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高精度與高功率密度齊頭并進(jìn),解鎖數據中心測試的未來(lái)藍圖

2024-06-28
作者:是德科技產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Gobinath Tamil Vanan
來(lái)源:是德科技
關(guān)鍵詞: 是德科技 數據中心測試

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摘要

為了滿(mǎn)足高速數據傳輸需求,數據中心蓬勃發(fā)展,在這個(gè)過(guò)程中光器件的作用變得越來(lái)越重要。實(shí)現電信號與光信號之間的高效轉換需要精確的測試解決方案,尤其是用于對高度集成的光器件執行測試的解決方案。盡管這些器件的測試還面臨嚴峻挑戰,但已經(jīng)有一些創(chuàng )新的解決方案能夠提高測試效率和準確度。

正文

為了滿(mǎn)足高速數據傳輸需求,數據中心蓬勃發(fā)展,在這個(gè)過(guò)程中光器件的關(guān)鍵作用日益顯現。實(shí)現電信號與光信號之間的高效轉換需要精確的測試解決方案,尤其是能夠對高度集成的光器件執行測試的解決方案。光器件能夠高效轉換電信號和光信號,在支撐現代數據中心發(fā)展過(guò)程中的作用舉足輕重。尤其是用戶(hù)對于更高速度、更小尺寸和更大數據流量的需求不斷增長(cháng),推動(dòng)了高度集成的光器件的長(cháng)足發(fā)展。這些先進(jìn)的器件將眾多功能和元器件整合在一起,有助于打造高效的小型化系統。

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測試高度集成的光器件需要用到大量高精度的偏置信號源。以圖 1 所示為例,對集成的可調諧波長(cháng)激光源執行測試,需要為激光二極管提供精密的電流源,以確穩定的保光學(xué)性能。此外,在測試過(guò)程中還需要為每個(gè)加熱器提供高精度的偏置信號源,以便精準調節半導體光放大器(SOA)的波長(cháng)。同樣,相干光收發(fā)信機也需要采用多個(gè)能夠與相位控制電極精準同步的高精度偏置信號源,以便將電信號準確轉換為光信號。

為了測試可調諧激光源和相干接收機的光功率和波長(cháng),工程師要通過(guò)非常精細的偏置掃描來(lái)完成詳細的表征。因此,他們會(huì )遇到測試時(shí)間顯著(zhù)延長(cháng)以及熱效應帶來(lái)預料之外的波長(cháng)偏移等問(wèn)題。為了解決這類(lèi)問(wèn)題,一種有效方案是盡量縮短每個(gè)掃描步驟的持續時(shí)間,實(shí)現快速掃描。

光器件測試的必要性

光器件是高速數據傳輸系統的命脈。無(wú)論是把光信號轉換成電信號的接收機,還是對數據進(jìn)行載波整形然后編碼到光載波上的調制器,這些元器件構成了現代通信網(wǎng)絡(luò )的基石。人們不懈地追求更高的數據傳輸速率,希望數據中心具有更大帶寬,這樣的需求給光器件帶來(lái)了巨大的負擔。測試這些元器件的關(guān)鍵意義在于確保它們在數據中心的動(dòng)態(tài)環(huán)境下維持可靠性、出色的性能和兼容性。

對光器件執行測試是保證元器件能夠經(jīng)受考驗實(shí)現連續運行的關(guān)鍵舉措。嚴格的測試有助于發(fā)現元器件中可能存在的弱點(diǎn)、漏洞或性能局限,以便工程師完善設計并實(shí)施改進(jìn)。隨著(zhù)數據中心架構的不斷升級以及對能效要求的進(jìn)一步提高,測試對于盡最大可能降低光器件的功耗并優(yōu)化熱特性有著(zhù)重大意義。

準確的測試還有助于驗證理論模型和仿真過(guò)程,確保這些元器件在現實(shí)場(chǎng)景中的表現與預期相符。工程師必須確信光器件能夠在各種條件下可靠地工作,完美應對溫度變化、功率波動(dòng)和信號失真等情況。

