Серия RECOM RPZ: источники питания постоянного тока для оптических модулей, монтируемые на плату

15.03.2024 |

Оптический модуль – это устройство-трансивер, которое преобразует высокоскоростные электрические сигналы данных в оптические сигналы и обратно. Такие электро-оптические системы являются ключевыми компонентами в высокоскоростных системах связи, обеспечивая передачу данных на очень большие расстояния до нескольких десятков километров с минимальной потерей сигнала или, наоборот, на гораздо более короткие расстояния в несколько метров, но с очень высокими скоростями передачи данных, сотни гигабайт в секунду, в тех случаях, когда потери и задержки из-за ёмкости и индуктивности электрических кабелей неприемлемы. Эти оптические системы связи используются во многих приложениях, включая телекоммуникации, центры обработки высокопроизводительных вычислений и высокоскоростное сетевое оборудование.

Оптические модули состоят из оптической передающей системы на основе лазерного диода, называемой TOSA (Transmitting Optical System Assembly), и приёмника высокой скорости на основе фотодиода, называемого ROSA (Receiving Optical System Assembly). TOSA преобразует электрические сигналы в оптические для передачи по оптоволокну, а ROSA преобразует входящие оптические сигналы обратно в электрические. Полнодуплексная связь возможна при подключении двух оптоволоконных коннекторов (Рисунок 1).

Рис. 1: Принцип работы оптоволоконной коммуникационной сети

Рис. 1: Принцип работы оптоволоконной коммуникационной сети

Оптические трансиверные модули имеют несколько стандартизированных форм-факторов:  Small Form-factor Pluggable (SFP), Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP), а также другие. Эти форм-факторы определяют физические и электрические характеристики модуля и позволяют обеспечить взаимозаменяемость модулей в совместимых стойках 19″. Например, размеры модуля QSFP: 8,5 мм в высоту, 18,35 мм в ширину и 72,4 мм в длину. Внутри этого компактного модуля расположены оптоволоконные коннекторы, драйвер лазерного диода, усилитель фотодиода, цифровой сигнальный процессор, коннектор данных и встроенные источники питания.

 Рис. 2: Пример оптического модуля


Рис. 2: Пример оптического модуля

По мере увеличения требуемых скоростей передачи данных от десятков до сотен гигабит в секунду, оптическая производительность лазерного диода и фотодиода становятся критическими ограничивающими факторами, поэтому ROSA и TOSA должны иметь регулируемые источники питания смещения для ускорения времени реакции до 50 пс или меньше, дополнительно усложняя систему питания.

Более того, оптические свойства лазерного диода сильно зависят от температуры: если температура изменяется более чем на ±0,1°C, длина волны выходного света будет дрейфовать, что может негативно сказаться на производительности лазерного диода. Один из способов поддержания постоянной температуры лазерного диода – использовать активный элемент Пельтье для термоэлектрического охлаждения (TEC).

Рис. 3: Пример схемы питания оптического модуля

Рис. 3: Пример схемы питания оптического модуля

Схема питания внутреннего источника питания становится сложной, требуя нескольких DC/DC преобразователей, чтобы обеспечить разные значения напряжения (Рисунок 3).

Преобразователи постоянного тока (DC/DC) вместо линейных стабилизаторов с низким падением напряжения (LDO) необходимы из-за высоких требований к эффективности и для минимизации самонагрева из-за внутренних потерь мощности. Компактный формат оптического модуля также означает, что высота преобразователей должна быть такой же или меньше, чем у других интегральных микросхем на плате. На практике это означает ограничение высоты преобразователя до 2 мм или менее. И, конечно же, размеры преобразователей также должны быть как можно меньше, поскольку печатная плата ограничена по ширине и длине. И последнее ограничение – напряжение питания всего 3,3 В постоянного тока. Большинство компактных DC/DC модулей с интегрированными катушками индуктивности и высокими выходными токами разработаны для работы от более высокого напряжения питания 5 или 12 В постоянного тока (4-16 В постоянного тока).

Для удовлетворения всех этих требований компания RECOM выпустила серию миниатюрных DC/DC преобразователей RPZ. Модуль питания RPZ-6.0 представляет собой SMD-модуль питания в корпусе QFN размером 4 мм х 6 мм х 1,6 мм, работающий от входного напряжения постоянного тока 2,75–7 В и выдающий регулируемое выходное напряжение постоянного тока от 0,6 до 6,65 В при токе до 6 А с КПД 90%. В модуле питания RPZ интегрирована защищенная катушка индуктивности, поэтому для создания полного источника питания требуются только внешние конденсаторы и установочные резисторы.

Модуль питания RPZ-3.0A еще меньше: 2,5 х 3,5 мм и высотой 1,6 мм. Он способен выдавать до 3 А с регулируемым выходным напряжением от 0,6 до 5,5 В постоянного тока. Наконец, модуль RPZ-1.0 может выдавать 1 А с регулируемым выходным напряжением от 0,6 до 5,25 В постоянного тока в крошечном корпусе размером 2 х 2 мм (такого же размера, как у линейного стабилизатора, но с намного большей эффективностью). Все модули RPZ защищены от короткого замыкания.

Полная схема питания оптического модуля с соответствующими разъемами показана на рисунке 4. Для размещения модулей питания печатной платы достаточно зазора 1,6 мм до корпуса.

 Рис. 4: Схема питания оптического модуля с разъемами и размерами

Рис. 4: Схема питания оптического модуля с разъемами и размерами

Ниже приведено краткое описание всех характеристик серии RPZ:

Серия

Входное напряжение

Выходное напряжение

Входной ток

КПД

RPZ-0.5 2.3 – 5.5V DC 0.6 – 5.375V DC 0.5A 88%
RPZ-1.0 2.3 – 5.5V DC 0.6 – 5.25V DC 1A 88%
RPZ-2.0 2.75 – 6.0V DC 0.6 – 5.74V DC 2A 90%
RPZ-3.0A 2.75 – 6.0V DC 0.6 – 5.5V DC 3A 92%
RPZ-6.0 2.75 – 7.0V DC 0.6 – 6.65V DC 6A 90%

Все модули питания RPZ используют схему управления тока постоянного времени (COT), которая устраняет необходимость в сети компенсации обратной связи и обеспечивает ультра-быстрое регулирование нагрузки к транзиентам и очень низкий покойный ток. Это, в сочетании с защитой от короткого замыкания, защитой от перегрузки, защитой от перегрева и блокировкой по напряжению ниже порога, делает их идеальными для питания как цифровых сигнальных процессоров, так и нагрузок аналоговых усилителей с высокой точностью.

Как уже упоминалось ранее, стандартное напряжение питания для оптических модулей составляет 3,3 В. Это низкое выходное напряжение редко встречается в высокомощных преобразователях AC/DC, поэтому для основного 3,3-вольтового шины питания требуется высокотоковый преобразователь постоянного тока. RECOM также производит RPMGS5.0-20, преобразователь постоянного тока открытой конструкции с габаритами 34 x 37 мм), который обеспечивает 20 А при 3,3 В постоянного тока от источника питания от 18-75 В постоянного тока, что позволяет использовать промышленные входы 24 В, 48 В или PoE, или использовать экономически эффективные универсальные источники питания AC/DC с универсальным входом, такие как RACM90E-48SK с встроенным фильтром класса В для ЭМП в компактном исполнении 2”х4”.

Вы можете приобрести преобразователи серии RECOM RPZ в интернет-магазине VD MAIS. Более подробную информацию о преобразователях RECOM можно получить у менеджеров VD MAIS или на сайте производителя.