ترمیستور NTC برای ارتباطات نوری

X-Meritan ترمیستور NTC را برای ارتباطات نوری تولید می کند که برای سنجش دما در فرستنده گیرنده های نوری از جمله فاکتورهای فرم SFP، QSFP و CFP استفاده می شود. این قطعات در نزدیکی دیود لیزر یا در داخل حلقه کنترل TEC قرار می گیرند تا بازخورد دمایی را در زمان واقعی ارائه دهند. مقدار مقاومت به طور قابل پیش‌بینی با دما تغییر می‌کند و به مدار کنترل اجازه می‌دهد نقطه عملکرد لیزر را ثابت نگه دارد.

نظارت دقیق دما در ماژول های نوری یک ویژگی راحت نیست. برای بسیاری از لیزرهای DFB، طول موج لیزر تقریباً 0.1 نانومتر بر درجه سانتیگراد تغییر می کند. تغییر دمای چند درجه ای می تواند خروجی را به خارج از پنجره کانال قابل قبول در سیستم های DWDM منتقل کند. ترمیستور NTC برای ارتباطات نوری سیگنال بازخوردی را ارائه می دهد که درایور TEC برای اصلاح این دریفت استفاده می کند.

نحوه عملکرد ترمیستور NTC در یک ماژول نوری

ترمیستور NTC برای ارتباطات نوری معمولاً به همان زیرپایه دیود لیزر متصل می‌شود یا به سمت سرد TEC متصل می‌شود. با تغییر دمای لیزر، مقاومت ترمیستور مطابق با یک منحنی غیرخطی که با مقدار R25 و ثابت B تعریف می‌شود، تغییر می‌کند. مدار کنترل این مقاومت را اندازه گیری می کند، آن را به یک مقدار دما تبدیل می کند و جریان TEC را تنظیم می کند تا لیزر را به دمای مورد نظر برگرداند.

رابطه بین مقاومت و دما از معادله استاندارد پیروی می کند:

R(T) = R25 × exp[B × (1/T - 1/298.15)]

جایی که T بر حسب کلوین و B ثابت مادی است. برای کاربردهای ماژول نوری، مقادیر B25/50 بین 3380 K و 3950 K رایج هستند. انتخاب به محدوده دمای عملیاتی مورد انتظار و وضوح مورد نیاز مدار کنترل بستگی دارد.

پارامترهای فنی

جدول زیر پیکربندی های استاندارد موجود از X-Meritan را فهرست می کند. مقادیر سفارشی برای پروژه های حجمی امکان پذیر است.

تمام مقادیر در تولید تأیید می شود. یک گزارش آزمایش کامل با اندازه گیری مقاومت و مقدار B را می توان برای هر دسته ارائه کرد.

نکته مهم در مورد گرمایش خودکار: جریان اندازه‌گیری از طریق NTC باید به اندازه‌ای کم باشد که توان تلف شده در ترمیستور دمای آن را بیش از ۰.۱ درجه سانتی‌گراد افزایش ندهد. برای یک NTC 10 کیلو اهم با ضریب اتلاف 1.5 mW/°C، این بدان معناست که جریان اندازه‌گیری باید کمتر از 120 µA بماند. بیش از حد این باعث می شود که ترمیستور دمایی بالاتر از دمای واقعی لیزر را بخواند، که می تواند منجر به خنک شدن بیش از حد حلقه کنترل شود.

طراحی فیزیکی و نصب

X-Meritan ترمیستور NTC را برای ارتباطات نوری به شکل تراشه خالی، با الکترودهای طلا یا نقره، مناسب برای اتصال سیم یا لحیم کاری روی پایه‌های سرامیکی ارائه می‌کند. ابعاد تراشه معمولاً در محدوده 0.5 میلی متر × 0.5 میلی متر تا 1.0 میلی متر × 1.0 میلی متر با ضخامت 0.2 میلی متر تا 0.5 میلی متر است. این ردپای کوچک اجازه می دهد تا مستقیماً در مجاورت دیود لیزر بدون تداخل با مسیر نوری قرار گیرد.

