小身材有大作用——光模組壽命分析（二）

 光模組的使用壽命

    國際統一標準，7x24小時不間斷工作5萬小時（相當於5年）。

      光模組故障原因

     1． 光口汙染和損傷

    光模組的光口收到汙染和損傷，導致光鏈路損耗加大，以至於光纖鏈路不通。光口長期暴露在環境中致使灰塵進入而受汙染、模組連線的光纖端面被汙染導致光口汙染以及尾纖的光接頭端面使用不當被損這三種情況都會使光受到汙染

      2． ESD 損傷

    光模組受到ESD損傷，即『靜電放電』或者『靜電擊穿』。靜電會引起灰塵吸附，改變線路間的阻抗，影響SFP光模組的功能與壽命。ESD是不可避免，一個非常快的過程，ESD可以產生幾十Kv/m甚至更大的強電磁脈衝。

    可以粗略的認為原因一是緩慢的，有跡可循的一個過程，原因二是突發的故障，不可預測。

     光模組的三種失效率預計方法

     基本概念

     平均無故障間隔時間（MTBF）———可維修性產品(模組級及以上)

    平均無故障時間（MTTF）———不可維修性產品（模組級以下）

    失效率：產品在工作t時刻後的單位時間內，失效的產品數相對於t時刻還在工作的產品數發生失效的機率（是個瞬時量，反映失效的快慢）

     失效率的單位：h-1 、fit 、 %/1000h 。(1fit=1×10-9/h=1×10-6/1000h)

     物理意義：1個非特所表示的物理意義是10億個產品，在1小時內只允許有一個產品失效/千小時只允許百萬分之一的失效機率

      失效率預計

    關於壽命/失效率的計算實際上是個很複雜的問題，需要藉助多組，多應力，大數量的樣品進行實時或高頻的監控，獲取大量的資料。排除因為任何非產品特性引起的異常資料進行分析計算而得到。

    資料的截止點可採取定時/定數結尾來確定，對於其中的失效樣品進行失效分析，確定屬於正常退化失效，還是異常引起的失效，從而確定失效樣品的資料是否可用於壽命計算。

    對於還未失效的樣品會採用一些資料工具來進行失效時間的推算，然後對該批資料進行擬合，以確定該產品的退化符合那種函式。計算出函式的關鍵常數，用於該類產品的失效率/壽命計算

     （1）設計初期的預計

    這種方法最早來源於美國軍工領域，後來光通訊領域也有了自己的標準，就是最早介紹的Telcordia出品的SR-332。

    這種方法主要是根據產品設計初期的元器件選型方案計算（或者用計算結果反向引導器件選型），透過這些元器件fit值和使用數量，以及這些元器件的環境因子，質量因子，應力因子進行修正，最後統計出在具體某一環境下的失效率。元器件的fit值可以用後面介紹的2種方法預計得到，或者是標準給出的經驗值。

     （2）產品定型時的試驗方法預計

    這種方法是產品已經定型，透過壽命試驗的資料來進行推算，本方法認定產品壽命符合指數模型，套用阿倫紐斯公式進行計算。其中根據實驗得到樣品數量，試驗時間，應力，失效數，加速因子等進行計算，其中加速因子可用標準中的推薦者，也可透過2-3種樣品在不同應力下的資料推算得到（原理是2點定線或者3點擬合一條線，斜率就是加速因子）。

    另外行業中還有一種根據實驗時間、實驗溫度和加速因子，預計得到需要溫度下的可使用時間的做法推算產品壽命，這種做法確定從表面看是符合邏輯的，但是壽命預計都是基於統計值進行計算的，而該方法完全忽略的統計的概念，因此計算不嚴謹。

     （3）市場應用時的現場資料預計

    這種方法與設計方案，試驗資料都無關，市面上有兩種計算方法，計算結果差距不大，透過目的產品和享受產品在市場上的失效情況進行預計。

    一種是需要公司對於發貨產品的日期，數量，失效情況有詳細記錄，去掉批次性失效和非失效引起的退貨。用統計時的所有失效數量和具體的使用時間的乘積統計值作為分子，乘以10^9後處於總髮貨產品的使用時間和，就可以達到失效率

    另外一種是如果對於失效樣品的使用時間不太確定，可以根據一個gamma卡方常數來進行計算，用失效樣品數，乘以卡方常數和10^9，除以總髮貨產品的使用時間和，也可以得到失效率，同時卡方常數還可以根據置信度選擇經驗常數。

     可靠性分析

     可靠性的定義是“產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力”。“規定的條件”是指產品所處的使用環境與維護條件。對於電子元器件“規定的條件”主要是指使用時的工作條件（如使用的電壓、電流和功率等）、環境條件（如溫度、溼度和氣壓等）或貯存條件。這些條件都會對產品的失效產生影響，條件不同，產品的可靠性也不同。

     “規定的時間”是指產品執行任務的時間。一般來說，電子元器件的可靠性會隨著使用和貯存時間的延長而逐步下降。同一元器件根據規定的時間不同，其可靠性也不同。因此，可靠性必須明確在多長時間內的可靠性。

     “規定功能”是指產品的技術要求、技術指標。由於各個產品在系統中具有不同的作用，起著不同的功能，因此產品完成了規定的功能要求，便認為是可靠的，否則，就是不可靠的。

     可靠性試驗

    常用的可靠性試驗的分類方法很多。按試驗摸底來分，可分為可靠性鑑定試驗、壽命試驗、篩選試驗、耐久性試驗、可靠性增長試驗。按試驗地點來分，可分為現場試驗（工作可靠性的現場測量）和模擬實驗（模擬實際工作狀態的試驗）。按試驗專案來分，可分為環境試驗、現場使用試驗、特殊測檢和壽命試驗等。

