Самый тонкий стабилизатор в мире
для гигабитных оптических модулей
LTM4691 от Analog Devices

Когда я начинаю печатать свою очередную статью в этот блог, а ему уже 23 года, и ровно столько прошло с тех пор, как я 2 июня 1997 года начал свою карьеру в Analog Devices inc. (ADI), - я вспоминаю, как спрашивал себя в 1997 году: «Блог? Что такое блог?». Конечно, тогда уже существовал Интернет, но это было в гораздо меньших масштабах, чем сегодня. На рисунке, показанном далее, все эти взаимосвязанные блоки ясно показывают, почему именно слово «Интернет» является прочно закрепившимся названием этой технологии.

Во-первых, за получение и распространение данных через Интернет отвечают «узлы» (на рисунке они показаны в виде офисных зданий с пометкой «CO» - сокращение от Central Office, в переводе означает Центральный Офис - ЦО). Узлы Интернет, связанные высокоскоростными линиями связи, составляют базис интернета. Во-вторых, каждый ЦО имеет дополнительную задачу преобразования электронных данных с компьютеров в поток оптических данных, который может быть отправлен по оптоволоконным кабелям в другие ЦО.

Всего двадцать лет назад пропускная способность между ЦO составляла 1 Гбит/с. Гбит/с или Гигабит в секунду - это единица измерения битрейта (bitrate) – потока цифровых битовых данных, используемая для количественной оценки эффективной скорости передачи цифровой информации по любому каналу связи. По сути, битрейт показывает, сколько данных может проходить между связанными узлами, 1 Гбит/с это один миллиард единиц и нолей, проходящих одну точку пути каждую секунду. Двадцать лет спустя пропускная способность каналов связи сети Интернет выросла до 400 Гбит/с, и она продолжает расти. Задачи передачи и приема при такой высокоскоростной связи решает специальное устройство, предназначенное для преобразования электронных данных в оптические данные (а затем - обратно), которое называется оптическим модулем.

С годами пропускная способность и скорость между ЦO увеличились, а размер этих модулей уменьшился. Производители оптических модулей имеют некоторую свободу действий при разработке своих модулей, но все они должны придерживаться стандартного размера, расположения и конструктивного решения входных и выходных контактов.

Изображение взято из статьи XYZ-tech «Представление и применение передающего оптического модуля Sharetop» [1].

В небольшом пространстве оптического модуля упакованы целый ряд компонентов, включая несколько интегральных схем. В основе оптического модуля лежит цифровой сигнальный процессор (DSP). Но DSP требует различных напряжений питания, хотя стандарты оптического модуля говорят, что модулю может быть предоставлен только один источник питания с напряжением 3,3 В. Это создает проблему для разработчиков оптических модулей, которые должны сделать эти модули очень тонкими, толщиной всего 8,5 мм, а это высота пяти монет с номиналом пять центов США (nickel), сложенных вместе, при этом им в этом объеме необходимо решать проблему создания нескольких внутренних напряжений питания от одного входного напряжения.

Чтобы решить эту сложную задачу, ADI выпустила DC/DC-преобразователь с функцией стабилизатора напряжения - LTM4691 [2], оснащенный функциями, отличающими его от любого другого источника питания оптического модуля. При подаче на вход LTM4691 напряжения 3,3 В, он может сформировать два выходных напряжения, каждое из которых программируется в диапазоне от 0,5 В до 2,5 В. Но что действительно отличает этот новый стабилизатор от всех остальных, так это его невероятно маленький размер.

Исходное изображение взято из документа CienaCorporation «Тепловой интерфейс для съемных оптических модулей» [3].

На этом поперечном сечении типичного оптического модуля мы можем увидеть, как DSP, передатчик и приемник (вместе с другими компонентами) должны размещаться на верхней части печатной платы (ПК) внутри модуля. Там довольно тесно, поэтому разработчики, которые определяют, где будут располагаться компоненты, часто сталкиваются с проблемой нехватки места. Отсутствие места подавляет их желание добавить больше функций в модуль, поскольку для этого потребуется больше компонентов, а там уже и так слишком тесно.

Инженеры ADI увидели возможность того, как разработать стабилизатор напряжения, который мог бы быть встроен в оптический модуль, причем в то место, куда стабилизаторы даже и не пытались ставить раньше. А именно - под платой, где зазор составляет всего 1,4 мм (меньше ширины монеты номиналом 1 цент США, ее толщина 1,52 мм).

Новый DC/DC-преобразователь LTM4691, выполненный по технологии µModule, толщиной порядка 1,2 мм (макс. 1,28 мм) настолько мал, что легко умещается под печатной платой и там еще остается свободное место!

Как вы можете увидеть на фотографии выше, микросхема LTM4691 имеет толщину одноцентовой монеты, и за счет освобождения ценного пространства на печатных платах оптических модулей, итоговое влияние этой микросхемы на передачу данных будет огромным, так как наш новый регулятор будет поддерживать больше функций и большую скорость.

Литература

1. Introduction and application of sharetop transmission optical module // http://www.xyt-tech.com/m/news-show-ID-339.html
2. LTM4691 Low V_IN, High Efficiency, Dual 2A Step-Down DC/DC µModule Regulator // https://www.analog.com/en/products/ltm4691.html#product-overview
3. Bonnie Mack, Terence Graham. Thermal Interface for Pluggable Optics Modules // https://www.mentor.com/products/mechanical/engineering-edge/volume7/issue1/thermal-interface-for-pluggable-optics-modules
4. Источник оригинала статьи https://ez.analog.com/b/engineerzone-spotlight/posts/go-small-or-go-home