برای مشتریانی که یک قطعه از پیش نصب شده را ترجیح می دهند، تراشه را می توان روی یک حامل کوچک آلومینا یا نیترید آلومینیوم با سیم های سربی مونتاژ کرد. این نسخه در خطوط مونتاژ دستی راحت تر است و فرآیند اتصال را ساده می کند.

سطح الکترود برای اتصال سیم طلا یا لحیم کاری PbSn/AuSn طراحی شده است. متالیزاسیون خاص بر اساس فرآیند مونتاژ مشتری انتخاب می شود. ما برگه های داده با پارامترهای پیوند توصیه شده برای هر نوع الکترود ارائه می دهیم.

زمان پاسخ و کوپلینگ حرارتی

ثابت زمان حرارتی یک NTC تراشه لخت معمولاً زمانی که با یک لایه نازک از چسب حرارتی یا لحیم کاری نصب می‌شود کمتر از 1 ثانیه است. در هوای ساکن، بدون نصب، ثابت زمانی بالاتر است. برای کاربردهای ماژول نوری، NTC باید از نظر حرارتی به همان سطح دیود لیزر یا صفحه سرد TEC کوپل شود. یک خط چسب ضخیم یا شکاف هوا پاسخ را کند می کند و یک تغییر دما بین سنسور و لیزر ایجاد می کند.

توصیه می کنیم تراشه NTC را با یک چسب رسانای حرارتی یا پیش فرم لحیم کاری نصب کنید. ضخامت لایه اتصال باید کمتر از 25 میکرومتر کنترل شود. این تضمین می‌کند که NTC دمای لیزر را با حداقل تأخیر ردیابی می‌کند، که برای حلقه‌های کنترل TEC که با نرخ‌های به‌روزرسانی بالای 10 هرتز کار می‌کنند، حیاتی است.

ثبات و رانش بلند مدت

ترمیستور NTC برای ارتباطات نوری می‌تواند در طول زمان، به ویژه هنگامی که در دماهای بالا کار می‌کند، مقاومت کمی از خود نشان دهد. فرمول مواد و غیرفعال سازی الکترود ما این رانش را به سطحی کاهش می دهد که بر عملکرد ماژول نوری در طول عمر کاری 10 ساله معمولی تأثیر نمی گذارد. جدول زیر رانش مورد انتظار را تحت شرایط مختلف ذخیره سازی، بر اساس تست قابلیت اطمینان داخلی نشان می دهد.

این مقادیر بر اساس تست تسریع شده هستند و تضمینی نیستند. رانش واقعی به تنش نصب، رطوبت و جریان عملیاتی بستگی دارد. ما می توانیم یک گزارش قابلیت اطمینان دقیق برای پروژه های واجد شرایط ارائه دهیم.

تولید و کنترل کیفیت

تراشه های NTC در تاسیسات خودمان با استفاده از تکنیک های پردازش سرامیکی تولید می شوند. جریان تولید شامل آماده سازی پودر، ریخته گری نواری، چاپ الکترود، تف جوشی، قطعه قطعه کردن، و آزمایش الکتریکی نهایی است. ما ترکیب مواد را در داخل کنترل می کنیم، که امکان تنظیم مقدار B و ویژگی های مقاومت را فراهم می کند.

هر دسته برای موارد زیر آزمایش می شود:

● مقاومت در 25 درجه سانتی گراد با استفاده از حمام با دمای ثابت دقیق

● مقدار B از اندازه گیری مقاومت در 25 درجه سانتی گراد و 50 درجه سانتی گراد محاسبه می شود

● بازرسی بصری تحت بزرگنمایی

● مقاومت عایق

● سیکل حرارتی اختیاری به ازای درخواست مشتری

داده های آزمایشی بایگانی می شوند و می توانند با هر محموله در دسترس باشند. ما همچنین از روش های بازرسی ورودی ویژه مشتری پشتیبانی می کنیم.

