KR20170048584A - 액티브 소자의 잔여 수명을 근사하는 방법 - Google Patents

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KR20170048584A
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조슈아 알. 코넬리우스
에릭 진 츠빈덴
진 마크 안드레 베르디엘
윌리암 제이. 코즐로프스키
케빈 버트
토마스 벤자민 트록셀
레즐리 레로이
데이비드 에이. 랑잠
앤드류 존 백스터
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샘텍, 인코포레이티드
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Abstract

광섬유 케이블, 적어도 하나의 광학 변환 소자, 제 1 메모리 및 제 2 메모리를 포함하는 액티브 광케이블의 유효 수명을 산출하는 방법으로서, 일정 부분 간격으로 분할되는 일정 간격 동안 및 각각의 상기 일정 부분 간격 후에, 상기 액티브 광케이블의 동작 파라미터를 감지하고 상기 감지된 동작 파라미터에 상응하는 값을 상기 제 2 메모리에 기록하는 단계; 각각의 상기 일정 간격 후에, 상기 제 2 메모리에 기록된 값을 상기 제 1 메모리에 저장하는 단계; 및 상기 제 1 메모리에 저장된 값에 근거하여 상기 액티브 광케이블의 유효 수명을 산출하는 단계를 포함하는 방법.

Description

액티브 소자의 잔여 수명을 근사하는 방법{METHOD FOR APPROXIMATING REMAINING LIFETIME OF ACTIVE DEVICES}
본 발명은 액티브 소자의 온도 데이터를 측정하고 기록하는 방법, 및 액티브 소자의 잔여 수명을 근사하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 제한된 용량으로 기록 능력이 제한된 메모리를 사용하는 액티브 소자의 온도 데이터를 측정하고 기록하는 방법, 및 그 온도 이력에 근거하여 액티브 소자의 잔여 수명을 근사하는 방법에 관한 것이다.
수명, 즉 고장이 발생하기 전까지의 시간은 온도, 습도 등을 포함하는 액티브 소자의 동작 환경에 따라 달라진다. 평균 고장 시간(MTTF)은 고장이 발생하기 전에 소자의 예상된 동작 시간의 평균이다. 액티브 소자의 MTTF는 상기 액티브 소자의 동작 환경에 따라 달라진다. 제조자는 통상적으로 제공된 동작 조건(온도, 습도, 전류 등)에 대한 MTTF를 제공한다. 그러나, 액티브 소자의 동작 온도는 용도에 따라 크게 달라질 수 있다.
액티브 소자의 예는 수직 공진 표면 광방출 레이저(VCSEL)이다. VCSEL은 간섭광을 방출하는 반도체 광원이고, 일반적으로 광섬유 용도의 시스템에 통합된다. 이러한 시스템 중 하나는 광 변환 소자라고 하는 전기 대 광 변환기 및/또는 광 대 전기 변환기를 포함하는 광섬유 케이블인 액티브 광케이블(AOC)이다. VCSEL은 상승된 온도에서 더 빨리 마모되는 경향이 있고, AOC의 가장 큰 고장 원인이다. VCSEL은 단일 레이저 또는 단일 다이 상의 레이저 어레이(즉, VCSEL 어레이) 중 어느 하나를 말한다.
액티브 소자의 문제는 액티브 소자가 고장나는 시점을 알 수 없다는 것이다. 이상적으로, 상기 액티브 소자의 동작 환경 조건은 지속적으로 모니터링되고 기록된다. 그러나, 이것은 항상 가능하지 않다. 예를 들면, AOC 비휘발성 메모리가 제한된 횟수로만 기록될 수 있기 때문에, AOC는 온도를 지속적으로 모니터링하고 기록할 수 없다. 전기적으로 소거 및 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(EEPROM) 반도체 소자가 AOC의 메모리로서 사용되면, 이러한 메모리는 제한된 기록 사이클수를 갖는다. 예를 들면, ATMEL(San Jose, CA)에 의해 제조된 특정 EEPROM은 고장 전에 85℃의 동작 온도에서 30,000 기록 사이클로 평가되고 있다.
