高速光通信用モジュールの設計
はじめに
COVID-19の現実を見ていく中で、対面でのやり取りは一般的ではなくなりました。このため、無数の新しいテクノロジーを取り入れたデジタル化と情報化の最新の波の中で、インターネットへのアクセスは、正確でリアルタイムな社会化とコミュニケーションに不可欠な手段になりました。
光通信は、光の形で信号を送信します。これらの信号は、情報化時代全体のネットワークの骨格を構築し、サーバーをデータセンターに拡張して、大都市エリアでのネットワークのバックボーンを形成するために使用されてきました。このプロセスで、超広帯域・高速光通信のF5Gギガビット時代へと突入しました。
超高F5G帯域幅をもった全ての光接続の最終的な目標は、伝送速度の向上です。光通信ネットワークの基盤である光モジュールは、より高密度の電力、統合、および効率変換の向上が求められるという設計上の課題に直面しています。
MPSは、高速光モジュール用電源ソリューションの設計要件を満たす、高効率と低リップル特性を備えたコンパクトで包括的なソリューションを提供します。これらの製品には、降圧および昇降圧変換パワーモジュール (統合インダクタ)、ネガティブチャージポンプ、熱電クーラー (TEC) コントローラ、およびソフトスタート付きロードスイッチが含まれます。
図1は、MPSの光モジュール用ソリューションの概要です。
図1 : MPS光モジュール用ソリューション
インダクタを統合したMPM電源モジュールシリーズ
MPSは、インダクタを統合したパワーモジュール製品で長年の経験を蓄積しており、業界をリードする高電力密度の電源モジュール用ソリューションを提供しています。
データ通信および光ファイバーの基幹インフラで広く使用されている400G / 200G / 100Gの光モジュールの場合、MPSは、ディスクリート部品用ソリューションと比較してサイズが小さく効率が向上した5V電源モジュール用ソリューションを提供し、最適化と製品のイテレーションを促進します。
MPM38x4C : 5V、低電圧、低電流シリーズ
MPSは、MPM3814C、MPM3824C、およびMPM3834Cにより、ピン互換の1Aから3Aのスモールフォームファクタ用ソリューションを提供します。図2は、これらのデバイスの概要を示します。
図2 : MPM38x4Cシリーズの紹介
MPM3860 : 6A、完全統合型シングルチャネルモジュール
MPM3860は、低電圧、高効率、6Aのシングルチャネル電源モジュール用ソリューションです。これは、QFN-24 (4mm x 6mm) パッケージで提供されます (図3参照)。
図3 : MPM3860の紹介
MPM4710 : 小型パッケージの昇降圧電源モジュール
小型のECLGA-14 (2.5mm x 2.5mm x 1.2mm) パッケージの昇降圧電源モジュール用ソリューションである、MPM4710は、優れた出力電圧リップルと入力サージ性能を発揮します (図4参照)。MPM4710は、トランス・コンダクタンス・アンプ (TIA) 電源用ソリューションに最適です。
図4 : MPM4710の紹介
レーザーダイオード
レーザーダイオードは、光モジュール内で電気信号を光信号に変換します。一般的に使用されるレーザーダイオードは、発光の種類に応じて、面発光とエッジ発光に分類されます。面発光レーザーは、通常、垂直共振器面発光レーザー (VCSEL) です。エッジ発光レーザーには多くの種類があります。最も広く使用されているのは、分散フィードバック (DFB) レーザーと電気吸収変調レーザー (EML) です。これら3つのレーザーダイオードについて、以下で詳しく説明します。
VCSELには、消費電力、温度ドリフト、コスト、統合、および熱放散の点で一定のメリットがあります。ただし、実際に使用されるアプリケーションでのVCSELは850nm / 980nmの波長幅に集中しているため、このレーザーは、高速データ伝送の短距離データセンターやアクセスネットワークに適しています。
VCSELと比較して、DFBレーザーは波長が長く、中・長距離の伝送に広く使用されているため、伝送ネットワーク、無線基地局、およびデータセンターの相互接続に最適です。DFBレーザーは、直接変調レーザー (DML) と考えることができ、信号の0/1変調が電流を制御して、レーザーの出力強度を調整します。変調電流が変化するため、レーザーはより明らかに周波数が変動するチャープ信号があるため、より広いパルスと信号の歪みを生み出します。このため、DMLは高速で長距離の伝送には推奨されません。
EMLは、電気吸収変調器 (EAM) と統合されたレーザーダイオード (例えば、DFBレーザー) です。EMLが機能すると、レーザーへの注入電流が一定に保たれ、外部変調器に依存して光信号を変調するため、チャープ効果が起こりにくくなります。信号伝送品質は、高速で長距離通信の基幹ネットワーク、大都市エリアネットワーク、およびデータセンター相互接続アプリケーションに最適です。ただし、価格と消費電力の観点からのEMLを使用する利点は、EAMの変調器に追加の負の圧力バイアスを加えないとすぐにはわかりません。また、高い信号伝送品質を確保するために、正確な周囲温度制御のために半導体クーラー (TEC) を使用する必要があります。
図5は、さまざまなレーザーの種類に対する代表的なアプリケーションを示したものです。
図5 : さまざまなレーザータイプの代表的なアプリケーション状況
MPSは、EMLアプリケーション向けの堅牢な製品を提供します。エンジニアは、負電圧電源やEAM用のTECコントローラなどのデバイスを選択できます。
EAM用の負電圧電源
MP5418とMP5418Aのチャージポンプは、EAMに可変の負圧バイアスを加えます (図6参照)。
図6 : MP5418およびMP5418Aの紹介
TECコントローラ
MP8833Aは、1.5A (3A選択可能) の電流能力を備えたTECコントローラです。図7は、MP8833Aの概要を示します。
図7 : MP8833Aの紹介
結論
本稿では、F5Gギガビット時代に高速光通信を実現するためのMPS光モジュール用ソリューションについて検討しました。これらのソリューションには、MPM38x4Cシリーズ (MPM3814C、MPM3824CとMPM3834C)、MPM3860、MPM4710、MP5418とMP5418A、そしてMP8833Aを含みます。さらに、MPSは、電気信号をVCSEL、DFB、EMLなどの光信号に変換するレーザーダイオード用のソリューションを提供します。詳細については、電源モジュール、および光モジュールのモノリシック設計に関するMPSの強固なポートフォリオをご覧ください 。
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