راهنمای انتخاب

برای انتخاب ترمیستور NTC مناسب برای ماژول نوری خود، فاکتورهای زیر را در نظر بگیرید:

1. مقدار R25

مقادیر رایج 10 کیلو اهم و 100 کیلو اهم هستند. مقادیر مقاومت کمتر جریان اندازه گیری بیشتری را می کشند اما حساسیت کمتری به نویز دارند. مقادیر مقاومت بالاتر با مدارهای ساده ADC آسان تر اندازه گیری می شوند. انتخاب اغلب به آی سی کنترلر TEC مورد استفاده در ماژول بستگی دارد. بسیاری از تراشه‌های درایور لیزر و کنترل‌کننده TEC برای محدوده مقاومت NTC خاص، معمولاً 10 کیلو اهم یا 50 کیلو اهم بهینه‌سازی شده‌اند.

2. ارزش B

مقدار B تعیین می کند که مقاومت در هر درجه چقدر تغییر می کند. مقدار B بالاتر، تغییر مقاومت بیشتری را در هر درجه ایجاد می کند، که می تواند وضوح دما را بهبود بخشد. با این حال، یک مقدار B بسیار بالا همچنین به این معنی است که مقاومت در دماهای پایین بسیار زیاد می شود، که ممکن است از محدوده ورودی مدار اندازه گیری فراتر رود. B25/50 = 3435 K یک مصالحه رایج برای ماژول های نوری است که از -10 درجه سانتیگراد تا +75 درجه سانتیگراد کار می کنند.

3. مدارا

تحمل مقاومت و تحمل مقدار B مستقیماً بر دقت اندازه گیری دما تأثیر می گذارد. تحمل مقاومت ± 1% همراه با تلورانس مقدار B ± 1% منجر به خطای دمای اولیه تقریباً ± 0.3 درجه سانتیگراد در 25 درجه سانتیگراد می شود. برای کاربردهای DWDM که پایداری طول موج باید در محدوده ± 0.01 نانومتر باشد، این خطا ممکن است خیلی بزرگ باشد. یک مرحله کالیبراسیون در سفت‌افزار ماژول می‌تواند تحمل اولیه را جبران کند، اما تلورانس باید به اندازه‌ای محکم باشد که کالیبراسیون در محدوده عملیاتی معتبر باقی بماند.

4. بسته بندی و پیوند

NTC باید در فضای موجود در داخل ماژول نوری قرار گیرد. تراشه‌های لخت کوچک‌ترین ردپایی را ارائه می‌دهند، اما به تجهیزات اتصال سیم یا قالب نیاز دارند. تراشه های از پیش نصب شده روی حامل های سرامیکی مونتاژ را ساده می کند اما ارتفاع را افزایش می دهد. ما می توانیم هر دو گزینه را ارائه دهیم و در مورد بهترین انتخاب برای خط تولید شما مشاوره دهیم.

5. خود گرمایشی

جریان اندازه گیری باید کم نگه داشته شود. برای یک NTC 10 کیلو اهم با ضریب اتلاف 1.5 mW/°C، حداکثر جریان اندازه گیری برای 0.1 درجه سانتی گراد خود گرمایش تقریباً 120 µA است. اگر کنترلر TEC شما از جریان بالاتری استفاده می کند، یک NTC با مقاومت کمتر یا یک تراشه بزرگتر با ضریب اتلاف بالاتر در نظر بگیرید.

اگر مطمئن نیستید که کدام پارامتر را انتخاب کنید، شماره قطعه کنترلر TEC و محدوده دمایی مورد نظر خود را ارائه دهید. ما می توانیم یک پیکربندی NTC سازگار را توصیه کنیم.

برنامه های کاربردی معمولی

فرستنده و گیرنده نوری SFP و QSFP

ترمیستورهای NTC در داخل ماژول برای نظارت بر دمای لیزر استفاده می شوند. سیگنال به کنترلر TEC تغذیه می کند، که لیزر را در دمای ثابت، معمولاً 25 درجه سانتیگراد یا 45 درجه سانتیگراد بسته به طراحی لیزر، حفظ می کند.

DWDM و ماژول های منسجم

برای لیزرهای با عرض خط باریک و طول موج پایدار، دقت NTC بسیار مهم است. حلقه کنترل باید دما را در ± 0.1 درجه سانتیگراد نگه دارد تا طول موج را در شبکه کانال مشخص شده نگه دارد.

زیرپایه های دیود لیزری

در بسته‌های دیود لیزری لخت، NTC به همان تراشه لیزری متصل می‌شود. این حسگر مستقیم دما را بدون جرم حرارتی اضافی فراهم می کند.