상술한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시형태는 제한된 용량으로 기록 능력이 제한된 메모리를 사용하는 액티브 소자의 온도 데이터를 측정하고 기록하는 방법이고, 상기 온도 데이터를 사용하여 상기 액티브 데이터의 수명을 근사하는 수명 근사법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, AOC는 VCSEL, 휘발성 및 비휘발성 메모리 소자, 프로세서 및 센서를 포함한다. 상기 센서는 액티브 소자 에이징에 영향을 미치는 동작 파라미터에 대한 정보를 제공한다. 상기 센서는 상기 프로세서에 의해 일정 부분 간격으로 모니터링하고, 얻은 정보는 휘발성 메모리에 저장된다. 상기 휘발성 메모리에 저장된 정보는 상기 프로세서에 의해 전송되어 일정 간격으로 비휘발성 메모리에 기록되고, 간격의 길이는 상기 비휘발성 메모리의 기록 사이클수를 줄이도록 부분 간격의 길이보다 길다. 상기 비휘발성 메모리에 저장된 정보는 액티브 소자의 유효 수명을 결정하는데 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 광섬유 케이블, 적어도 하나의 광학 변환 소자, 제 1 메모리, 제 2 메모리, 액티브 광케이블의 동작 파라미터를 감지하는 센서, 및 상기 적어도 하나의 광학 변환 소자, 상기 제 1 메모리, 상기 제 2 메모리 및 상기 센서에 연결되는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는 일정 부분 간격으로 분할되는 일정 간격 동안 및 각각의 상기 일정 부분 간격 후에, 감지된 동작 파라미터에 상응하는 값을 상기 제 2 메모리에 기록하고, 각각의 상기 일정 간격 후에, 상기 제 2 메모리에 기록된 값을 상기 제 1 메모리에 저장한다.
상기 일정 간격 및 상기 일정 부분 간격은 제 1 메모리에 예상 기록수 및 액티브 광케이블의 예상 수명에 근거하는 것이 바람직하다. 상기 동작 파라미터는 온도가 바람직하다.
바람직하게는, 상기 제 2 메모리는 빈을 포함하고, 각각의 상기 빈은 상기 감지된 동작 파라미터의 값의 범위에 상응한다. 상기 프로세서는 상기 감지된 동작 파라미터의 값을 포함하는 상기 감지된 동작 파라미터의 값의 범위에 상응하는 빈의 빈값을 1씩 증가시킴으로써 상기 감지된 동작 파라미터에 상응하는 값을 상기 제 2 메모리에 기록하는 것이 바람직하다. 상기 제 1 메모리는 상기 제 2 메모리의 빈에 상응하는 빈을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 프로세서는 상기 제 2 메모리에 각각의 상기 빈의 빈값을 상기 제 1 메모리의 빈에 상응하는 미리 저장된 상응하는 빈값에 가산함으로써 상기 제 2 메모리에 기록된 값을 상기 제 1 메모리에 저장하는 것이 바람직하다. 상기 프로세서는 상기 제 1 메모리에 저장된 상기 빈의 빈값에 근거하여 상기 액티브 광케이블의 유효 수명을 산출하는 것이 바람직하다. 상기 프로세서는 상기 제 1 메모리에 저장된 상기 빈의 빈값에만 근거하여 상기 유효 수명을 산출하는 것이 바람직하다. 상기 프로세서는 상기 유효 수명이 임계값 이상이면, 표시 신호를 제공하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 동작 파라미터는 온도이고; 각각의 상기 빈은 온도의 범위를 나타내고; 상기 프로세서는 이하의 식을 이용하는 상기 액티브 광케이블의 유효 수명(teffective)을 산출한다.
