Серія RECOM RPZ: джерела живлення постійного струму для оптичних модулів, що монтуються на плату

15.03.2024 |

Оптичний модуль – це пристрій-трансивер, що перетворює високошвидкісні електричні сигнали даних в оптичні сигнали і навпаки. Такі електро-оптичні системи є ключовими компонентами у високошвидкісних системах зв’язку, забезпечуючи передачу даних на великі відстані до кількох десятків кілометрів з мінімальною втратою сигналу або, навпаки, на набагато коротші відстані в декілька метрів, але з дуже високими швидкостями передачі даних, сотні гігабайтів на секунду, у випадках, коли втрати та затримки через ємність та індуктивність електричних кабелів є неприйнятними. Ці оптичні системи зв’язку використовуються в багатьох застосунках, включаючи телекомунікації, центри обробки високопродуктивних обчислень та високошвидкісне мережеве обладнання.

Оптичні модулі складаються з оптичної передавальної системи на основі лазерного діода, що називається TOSA (Transmitting Optical System Assembly), та приймача високої швидкості на основі фотодіода, що називається ROSA (Receiving Optical System Assembly). TOSA перетворює електричні сигнали в оптичні для передачі через оптичний кабель, а ROSA перетворює вхідні оптичні сигнали назад в електричні. Повнодуплексний зв’язок можливий при підключенні двох оптоволоконних коннекторів (Малюнок 1).

Принцип роботи оптоволоконної комунікаційної мережі

Мал. 1: Принцип роботи оптоволоконної комунікаційної мережі

Оптичні трансиверні модулі мають кілька стандартизованих форм-факторів: Small Form-factor Pluggable (SFP), Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP), а також інші. Ці форм-фактори визначають фізичні та електричні характеристики модуля і забезпечують взаємозамінність модулів у сумісних стійках 19″. Наприклад, розміри модуля QSFP: 8,5 мм в висоту, 18,35 мм в ширину і 72,4 мм в довжину. Усередині цього компактного модуля розташовані оптичні коннектори, драйвер лазерного діода, посилювач фотодіода, цифровий сигнальний процесор, коннектор даних та вбудовані джерела живлення.

Приклад оптичного модуля

Мал. 2. Приклад оптичного модуля

При збільшенні потрібних швидкостей передачі даних від десятків до сотень гігабайт в секунду оптична продуктивність лазерного діода та фотодіода стають критичними обмежуючими факторами, тому ROSA і TOSA потрібні регульовані джерела живлення зміщення для прискорення часу реакції до 50 пс або менше, що додатково ускладнює систему живлення.

Більше того, оптичні властивості лазерного діода сильно залежать від температури: якщо температура змінюється більше ніж на ±0,1°C, довжина хвилі вихідного світла буде дрейфувати, що може негативно позначитися на продуктивності лазерного діода. Один із способів підтримання постійної температури лазерного діода – використання активного елемента Пельтьє для термоелектричного охолодження (TEC).

Приклад схеми живлення оптичного модуля

Мал. 3. Приклад схеми живлення оптичного модуля

Схема живлення внутрішнього джерела живлення стає складною і вимагає кількох DC/DC-перетворювачів для забезпечення різних значень напруги (Малюнок 3).

Модулі постійного струму (DC/DC) замість лінійних стабілізаторів з низьким втратами напруги (LDO) потрібні через високі вимоги до ефективності та для мінімізації самонагріву через внутрішні втрати потужності. Компактний формат оптичного модуля також означає, що висота DC/DC-перетворювачів повинна бути такою ж або меншою, ніж в інших ІС на платі. На практиці це означає обмеження висоти перетворювача до 2 мм або менше. І, звичайно ж, розміри перетворювачів також повинні бути якомога меншими, оскільки плата обмежена по ширині і довжині. І останнє обмеження – напруга живлення всього 3,3 В постійного струму. Більшість компактних модулів DC/DC з інтегрованими індуктивностями та високими вихідними струмами розроблені для роботи від вищої напруги живлення 5 або 12 В постійного струму (4-16 В постійного струму).

Щоб задовольнити ці специфічні вимоги, компанія RECOM випустила серію мініатюрних модулів DC/DC-перетворення RPZ. Модуль живлення RPZ-6.0 – це SMD-модуль живлення у корпусі QFN розміром 4 мм х 6 мм х 1,6 мм, що працює від вхідної напруги постійного струму 2,75–7 В і видає регульовану вихідну напругу постійного струму від 0,6 до 6,65 В при струмі до 6 А з ККД 90%. У модулі живлення RPZ інтегрована захищена котушка індуктивності, тому для створення повного джерела живлення потрібні лише зовнішні конденсатори і установочні резистори.

Модуль живлення RPZ-3.0A ще менший: 2,5 х 3,5 мм і висотою 1,6 мм. Він може видавати до 3 А з регульованою вихідною напругою від 0,6 до 5,5 В постійного струму. Нарешті, модуль RPZ-1.0 може видавати 1 А з регульованою вихідною напругою від 0,6 до 5,25 В постійного струму у крихітному корпусі розміром 2 х 2 мм (такого ж розміру, як у лінійного стабілізатора, але з набагато більшою ефективністю). Всі модулі RPZ захищені від короткого замикання.

Повна схема живлення оптичного модуля з відповідними роз’ємами показана на малюнку 4. Для розміщення модулів живлення плата потребує лише зазору 1,6 мм до корпусу.

Схема живлення оптичного модуля з роз'ємами і розмірами

Мал. 4. Схема живлення оптичного модуля з роз’ємами і розмірами

Нижче наведений короткий опис всіх характеристик серії RPZ:

Серія

Вхідна напруга

Вихідна напруга

Вхідний струм

ККД

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%

Всі модулі живлення RPZ використовують схему управління струмом постійного часу (COT), що усуває потребу в компенсаційній мережі зворотного зв’язку і забезпечує ультрашвидке регулювання навантаження на переходах і дуже низький покійний струм. Це, разом із захистом від короткого замикання, перевантаження, перегріву і блокуванням за нижньою межею напруги, робить їх ідеальними для живлення як цифрових сигнальних процесорів, так і вимірювачів аналогових сигналів з високою точністю.

Як вже згадувалося раніше, стандартна напруга живлення для оптичних модулів складає 3,3 В. Така низька вихідна напруга рідко зустрічається в потужних перетворювачах AC/DC, тому для основної 3,3-вольтової шини живлення потрібний високотоковий перетворювач постійного струму. Крім того, компанія RECOM виготовляє RPMGS5.0-20, перетворювач постійного струму відкритої конструкції розмірами 34 х 37 мм, який забезпечує 20 А при 3,3 В постійного струму від джерела живлення від 18-75 В постійного струму, що дозволяє використовувати промислові входи 24 В, 48 В або PoE, а також економічно ефективні універсальні джерела живлення AC/DC з універсальним входом, такі як RACM90E-48SK з вбудованим фільтром класу В для ЕМП у компактному виконанні 2”х4”.

Придбати перетворювачі серії RECOM RPZ ви можете в інтернет-магазині VD MAIS. Детальну інформацію про преобразувачі RECOM можна отримати від менеджерів VD MAIS або на веб-сайті виробника.