除了確保單個(gè)元器件的穩健性,測試對于提高整個(gè)系統的集成度也意義重大。通過(guò)在測試階段發(fā)現并解決兼容性、信號完整性和互操作性等問(wèn)題,能夠避免在數據中心部署的后期階段出現潛在隱患。

遵守行業(yè)標準和法規至關(guān)重要,全面的測試是滿(mǎn)足乃至超越這些基準要求的關(guān)鍵。無(wú)論標準涉及的是光功率電平、信噪比還是比特誤碼率,測試都能確保光器件符合行業(yè)制定的嚴格標準。

從本質(zhì)上講,光器件測試的重要性遠遠超過(guò)了質(zhì)量控制,成為了提高數據中心網(wǎng)絡(luò )能力一個(gè)戰略性舉措。通過(guò)對元器件執行嚴格的測試,工程師為推動(dòng)創(chuàng )新掃清了障礙,能夠進(jìn)一步提升數據中心基礎設施的效率、可靠性和整體性能,制勝未來(lái)。

光器件測試面臨的挑戰

在數據中心環(huán)境下完成復雜的光器件直流(DC)偏置測試對工程師而言存在諸多挑戰。本文旨在剖析這些挑戰,看看工程師會(huì )遇到哪些障礙。

精度要求:控制偏置電壓和電流需要的精度是一個(gè)非常大的挑戰。光器件與生俱來(lái)就對偏置變化非常敏感,要求的精度水平超出了傳統測試設備的極限。由于光器件的容差小,又具有動(dòng)態(tài)特性,因此達到并保持必要的精度頗有難度。

動(dòng)態(tài)運行條件:數據中心環(huán)境是一個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)境,溫度、功率和信號條件的波動(dòng)都是常態(tài)。在這樣的動(dòng)態(tài)運行條件下保持穩定的直流偏置相當有難度。光器件必須始終如一地可靠運行,即便在偏置電平快速變化的情況下也是如此,因此對這些元器件進(jìn)行測試就非常有必要。

調制器的非線(xiàn)性特性:調制器作為光通信系統中的關(guān)鍵元器件,其非線(xiàn)性特性會(huì )讓測試流程變復雜。傳統的測試設備可能需要幫助才能準確捕捉和再現復雜的調制特性,這樣可能會(huì )導致實(shí)際操作條件下的調制器性能評估不準確。

接收機靈敏度:光接收機負責將光信號轉換為電信號,它容易受到偏置電平變化的影響。在接收機上維持穩定、準確的偏置電平是一項非常復雜且細致的工作,因為就算是輕微的偏差也會(huì )影響信號質(zhì)量,繼而影響整個(gè)通信系統的可靠性。準確地捕捉與光對應的大電流變化也極具挑戰性。

通道密度越來(lái)越高:高度集成的光器件具有更多的測試端口和元器件,需要大量高精度電源和巨大的空間。例如,一體化可調諧激光源需要為激光二極管提供精密電流源,才能確保穩定的光性能,還需要為加熱器提供高精度的偏置信號源,以便精準調節波長(cháng)。相干光調制器也需要采用多個(gè)能夠與相位控制電極精準同步的高精度偏置信號源,以便將電信號準確轉換為光信號。

對現實(shí)世界的仿真:在實(shí)驗室環(huán)境下仿真現實(shí)場(chǎng)景非常具有挑戰性。工程師必須確保測試條件能夠準確反映數據中心運行過(guò)程中的復雜情形。這包括仿真光器件在數據中心實(shí)際運行中可能遇到的各種變化,例如負載變化和環(huán)境溫度波動(dòng)。

總之,對數據中心的光器件執行直流偏置測試面臨多重挑戰,其中包括密度、精度、動(dòng)態(tài)條件、非線(xiàn)性特性、靈敏度、高速數據傳輸需求和對真實(shí)場(chǎng)景的仿真。應對這些挑戰需要采用創(chuàng )新的方法和專(zhuān)門(mén)的設備,而源表模塊(SMU)在突破這些復雜障礙方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