Figure pct00001
[여기서,
Figure pct00002
, m은 일정 부분 간격의 시간(분)이고, b는 빈의 수이고, Nn은 빈(n)에 저장된 값이고, EA는 활성화 에너지이고, kB는 볼츠만 상수이고, Tn은 빈 온도이고, TR은 기준 온도이다]
각각의 상기 일정 간격 후에, 상기 프로세서는 상기 제 2 메모리에 저장된 값을 리셋하는 것이 바람직하다. 상기 프로세서는 상기 제 1 메모리에 저장된 값에 근거하여 상기 액티브 광케이블의 유효 수명을 산출하는 것이 바람직하다. 상기 제 1 메모리는 비휘발성 메모리인 것이 바람직하고, 상기 제 2 메모리는 휘발성 메모리인 것이 바람직하다. 상기 제 1 메모리는 EEPROM인 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 광섬유 케이블, 적어도 하나의 광학 변환 소자, 제 1 메모리 및 제 2 메모리를 포함하는 액티브 광케이블의 유효 수명을 산출하는 방법을 제공하고, 일정 부분 간격으로 분할되는 일정 간격 동안 및 각각의 상기 일정 부분 간격 후에, 상기 액티브 광케이블의 동작 파라미터를 감지하고 상기 감지된 동작 파라미터에 상응하는 값을 상기 제 2 메모리에 기록하는 단계; 각각의 상기 일정 간격 후에, 상기 제 2 메모리에 기록된 값을 상기 제 1 메모리에 저장하는 단계; 및 상기 제 1 메모리에 저장된 값에 근거하여 상기 액티브 광케이블의 유효 수명을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 일정 간격 및 상기 일정 부분 간격은 상기 제 1 메모리에 대한 예상 기록수 및 상기 액티브 광케이블의 예상 수명에 근거하는 것이 바람직하다. 상기 동작 파라미터는 온도인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 제 2 메모리는 빈을 포함하고, 각각의 상기 빈은 상기 감지된 동작 파라미터의 값의 범위에 상응한다. 상기 감지된 동작 파라미터의 값의 범위에 상응하는 값을 상기 제 2 메모리에 기록하는 단계는 상기 감지된 동작 파라미터의 값을 포함하는 상기 감지된 동작 파라미터에 상응하는 빈의 빈값을 1씩 증가시키는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제 1 메모리는 상기 제 2 메모리의 빈에 상응하는 빈을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제 2 메모리 기록된 값을 상기 제 1 메모리에 저장하는 단계는 상기 제 2 메모리의 각각의 상기 빈의 빈값을 상기 제 1 메모리의 빈에 상응하는 미리 저장된 상응하는 빈값에 가산하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 액티브 광케이블의 유효 수명을 산출하는 단계는 상기 제 1 메모리에 저장된 상기 빈의 빈값에 근거하는 것이 바람직하다. 상기 유효 수명을 산출하는 단계는 상기 제 1 메모리에 저장된 빈의 빈값에만 근거하는 것이 바람직하다. 상기 유효 수명이 임계값 이상이면, 표시 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 동작 파라미터는 온도이고; 각각의 상기 빈은 온도의 범위를 나타내고; 상기 액티브 광케이블의 유효 수명(teffective)을 산출하는 단계는 이하의 식을 이용하는 것을 포함한다.
Figure pct00003
[여기서,
Figure pct00004
, teffective는 상기 액티브 광케이블의 유효 수명이고, m은 일정 부분 간격의 시간(분)이고, b는 빈의 수이고, Nn은 빈(n)에 저장된 값이고, EA는 활성화 에너지이고, kB는 볼츠만 상수이고, Tn은 빈 온도이고, TR은 기준 온도이다]
상기 방법은 각각의 상기 일정 간격 후에, 상기 제 2 메모리에 저장된 값을 리셋하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제 1 메모리는 비휘발성 메모리인 것이 바람직하고, 상기 제 2 메모리는 휘발성 메모리인 것이 바람직하다. 상기 제 1 메모리는 EEPROM인 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 및 다른 특징, 요소, 특성, 단계 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태의 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 흐름도이다.
도 2는 AOC의 분해도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 AOC와 함께 사용될 수 있는 인쇄 회로 기판 및 성형 광학 구조물의 분해도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 인쇄 회로 기판의 후방 투시도이다.
도 5는 다른 AOC의 전방 투시도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 AOC의 분해도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 인쇄 회로 기판 및 성형 광학 구조물의 분해도이다.
액티브 소자 또는 액티브 소자를 포함하는 시스템이 고장나기 전에 사전 대비적으로 교체할 수 있도록 액티브 소자에 대해 얼마나 수명이 남아 있는지를 아는 것이 바람직하다. 상기 액티브 소자의 동작 환경에 근거하여 고장 확률을 결정하기 위해서는 수동 메카니즘 및/또는 방법이 필요하다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태는:
1) 일정 간격으로 액티브 소자의 동작 파라미터에 관한 정보를 저장하고, 여기서 상기 동작 파라미터는 일정 간격보다 짧은 일정 부분 간격으로 모니터링되고 기록되고;
2) 상기 저장된 정보로부터 상기 액티브 소자의 유효 수명을 결정한다.
본 발명의 다양한 바람직한 실시형태의 구체예는 제한된 용량으로 기록 능력이 제한된 메모리를 사용하는 액티브 소자의 온도를 측정하고 기록하는 방법을 제공하고, 상기 온도 데이터를 사용하여 상기 액티브 소자의 유효 수명 및 잔여 예상 수명을 근사하는 수명 근사법을 제공한다. 상기 잔여 예상 수명은 상기 액티브 소자 또는 상기 액티브 소자를 포함하는 시스템, 즉 AOC를 사전 대비적으로 교체하는데 사용될 수 있다.
