如何讓光模塊滿足工業級溫度標準？（附案例）

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

工作溫度作為光模塊最重要的參數之一，它能影響光模塊的其他各項參數。當光模塊應用的環境溫度發生變化時，其工作電流等其他參數也會隨之發生變化，從而影響它的正常傳輸，擴展級和工業級光模塊便是針對這一問題而研發的產品。

普通光模塊多為商業級（C-Temp），正常工作溫度為0～+70℃；擴展級（E-Temp）為-20℃～+85℃；而工業級（I-Temp）的工作溫度為-40℃～+85℃，可在超高或超低溫下的惡劣環境中工作。除此之外，工業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計，以保證模塊的使用壽命。

光模塊不同溫度等級的區別芯片承受溫度不同

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

測試方式不同

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

價格不同

由于工業級光模塊進行了物理降溫和溫度補償，導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相同的情況下，工業級光模塊的價格往往比商業級光模塊的價格貴，如下表所示（價格來源網絡，僅供參考）：

應用場景不同

商業級光模塊：是市場上最常見的、應用最廣泛的產品，一般應用于企業網、數據中心、機房等網絡環境中；

擴展級光模塊：是應用相對較惡劣的環境中，工作溫差很大，比如野外偏遠山區、隧道等；

工業級光模塊比擴展級可承受溫度更低， 工業級光模塊一般與工業級以太網交換機搭配使用，應用于工廠自動化、鐵路和智能交通系統（ITS）、電力設施變電站、海洋、石油、天然氣、采礦等行業的工業以太網應用場景中，工業級光模塊可滿足在惡劣的工作環境中持久穩定傳輸。

如何讓光模塊滿足工業級溫度標準？硬件達標

工業級光模塊所使用的芯片及激光器必須采用達到工業級溫度等級的產品，且在進行測試的時候需要進行高溫加熱。

溫度補償

當工業級光模塊在零下的低溫中進行運作時，為了保證光模塊有穩定的****功率，必須對其進行溫度補償來保證其在低溫下的正常運作。

物理降溫

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

舉例：易飛揚完整的工業級溫控設計方案工業級關鍵芯片選型

• 芯片選型需要滿足工業級溫度需求；

• 25G LD芯片是AFCD-V61XT/BROADCOM，工業級VCSEL；

• 100G LD芯片是AFCD-V64XT/BROADCOM，工業級VCSEL。

工業級光器件設計

• 光器件設計滿足工業級工作環境，保障高低溫極端條件下光功率平穩；

• COB方案底部采用嵌銅方案，散熱效果更好；

• 添加加熱電阻設計，為滿足低溫-40℃工作。

工業級結構設計

• 光模塊內部結構都是按最優的散熱設計，通過熱設計模擬保障；

• 內部使用相對較大的硅膠散熱片；

• 工業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，導致散熱效果變差。

工業級軟件溫度補償

• 激光器的特性之一是出光功率隨著溫度的變化而變化，優秀的寬溫補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，因而在設計模塊電路時，必須采用溫度監控系統來實時監控和對各種參數進行補償，以保證光模塊的消光比和發光功率穩定性，確保光通信系統正常運行。

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

工業級生產工藝設計

• 工業級光模塊批量轉產PVT驗證良率：

• 產品滿足90%以上的良率，則定義該BOM為工業級產品；

• 工業熱仿真設計，按照最新布局及散熱方案評估現在散熱方案是否滿足要求

工業級光模塊和商業級光模塊如何選擇

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

實際應用案例愛立信基帶系統互聯應用需求

基帶產品互聯是一個比較復雜的工業應用場景，環境溫度在-40℃～+85℃，且可能是高濕、高鹽、高濃霧的外部環境，因此要求氣密性和溫度的完整結合。

除了外在環境的要求，愛立信基帶系統也要求能靈活組網節省資源，設計了基帶板卡100轉4×25G互聯，因此對100G MPO接口的基帶板卡與其它單25G基帶板卡互聯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計。

選用產品：易飛揚100G HAOC

易飛揚的100G QSFP28轉4×25G SFP28 HAOC是一款工業級的緊固型有源光纜，專為5G Open RAN的前傳應用而設計，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100米（OM4）。

愛立信中國是世界聞名的移動通信設備制造商，對所有產品技術指標要求極為苛刻。本次愛立信中國研發中心對多個工業級光模塊廠家進行工業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品革新的一種態度，對工匠精神的一種追求。