     加速壽命試驗方法

    加速壽命試驗就是在不改變失效機理的前提下，用提高應力的方法，使元器件或材料加速失效，以便在較短的時間內取得加速情況下的失效率、壽命等資料，然後推算出在正常狀態（額定或實際使用狀態）應力條件下的可靠性特徵量。

    加速壽命試驗的基本思想是利用高應力水平下的壽命特徵去外推正常應力水平下的壽命特徵。實現這個基本思想的關鍵在於建立壽命特徵與應力水平之間的關係，這種關係稱為加速壽命模型。

     阿倫尼茲(Arrhenius)模型

    在加速壽命試驗中常見的加速應力為溫度，因為高溫能使產品（如電子元器件、絕緣材料等）內部加快化學反映，促使產品提前失效。阿倫尼斯在 1880 年研究了這類化學反應，在大量資料的基礎上，提出阿倫尼茲加速模型：

    逆冪律模型

     單應力的艾林(Eyring)模型

     光模組加速壽命試驗分析方法研究

    光模組是專用的整合器件，其工作穩定，可靠性高，考慮使用加速壽命試驗對其可靠性進行研究。由於鐳射器是光模組的重要組成元器件，且其工作特性與溫度關係密切，同時工作電流大小對電子器件的工作效能也有影響，因此試驗研究分析光模組可靠性可以從電流和熱應力兩方面著手。

     光模組在使用中需要注意哪些事項

    隨著通訊行業的快速發展，光模組被廣泛應用各種光互聯場景中。我們在使用光模組的時候，需要保證光模組高效穩定的執行。但是有些時候會因使用不規範造成一些問題，那麼需要怎麼做才能避免不規範使用造成的問題呢？下面海翎光電的小編就給大家講解 光模組在使用中需要注意的八個注意事項。

     一、拿取光模組要輕拿輕放

    光模組內部有陶瓷部件，拿取光模組時要小心，若不慎掉落或用力磕碰，該光模組不建議再上架使用，以免後續出現故障。

插入光模組注意事項

      二、拔插光模組注意動作規範

    1、安裝光模組時要用力將模組插到底，使光模組卡鎖卡到位。光模組卡鎖沒卡到位時，金手指和單板上聯結器微接觸，鏈路有可能連通，但當發生震動、碰撞等情況時，鏈路就會中斷，光模組可能發生瞬斷和鬆動；

    2、插入時，確保拉環閉合(卡鎖此時起到定位作用)；

    3、插入後，再拔一下光模組檢查是否安裝到位，若拔不出則表示插好；

    4、取光模組時，不要碰到光模組的金手指部分，以免對光模組造成損壞；

光模組金手指

    5、插入光模組時，確認光模組的拉環是貼在光模組的光口上然後插入，若是剛取出的光模組，不要拔掉光口防塵塞直接插入；

    6、拔出光模組時，先將光纖跳線拔出，將拉環拉到和光口約90度位置後緩慢拔出，拔出時不能太用力或是拉環沒到位就拔出，有可能會對光模組遮蔽罩造成損壞。

光模組接入光纖注意事項

     三、插跳線時需要注意的事項

    1、往光模組中插入光纖跳線時要求動作輕緩、正對著光口插入，用力過猛或斜著插入，有可能會損壞光模組。

    2、插入光纖跳線的時候需要注意A端要連線B端，B端要連線A端。

     四、光模組光口預防汙染措施

    1、使用時必須配備擦纖紙，跳線插入光口前必須先進行清潔，避免因光跳線端面汙染而導致光口的交叉汙染。

    2、光模組如果不使用的情況下必須蓋好防塵帽，避免灰塵汙染,如果沒有防塵帽或者防塵帽丟失也可以用光纖代替，將光纖插入光口內。並將光模組放置在適當的位置。

    3、光模組的光口不能長期裸露在外，否則會使LD端面受到汙染，可能會導致光模組失效，若長時間不使用，需要戴上防塵帽進行保護。

    4、注意針對光模組光口的清潔使用棉棒進行，光纖埠的清潔使用擦纖紙。

    5、如果裝置執行過程中發現訊號異常丟失，先對光模組進行清潔，來排除汙染因素。

    五、多模光模組不能在單模光纖上傳輸

    多模光模組如果在單模光纖上傳輸，會由於多模光纖的衰減過大而影響傳輸距離。

     六、長距離的單模光模組可以在多模光纖上傳輸

    10KM的單模光模組可以在多模光纖上傳輸，而且傳輸距離和相應的多模光模組相同，影響傳輸距離的主要因素是色散而不是衰減。

     七、長距離光模組對接收光功率範圍要求嚴格 

    1、在連線前測試接收短的光功率，若出現光功率過強，可考慮使用適當的衰減器來增加額外的衰減以滿足連線要求。

    2、傳輸距離超過10km的單模光模組在傳輸時，接收端的光功率不能超過飽和光功率值，否則可能會損壞接收器件。

     八、光模組防燒燬措施

    1、光模組燒燬一般是由於在有大功率光訊號輸入時，如OTDR表、光纖自環等，超過了自身的荷載導致燒燬，一般需要接入光衰減器來避免這個錯誤。單板自環測試時注意加適當的光衰減器，不能採用將光模組插松的形式來代替光衰減器。

    2、使用OTDR表測試光纖鏈路情況時，一定要將光纖與光模組斷開連線，否則極易燒燬光模組。

    只有正確使用光模組，才能確保光模組的功能和壽命，減少因使用不當而造成的故障。好了，海翎光電的小編今天的分享就到這裡吧！