온도에서 시간 소비 데이터를 저장하고 적절한 수명 근사법을 사용하여 액티브 소자의 수명을 근사하는 것은 몇 가지 이점이 있다. 첫째, 수명 근사법은 용도에 근거하여 맞출 수 있다. 둘째, 새로운 신뢰성 데이터를 사용할 수 있음으로 업데이트된 수명 근사값을 산출할 수 있다. 셋째, 대략적인 수명 산출이 상기 시스템 프로세서에 의해 행해지면, 요구되는 것과 비교하여 추가 온보드 처리 능력이 감소될 수 있다.
VCSEL 등의 액티브 소자가 온도의 함수로 노화되는 대략적인 속도를 알고, 각각의 시간에서 소비되는 상기 액티브 소자의 시간의 양을 알면 액티브 소자의 수명, 및 잔여 수명을 추정할 수 있다. 액티브 소자의 제조자는 통상적으로 에이징 속도와 상기 액티브 소자의 온도 사이의 관계, 즉 함수를 제공한다. 액티브 소자의 온도는 상기 액티브 소자의 근처에 위치한 센서에 의해 측정되고, 상기 액티브 소자의 전원이 켜져 있는 한 언제든지 기록할 수 있다. 온도 센서를 사용하면 추가 회로를 필요로 하지 않고 액티브 소자의 수명을 수동적으로 근사할 수 있다. 적절한 수명 근사법을 사용하여 일정한 기준 온도(예를 들면, 40℃)에서 동작하는 액티브 소자에 대한 액티브 소자의 유효 수명을 결정할 수 있다.
동작 온도에 관하여 미리 설명한 방법 및 장치는 액티브 소자의 수명에 영향을 미치는 다른 요인에 적용될 수 있다. 습도, 온도 사이클, 동작 전류 등을 포함하는 소자에 스트레스를 주는 다른 조건을 고려한 유사한 수명 추정은 각각의 스트레스된 상태에서 소비된 시간의 양을 측정할 수 있는 능력을 필요로 한다. 예를 들면, 높은 전류에서 더 빨리 노화되는 액티브 소자에 대해서, 상기 액티브 소자의 전류 또는 소비전력은 경시에 따라 모니터링되어 소자 수명을 추정할 수 있다.
VCSEL은 본 발명의 바람직한 실시형태의 특정 실시예에서 사용되는 액티브 소자이지만, 본 발명은 다른 액티브 소자에도 적용할 수 있다. 예를 들면, AOC는 일반적으로 트랜스 임피던스 증폭기, 광 검출기, 레이저 드라이버, VCSEL 이외의 광원 등의 많은 종류의 액티브 소자를 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시형태는 이들 액티브 소자 중 어느 하나에 적용 가능하다. 상기 VCSEL이 고장이 발생하는 첫번째 소자라고 예상되기 때문에, VCSEL은 본 발명의 바람직한 실시형태에서 사용되는 것이 바람직하지만; 다른 농동 소자가 먼저 고장난 것으로 예상되면, 먼저 고장난 액티브 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 VCSEL의 수명은 VCSEL의 광 출력을 직접 모니터링하지 않고 근사할 수 있어 추가 구성 요소가 필요하다. 대신에, 상기 VCSEL의 온도를 수동적으로 모니터링할 수 있다.