對光器件展開(kāi)高精度、高功率密度的測試

為了應對數據中心環(huán)境下光器件直流偏置測試面臨的多方面挑戰,工程師將目光轉向了多功能 SMU。接下來(lái)本文會(huì )詳細探討SMU 在幫助工程師應對這些挑戰時(shí)所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

高精度和穩定性

SMU 的精妙之處在于它能精確測量偏置電壓和電流。SMU 具有超高精度,使得工程師能夠極其準確地設置和保持偏置電平。SMU 還具有卓越的穩定性,確保光器件獲得一致且可靠的偏置條件。SMU 可通過(guò)低噪聲直流信號降低引入不必要干擾的風(fēng)險,這些干擾可能會(huì )影響測試結果的準確度。

智能觸發(fā)控制

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SMU 擅長(cháng)動(dòng)態(tài)偏置控制,這是處理在動(dòng)態(tài)數據中心條件下運行的光器件時(shí)用到的一項關(guān)鍵功能。有些 SMU 還有其他功能,例如用于高速時(shí)序控制的智能觸發(fā)系統,如圖 2 所示。SMU 的動(dòng)態(tài)能力使得工程師能夠仿真偏置電平的快速變化,重建光器件在高速數據傳輸環(huán)境下面臨的真實(shí)場(chǎng)景。這不僅能確保測試的準確性,還能洞察光器件在動(dòng)態(tài)運行條件下的性能。

調制器的非線(xiàn)性特性

SMU 能管理調制器的非線(xiàn)性特性。憑借 SMU 的可編程性和高精度等優(yōu)勢,工程師能夠準確捕捉和再現調制器的調制特性。通過(guò)提供穩定、可控的偏置環(huán)境,SMU 可以深入分析調制器的性能,確保測試結果與實(shí)際預期保持一致。

接收機靈敏度

SMU 的一大優(yōu)勢是能解決接收機的靈敏度問(wèn)題,因為它們能夠進(jìn)行必要的微調控制,以便為接收機提供穩定的偏置條件。借助 SMU,工程師可以定制偏置參數來(lái)匹配光接收機的靈敏度,確保在較寬的電流范圍下和可重復測試條件下的測試精度。需要特別指出的是,即使偏置電平出現細微偏差,光接收機的性能也會(huì )受到影響,在這種情況下,SMU 的精密度就顯得尤為關(guān)鍵。

高功率密度的、緊湊的外形設計

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如圖 3 所示, 基于高通道密度對SMU 進(jìn)行外形尺寸設計,能為用戶(hù)節省寶貴的機架空間,盡可能縮小測試系統的占地面積。有些靈活的 SMU 支持混搭模塊配置,實(shí)現靈活擴展。集成了脈沖發(fā)生器和數字化儀功能的一體化SMU 解決方案,能夠減少所需測試儀器的數量,縮小系統的占地面積。SMU 在小巧的外形尺寸下提供多通道、高精度的電流偏置,以應對光器件測試面臨的挑戰。它不僅精度高,還易于集成,可以簡(jiǎn)化光器件的測試評估流程,節省大量空間,同時(shí)提高測試效率。

對現實(shí)世界的仿真

SMU 有助于在實(shí)驗室環(huán)境下對現實(shí)世界中的真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行仿真。得益于 SMU 的動(dòng)態(tài)和可編程特性,工程師可以重建真實(shí)數據中心運行下的各種條件。無(wú)論是仿真負載變化、環(huán)境溫度波動(dòng)還是其他動(dòng)態(tài)因素,SMU 都非常靈活,能確保在接近真實(shí)場(chǎng)景的條件下對光器件進(jìn)行測試。

結論

要想解決光器件直流偏置測試中遇到的各種挑戰,包括密度、精度、智能觸發(fā)控制、非線(xiàn)性特性、靈敏度、高速數據傳輸需求和對真實(shí)場(chǎng)景的仿真等難題,對于工程師而言,SMU 是一種不可或缺的利器。SMU 的多功能和高精度這兩大特性,對于在數據中心環(huán)境下可靠地測試高性能光器件起到了至關(guān)重要的作用。

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