ایستگاه های پایه مخابراتی و تجهیزات فضای باز

ترمیستورهای NTC همچنین در مدارهای نظارت بر دما تقویت کننده ها و فرستنده های نوری در فضای باز استفاده می شوند، جایی که نوسانات دمای محیط می تواند زیاد باشد.

سوالات متداول

س: تفاوت بین ارزش R25 و B چیست؟

A: R25 مقاومت در 25 درجه سانتیگراد است. مقدار B چگونگی تغییر مقاومت با دما را توصیف می کند. هر دو پارامتر برای محاسبه مقاومت در هر دمای دیگری مورد نیاز است. مقدار B بالاتر به این معنی است که مقاومت برای یک تغییر دما بیشتر تغییر می کند.

س: چگونه مقاومت را در سیستم عامل خود به دما تبدیل کنم؟

پاسخ: ساده ترین روش استفاده از جدول جستجوی تولید شده از مقادیر R25 و B با استفاده از معادله Steinhart-Hart یا معادله B ساده شده است. بسیاری از آی سی های کنترل کننده TEC دارای الگوریتم های تبدیل داخلی هستند. ما می توانیم جدول ضریب را برای NTC خاص شما ارائه دهیم.

س: آیا می توانم از یک NTC با تحمل 5% در ماژول DWDM استفاده کنم؟

A: این بستگی به روش کالیبراسیون شما دارد. تحمل مقاومت ± 5% همراه با تحمل ± 1% B منجر به خطای دمایی بیش از 1± درجه سانتیگراد قبل از کالیبراسیون می شود. اگر خط تولید شما یک بار کالیبراسیون را در دمای مشخصی انجام دهد، آفست اولیه را می توان حذف کرد. اما تلرانس B همچنان بر دقت شیب تأثیر می گذارد. برای DWDM، حداقل مقاومت 1% و مقدار B ± 0.5% را توصیه می کنیم.

س: اگر جریان اندازه گیری فقط چند صد میکروآمپر باشد، چرا خود گرمایش اهمیت دارد؟

پاسخ: حتی جریان های کوچک می توانند ترمیستور را بالاتر از دمای اطراف گرم کنند. یک جریان 100 µA از طریق یک NTC 10 کیلو اهم، 0.1 میلی‌وات را از بین می‌برد. با ضریب اتلاف 1.5 mW/°C، این باعث افزایش دمای 0.067 درجه سانتی گراد می شود. در یک ماژول لیزری به شدت کنترل شده، این افست می تواند قابل توجه باشد. مدار اندازه گیری باید از کمترین جریان عملی استفاده کند.

س: آیا مقادیر B سفارشی یا مقادیر مقاومت را ارائه می دهید؟

ج: بله. ما می‌توانیم ترکیب مواد را برای دستیابی به مقادیر B سفارشی در محدوده 3000 K تا 4500 K تنظیم کنیم، و می‌توانیم مقادیر مقاومت خاص را با تلرانس‌های محدود بررسی کنیم. حداقل مقادیر سفارش اعمال می شود.

س: آیا می توان NTC را مستقیماً روی تراشه لیزری نصب کرد؟

پاسخ: معمولاً نه. NTC در قسمت سرد زیر یا TEC نصب شده است، نه روی صفحه لیزر. تماس مستقیم با تراشه لیزری می تواند مشکلات الکتریکی یا مشکلات جرم حرارتی ایجاد کند. توصیه می کنیم NTC را تا حد امکان نزدیک به لیزر اما ایزوله الکتریکی نصب کنید.

تماس و پشتیبانی مهندسی

برای درخواست نمونه یا توصیه دقیق، لطفا موارد زیر را ارائه دهید:

● شماره قطعه کنترل کننده TEC یا جریان اندازه گیری

● دمای لیزر هدف

● دقت دمای مورد نیاز

● فضای موجود برای NTC

● روش مونتاژ (پیوند سیم، لحیم کاری، اپوکسی)

● حجم مورد انتظار سالانه

ما ظرف یک روز کاری پاسخ می دهیم و می توانیم نمونه هایی را برای ارزیابی ارائه دهیم.