάντε το από 25 μοίρες σε 85 μοίρες κατά τη λειτουργία και παρακολουθήστε την ευθυγράμμιση να αλλάζει καθώς διαφορετικά εξαρτήματα αναπτύσσονται με διαφορετικούς ρυθμούς.

Μερικά σχέδια αντισταθμίζουν τα συγκροτήματα θερμικών φακών. Άλλοι αποδέχονται την απώλεια και δημιουργούν επιπλέον προϋπολογισμό ενέργειας στη σύνδεση. Τις φτηνές μονάδες από προμηθευτές που δεν έχετε ακούσει ποτέ; Δεν αποζημιώνουν τίποτα. Λειτουργεί καλά στο εργαστήριο σε θερμοκρασία δωματίου. Καταρρέει το πρώτο καλοκαίρι, όταν ο δίσκος καλωδίων σας φτάσει τις 45 μοίρες.

 

Τέλος σύνδεσης-Γεωμετρία προσώπου

 

Αυτό είναι το μέρος που οι άνθρωποι παραλείπουν γιατί φαίνεται προφανές. Διατηρήστε τους συνδέσμους καθαρούς. Όλοι το γνωρίζουν αυτό.

Αλλά να τι δεν ξέρουν: ένα γυαλιστικό υπολογιστή (Φυσικής Επαφής) δημιουργεί ένα ελαφρώς κυρτό άκρο-πρόσωπο που πιέζει μέσα στο φερμουάρ, εξαλείφοντας τα κενά αέρα. Η ακτίνα της καμπυλότητας έχει σημασία-πολύ επίπεδη και έχετε κρόσσια παρεμβολής από παράλληλες επιφάνειες, πολύ κυρτά και έχετε συγκεντρωμένη πίεση που επιταχύνει τη φθορά.

Οι σύνδεσμοι APC (Angled Physical Contact) προσθέτουν γωνία 8-μοιρών για να μειώσουν την ανάκλαση προς τα πίσω. Είναι κρίσιμο για αναλογικά συστήματα καλωδιακής τηλεόρασης και οτιδήποτε αφορά συνεκτικά οπτικά, όπου η απώλεια επιστροφής κάτω από -55 dB είναι στην πραγματικότητα σημαντική. Αλλά αντιστοιχίστε ένα APC με ένα UPC κατά λάθος και έχετε εισαγάγει μια απώλεια 1-2 dB συν μια αντανάκλαση που μπορεί να αποσταθεροποιήσει το λέιζερ ανάντη.

Έχω δει τεχνικούς να αναμειγνύουν τύπους συνδετήρων επειδή "ταιριάζουν". Ταιριάζουν. Αυτό είναι το πρόβλημα.

 

Ο μηχανισμός ευθυγράμμισης φερρούλων

 

Ενεργητική έναντι παθητικής ευθυγράμμισης στην παραγωγή

 

Οι κατασκευαστές αντιμετωπίζουν μια επιλογή. Η ενεργή ευθυγράμμιση παρακολουθεί την οπτική ισχύ κατά τη συναρμολόγηση και βελτιστοποιεί τη θέση πριν στερεώσει τα εξαρτήματα στη θέση τους. Παίρνει περισσότερο χρόνο, κοστίζει περισσότερο, παράγει καλύτερα αποτελέσματα. Η παθητική ευθυγράμμιση βασίζεται σε μηχανικά χαρακτηριστικά-V-αυλακώσεις, εγχάρακτες αποστάσεις πυριτίου, περιβλήματα επεξεργασμένης ακριβείας-για περιορισμό θέσης χωρίς ανάδραση σε πραγματικό-χρόνο.

Ο κλάδος κινήθηκε επιθετικά προς την παθητική ευθυγράμμιση για μείωση του κόστους. Λειτουργεί αρκετά καλά για εφαρμογές πολλαπλών λειτουργιών όπου η διάμετρος του πυρήνα παρέχει περιθώριο. Η μονή-λειτουργία απαιτεί αυστηρότερο έλεγχο. Η συσκευασία φωτονικής πυριτίου έχει ωθήσει την απαίτηση κάτω από το 1 μm, δημιουργώντας προβλήματα που η παθητική ευθυγράμμιση από μόνη της δεν μπορεί να λύσει.

Ορισμένες υβριδικές προσεγγίσεις χρησιμοποιούν παθητική προ-ευθυγράμμιση που ακολουθείται από ενεργή λεπτομέρεια-. Άλλοι χρησιμοποιούν συστήματα όρασης με μηχανική μάθηση για να προβλέψουν τη βέλτιστη θέση από μηχανικά χαρακτηριστικά. Τίποτα δεν ξεπερνά την παρακολούθηση της πραγματικής οπτικής ισχύος, αλλά οι πιέσεις απόδοσης παραγωγής αντιστέκονται σε οτιδήποτε προσθέτει χρόνο κύκλου.

 

Τι συμβαίνει όταν η ευθυγράμμιση αποτυγχάνει

 

Η υποβάθμιση του σήματος ακολουθεί ένα προβλέψιμο μοτίβο. Πρώτον, το ποσοστό σφάλματος bit αυξάνεται-ίσως όχι αρκετά για να αποτύχει, αλλά αρκετά για να ενεργοποιηθούν οι διορθώσεις FEC. Τα διαγράμματα ματιών κλείνουν κατακόρυφα καθώς πέφτει η ισχύς του δέκτη. Το Jitter αυξάνεται καθώς μειώνεται η αναλογία σήματος-προς-θόρυβο. Τελικά, ο σύνδεσμος πέφτει εντελώς ή αρχίζει να χτυπά καθώς ο θερμικός κύκλος μετακινεί την ευθυγράμμιση μέσα και έξω από το αποδεκτό εύρος.