도 2는 AOC의 분해도이다. 본 명세서의 도 2는 출원번호 제12/944,545호 및 제12/944,562호에 기재되어 있는 도 1과 동일하고, 그 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 통합된다. AOC는 하우징(101), 광섬유(112)를 갖는 광케이블(111), 기판(102), 상기 기판(102) 및 상기 광섬유(112)에 결합 또는 연결되는 성형 광학 구조물(MOS)(110), 및 광학 라이저(108)를 포함한다. 상기 기판(102)은 광 검출기(107), VCSEL(109) 및 마이크로 프로세서(103)를 포함한다. 도 3은 도 2에 나타낸 AOC와 함께 사용할 수 있는 상기 기판(102) 및 상기 MOS(110)의 분해도이다. 도 4는 도 3에 나타낸 상기 기판(102)의 배면을 나타낸다. 도 3은 상기 MOS(110) 아래의 상기 VCSEL(109)을 나타낸다. 도 4는 바람직하게는 비휘발성 메모리(즉, EEPROM) 및 휘발성 메모리 모두를 포함하는 상기 기판(102)의 배면 상의 상기 마이크로 프로세서(103)를 나타낸다. 또한, 상기 기판(102)은 VCSEL(109)의 온도를 결정하는데 사용할 수 있는 온도 센서를 포함한다. 상기 온도 센서는 독립된 구성 요소일 수 있고, 또는 상기 인쇄 회로 기판 상에 다른 구성 요소와 통합하거나 상기 ACSEL(109)의 주변에 상기 AOC의 다른 곳에 위치할 수 있다. 단일 반도체 칩에 다수의 기능을 통합하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 마이크로 프로세서, 센서, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 및 VCSEL 드라이버는 단일 주문형 집적 회로(ASIC)에 통합될 수 있다.
도 5는 AOC에서 사용될 수 있는 광 수신기를 나타낸다. 이 수신기는 미국 특허 출원 제13/539,173호, 제13/758,464호, 제13/895,571호, 제13/950,628호 및 제14/295,367호에 기재되어 있는 광 트랜시버 중 하나와 유사하고, 그 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 통합된다. 예를 들면, 본 명세서의 도 5~7에 있어서 상기 수신시는 미국 특허 출원 제13/539,173호에 기재되어 있는 도 15A~17B에 나타낸 광 수신기과 유사하다. 상기 수신기는 광케이블(211), 기판(202), 상기 기판(202) 및 상기 광섬유(212)에 결합 또는 연결되는 MOS(210), 마이크로 프로세서(203) 및 옵션의 히트싱크(213)를 포함한다. 상기 기판(202)은 드라이버(214), VCSEL(209) 및 마이크로 프로세서(203)를 포함한다. 도 6은 도 5에 나타낸 수신기의 분해도이다. 도 7은 도 6에 나타낸 상기 기판(202) 및 상기 MOS(210)의 분해도이다. 도 7은 상기 MOS(210) 아래의 상기 VCSEL(209) 및 상기 마이크로 프로세서(203)를 나타낸다. 도 4에 나타낸 상기 마이크로 프로세서(103)와 마찬가지로, 도 7에 나타낸 상기 마이크로 프로세서(203)는 비휘발성 메모리(즉, EEPROM) 및 휘발성 메모리 모두를 포함하는 것이 바람직하다.
EEPROM을 본 발명의 바람직한 실시형태의 구체예에서 상기 메모리 소자로서 사용하고 있지만, 본 발명의 바람직한 실시형태는 다른 적절한 유형의 메모리에도 적용 가능하다. 임의의 정적 메모리, 예를 들면 SRAM을 사용할 수 있다. 상기 액티브 소자가 셧다운될 때에 상기 휘발성 메모리에 데이터를 보존할 수 있으면, 상기 비휘발성 메모리 대신에 휘발성 메모리를 사용할 수도 있다.
온도 비닝
본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 온도 비닝 방법은 제한된 용량으로 제한된 기록 능력을 갖는 EEPROM 등의 메모리와 함께 사용될 수 있다. EEPROM에 정확한 온도 판독값을 기록하기에 통상적으로 충분한 공간이 존재하지 않기 때문에, 상기 온도값은 각각의 빈이 다른 온도 범위를 나타내는 "빈"이어야 한다. 상기 온도 비닝 방법은 상기 액티브 소자의 수명을 추정하는데 사용될 수 있는 온도 히스토그램을 작성하는데 사용된다. 그 후에, 적절한 수명-근사 알고리즘이 상기 온도 히스토그램에 적용되어 상기 액티브 소자의 유효 수명을 결정하고, 상기 액티브 소자의 잔여 수명을 근사할 수 있게 한다.
상기 온도 히스토그램은 온도 빈으로 분할되고, 각각의 빈은 다른 온도 범위를 나타낸다. 예를 들면, 각각의 온도 빈은 5℃의 온도 범위를 나타낼 수 있다. 각각의 온도 빈이 얼마나 가득 찼는지는 그 온도 범위에서 소비된 시간의 양을 나타낸 것으로 제공된다. 예를 들면, 25℃~-30℃의 온도 빈이 35℃~-40℃의 온도 빈보다 가득 차면, 상기 액티브 소자는 35℃~-40℃의 온도 범위보다 25℃~-30℃의 온도 범위에서 더 많은 시간을 소비한다.