Το απογοητευτικό μέρος: διακοπτόμενες αποτυχίες. Η ενότητα λειτουργεί το πρωί, αποτυγχάνει μετά το μεσημεριανό γεύμα, λειτουργεί ξανά τα μεσάνυχτα. Κύκλοι κλιματισμού. Το φως του ήλιου μέσα από ένα παράθυρο. Θερμότητα από παρακείμενο εξοπλισμό. Όλα δημιουργούν θερμικές κλίσεις που διαμορφώνουν την ευθυγράμμιση.

Η αντιμετώπιση προβλημάτων περιλαμβάνει τις διαγνωστικές σελίδες που κανείς δεν διαβάζει. Το DOM (Digital Optical Monitoring) αναφέρει την ισχύ Rx σε πραγματικό-χρόνο. Παρακολουθήστε το για 24 ώρες. Εάν διαφέρει κατά περισσότερο από 1-2 dB, έχετε μηχανικό πρόβλημα - όχι ελάττωμα μονάδας.

 

 

Cleaning-The Unsexy Solution

 

Το ογδόντα τοις εκατό των οπτικών βλαβών προέρχονται από μόλυνση. Όχι ελαττώματα της μονάδας. Δεν σπάει η ίνα. Βρωμιά.

Τα καθαριστικά με ένα{0}}κλικ λειτουργούν καλά για τακτική συντήρηση. Μαντηλάκια χωρίς χνούδι-με επίμονα υπολείμματα λαβής IPA. Ποτέ μην χρησιμοποιείτε κονσερβοποιημένο αέρα-τα υπολείμματα προωθητικού εναποθέτει χειρότερη μόλυνση από αυτή που αφαιρεί. Επιθεωρήστε πριν και μετά τον καθαρισμό με μια ίνα. Πάντοτε.

Το σωματίδιο σκόνης 1-μικρών που φαίνεται άσχετο καταλαμβάνει περίπου το 10% της διαμέτρου ενός πυρήνα μονής λειτουργίας. Δεν παίρνει πολλά.

 

Δόνηση και μηχανική καταπόνηση

 

Τα κέντρα δεδομένων δεν είναι ήσυχα. Οι ανεμιστήρες ψύξης δημιουργούν φάσματα δόνησης που διεγείρουν μηχανικούς συντονισμούς σε ανεπαρκώς ασφαλισμένα συγκροτήματα. Τα καλώδια υπό τάση εφαρμόζουν ροπή στις διεπαφές του συνδετήρα. Ακόμη και το περπάτημα σε υπερυψωμένο δάπεδο μεταδίδει δυνάμεις ώθησης μέσω των σχαρών καλωδίων.

Ο κλωβός του πομποδέκτη σφίγγει στο περίβλημα της μονάδας-αλλά όχι στην οπτική διεπαφή. Η πίεση του ελατηρίου συγκρατεί το δακτύλιο στο μανίκι του και οποιαδήποτε επαναλαμβανόμενη κίνηση μπορεί να απομακρύνει την ευθυγράμμιση από τη θέση του με την πάροδο του χρόνου.

Εγκαταστάσεις με οπτικά ακριβείας εγκαθιστούν απομόνωση κραδασμών. Τα κέντρα δεδομένων όχι. Βασίζονται σε στιβαρό σχεδιασμό συνδετήρων και σωστή διαχείριση καλωδίων για την ελαχιστοποίηση των εφαρμοζόμενων δυνάμεων. Όταν τα καλώδια είναι πολύ σφιχτά ή κρέμονται χωρίς στήριξη, ακολουθούν προβλήματα.

 

Κοιτάζοντας μπροστά

 

Επόμενης-γενιάς πομποδέκτες που λειτουργούν με ανοχές ευθυγράμμισης ώθησης 400G και 800G περαιτέρω. Η διαμόρφωση PAM4 δεν παρέχει επιπλέον περιθώριο-μειωμένη απόσταση συμβόλων σημαίνει ότι οποιαδήποτε υποβάθμιση στην ποιότητα του σήματος αυξάνει άμεσα τα σφάλματα bit.

Τα συσκευασμένα οπτικά συστήματα μετακινούν τον πομποδέκτη στο ίδιο το πακέτο ASIC διακόπτη, εισάγοντας νέες θερμικές προκλήσεις. Η φωτονική πυριτίου υπόσχεται ενσωμάτωση κλίμακας-wafer, αλλά η σύζευξη του φωτός από έναν κυματοδηγό σε μια ίνα εξακολουθεί να απαιτεί ευθυγράμμιση ακρίβειας micron-.

Η θεμελιώδης φυσική δεν αλλάζει. Τα φωτόνια ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές. Οι ίνες έχουν πεπερασμένη διάμετρο πυρήνα. Κάθε διεπαφή εισάγει πιθανότητες απώλειας. Η σωστή ευθυγράμμιση-στην κατασκευή, στην εγκατάσταση, κατά τη λειτουργία-παραμένει ο μοναδικός πιο σημαντικός παράγοντας στην αξιόπιστη οπτική επικοινωνία.

Αγνοήστε το με κίνδυνο.