각각의 온도 빈은 특정 바이트의 수, 예를 들면 3바이트를 EEPROM에 저장할 수 있다. 바이트의 수는 단일 빈의 최대값에 따라 선택된다. 예를 들면, 이 실시예에 있어서, 상기 최대 빈값이 약 1백만일 필요가 있기 때문에 3바이트가 선택되었다. 상기 액티브 소자가 5년 동안 일정한 온도로 유지되면, 5년 기간에 525,600개의 가능한 부분 간격이 있기 때문에 그 온도에 대한 상기 빈의 최대값은 525,600보다 커야한다(24개의 부분 간격/2시간 기간]×12[2시간 주기/일]×365[일/년]×5[년]=525,600 부분 간격). 상기 액티브 소자가 최종 사용자에 의해 처음으로 턴온되기 전에, 각각의 온도 빈은 제로, 즉 각각의 바이트는 0으로 설정될 것이고, 상기 액티브 소자가 각각의 온도 범위에서 시간을 소비하지 않았다는 것을 나타낸다. 상기 온도가 특정 온도 범위 내에 있다고 측정되는 경우에, 그 온도 범위에 상응하는 상기 온도 빈의 바이트를 적절한 양만큼 증가시킬 수 있다.
EEPROM에 기록되는 사이의 시간 간격, 즉 메모리 기록 간격은 액티브 소자의 원하는 수명 및 상기 EEPROM이 기록할 수 있는 횟수에 의존한다. 예를 들면, 선택된 특정 칩의 EEPROM에 있는 임의의 주어진 셀은 상기 셀이 고장 나기 전에 85℃에서 동작할 때에 약 30,000번 기록될 수 있다. 이것은 상기 EEPROM이 그 수명이 다할 때까지 85℃에서 동작할 것으로 예상되면, 각각의 온도 빈에 기록되는 횟수가 30,000회 미만이어야 한다는 것을 의미한다. 수명 기록 횟수는 동작 온도가 증가함에 따라 감소한다. 예를 들면, 상기 EEPROM의 동작 온도가 85℃를 초과하면, 수명 기록 횟수가 30,000개 미만이 될 수 있다. 상기 시간 간격은 일부 안전 계수에 의해 상기 EEPROM의 동작 수명이 상기 VCSEL(또는 모니터링되는 모든 액티브 소자)의 수명을 초과하도록 선택된다. 이것은 상기 EEPROM이 전체 동작 수명이 다할 때까지 상기 VCSEL에 동작 정보를 지속적으로 기록할 수 있는 것을 보장한다. 사용하기에 적절한 안전 계수는 용도에 따라 다르지만, 예를 들면 일반적으로 1.2~10의 범위이다.
상기 액티브 소자의 수명이 약 5년일 것으로 예상되면, 상기 EEPROM은 적어도 상기 VCSEL만큼 동작해야 하므로 전체 시스템 소자는 상기 EEPROM에 의해 한정되지 않는다. 상기 EEPROM이 85℃ 이하의 동작 온도에서 5년 동안 동작할 수 있도록 하려면, 최악의 동작 조건을 가정하여 상기 EEPROM을 2시간마다(2시간×30,000=60,000시간≒6.8년) 기록해야 한다. (1) 하나 이상의 온도 빈이 업데이트되도록 상기 액티브 소자의 수명 동안에 동일한 온도에서 상기 액티브 소자가 동작하지 않거나 및/또는 (2) 전체 온도 범위에 걸쳐서 상기 EEPROM의 수명을 초과한다고 가정하여, 상기 EEPROM이 더 많은 기록 사이클을 행할 수 있도록 상기 액티브 소자의 수명 동안에 최대 동작 온도에서 상기 액티브 소자가 동작하지 않기 때문에, 상기 EEPROM의 수명은 5년을 초과할 가능성이 있다. 이 2시간 메모리 기록 간격은 오직 가능한 시간 간격의 예이다. 예를 들면, EEPROM에 대한 쓰기 횟수가 증가하면 상기 메모리 기록 간격이 감소하거나, 상기 액티브 소자의 수명이 길어질 것으로 예상되면 상기 메모리 쓰기 간격을 증가시킬 수 있다. 상기 메모리 기록 간격은 상기 EEPROM 수명이 상기 VCSEL의 수명보다 길도록 선택되는 것이 바람직하다.
상기 온도가 상기 메모리 기록 구간 내에서 상응히 변동할 수 있기 때문에, 예를 들면 2시간이면 온도 기록시의 세분성이 높은 것이 바람직하다. 상기 온도 기록의 세분성을 증가시키기 위해서, 상기 온도는 아주 작은 시간 간격, 예를 들면 5분마다 휘발성 메모리에 측정되고 기록될 수 있다. 즉, 상기 메모리 기록 간격은 부분 간격으로 나눌 수 있다. 상기 능도 소자가 셧다운되면 상기 휘발성 메모리에 저장된 모든 데이터가 손실되기 때문에, 상기 온도 히스토그램은 상기 휘발성 메모리에 저장될 수 없다. 상기 휘발성 메모리는 상기 액티브 소자를 포함하는 시스템의 일부인 마이크로 프로세서에 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 부분 간격이 5분이고 상기 메모리 기록 시간 간격이 2시간이면, 상기 EEPROM에 기록될 때에 각 온도 빈에 추가되는 24개의 온도 측정값이 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 온도 비닝 방법의 실시예를 표 A 및 표 B에 나타낸다. 이 실시예에 있어서, 상기 메모리 기록 간격은 2 시간이고, 상기 부분 간격은 5분이다. 표 A는 모든 온도 빈에 대한 모든 바이트가 0이 되도록 전력이 공급되지 않은 액티브 소자의 히스토그램을 나타내고, 표 B는 2시간 동안 전력이 공급되는 액티브 소자의 히스토그램을 갖는 EEPROM을 나타낸다. 상기 액티브 소자가 첫번째 메모리 기록 간격 동안에 13℃에서 동작되면, 10℃≤T<15℃의 온도 범위에서 빈 #4가 24(Hex 18)씩 증가하여 상기 액티브 소자가 표 B에 나타낸 바와 같이 10℃과 15℃ 사이에서 동작하는 모든 24개의 부분 간격을 소비한 것을 나타낸다. 상기 온도 비닝 방법을 나타내는 흐름도를 도 1에 나타낸다.
[표 A]
Figure pct00005
[표 B]
Figure pct00006
상기 히스토그램은 다음 2시간 후에 업데이트되고, 예를 들면 각각의 온도 빈이 각각의 5분 부분 간격마다 1씩 증가되어 상기 액티브 소자가 그 온도 범위 내에서 측정된다. 언제든지, 상기 온도 히스토그램은 각각의 온도 범위에서 소비된 5분 부분 간격에서의 시간의 양을 나타낸다. 상기 온도 히스토그램을 사용하여 상기 액티브 소자의 유효 수명을 근사할 수 있다.
상기 온도 빈은, 예를 들면 3바이트보다 크거나 작을 수 있다. 상기 빈의 수는, 예를 들면 22보다 크거나 작을 수 있다. 상기 온도 범위는, 예를 들면 5℃보다 크거나 작을 수 있다. 빅 엔디안(big endian) 또는 리틀 엔디안(little endian)을 포함하는 임의의 적절한 코딩 방식은 상기 온도 빈의 크기를 저장하는데 사용될 수 있다.
상기 메모리 기록 간격, 상기 부분 간격 및 상기 빈 크기는 상기 액티브 소자의 열시간 상수, 상기 예측된 액티브 소자 수명, 및 상기 EEPROM의 수명 및 용량에 근거하여 최적화될 수 있다. 예를 들면, 상기 액티브 소자의 열시간 상수가 커서 상기 액티브 소자의 온도가 천천히 변하면, 상기 메모리 기록 간격 및 상기 부분 간격을 증가시키고, 상기 온도 빈 크기를 감소시킬 수 있다. 예상 수명이 긴 액티브 소자는 더 긴 메모리 기록 간격 및 부분 간격을 사용할 수 있다. 고용량 EEPROM은 더 큰 빈 크기를 지원할 수 있다. 상기에서 사용되는 5년의 수명, 2시간의 메모리 기록 간격, 및 5분의 부분 간격은 단지 예이고, 다양한 용도에 대해 적절히 변경하고 최적화할 수 있다.
수명 근사 알고리즘
수명-근사 방법의 예는 화학 반응의 온도 의존성을 근사하는데 사용될 수 있는 실험식인 아레니우스식이다. 또한, 고온에서 동작될 때에 가속 에이징의 영향을 결정하는 방법으로서 신뢰성 계산에도 사용된다. 즉, 상기 아레니우스식은 일정한 40℃ 또는 다른 기준 온도에서 동작하는 액티브 소자에 대한 액티브 소자의 유효 노화 촉진 인자를 결정하는데 사용될 수 있다. 상기 아레니우스식은 식 1로 제공되고, 여기서 k는 속도 상수, A는 비례 상수, EA는 활성화 에너지, kB는 볼츠만 상수, V는 켈빈 온도이다.
Figure pct00007
상기 활성화 에너지(EA)는 통상적으로 상기 액티브 소자의 제조사에 의한 신뢰성 연구에서 제공된다.
상기 에이징이 기준 온도에서의 동작과 비교하여 고온 동작시에 가속되는 속도로서 정의되는 상기 노화 촉진 인자(AF)는 식 2에 의해 제공되고, 여기서 tH는 고온이고, tR은 더 낮은 기준 온도이다.
Figure pct00008
상기 노화 촉진 인자(AF)는 tH 및 tR를 통하여 아레니우스식과 관련되고, 각 온도 레벨에서 아레니우스식에서 결정된 속도 상수와 같다. 상기 액티브 소자의 유효 수명을 근사하는데 사용되는 방법은 식 3으로부터 알 수 있는 기준 온도(TR)에 대한 각각의 온도 빈(Tn)에 대한 노화 촉진 인자(AF)를 결정하는 것에 의존하고, 여기서 n은 빈의 수이다.
Figure pct00009
상기 온도 빈(Tn)은, 예를 들면 상기 빈 범위에서의 최저 온도, 상기 빈 범위에서의 평균 온도 및 상기 빈 범위에서의 최고 온도를 포함하는 온도의 빈 범위에서 임의의 온도로 선택될 수 있다.
그 후에, 시간에 대한 액티브 소자의 유효 수명(teffective)은 각각의 온도에서 소비된 시간(Nn)과 그 온도에 대한 상응하는 노화 촉진 인자(AFn)의 곱을 취하고, 모든 상기 빈에 대한 이들 값을 합산하여 구한다. 근사 유효 수명(teffective)에 대한 식은 이하의 식으로 제공되고, 여기서 Nn은 빈(n)에 저장된 값이고 상기 부분 간격 시간은 5분으로 가정한다.
Figure pct00010
이 식은 m분마다 온도 판독값을 취하고 상기 판독값을 b 빈에 저장하는 시스템을 수용하도록 일반화될 수 있다:
Figure pct00011
상기 유효 수명(teffective)이 한번 근사되면, 상기 액티브 소자의 MTTF로부터 상기 유효 수명을 감산하여 상기 액티브 소자의 잔여 수명을 근사하는 것이 가능하다. 소자 수명의 다른 측정 기준과 유효 수명(teffective)을 비교할 수도 있다. 예를 들면, 상기 유효 수명(teffective)은 인구의 10%, 5% 또는 1%의 고장 시간을 나타내는 B1O, B5 또는 B1 수명과 각각 비교될 수 있다. 특정 용도에 있어서, 상기 액티브 소자의 유효 수명이 이들 수명 측정 기준 중 하나에 도달하면 상기 시스템을 교체하는 것이 적절할 수 있다. 명백하게 설명된 것 이외에 다른 수명 측정 기준도 사용될 수 있다.
유효 수명(teffective) 및 잔여 수명의 결정은 다양한 방식 및 위치에서 행할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 도 4에 나타낸 마이크로 프로세서는 비휘발성 메모리와 통신하고, 다양한 메모리 빈에 신호를 보내고, 상기 유효 수명(teffective)을 결정하는데 필요한 계산을 행할 수 있다. 상기 마이크로 프로세서는 유효 수명(teffective)이 일부 임계값을 초과하면 사용자에게 표시 신호를 보낼 수 있다. 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 액티브 소자를 포함하는 상기 시스템의 일부가 아닌 외부 소자는 비휘발성 메모리와 통신하고, 다양한 메모리 빈에 신호를 보내고, 유효 수명(teffective)을 결정하는데 필요한 계산을 행할 수 있다. 상기 외부 소자는 상기 유효 수명(teffective)이 일부 임계값을 초과하면 사용자에게 표시 신호를 제공할 수 있다.
유효 수명(teffective)은 아레니우스 기반 모델의 변형이고 아레니우스식으로부터 유도되지 않은 모델을 포함하는 임의의 다른 에이징 모델을 사용하여 근사할 수 있다. 상기 유효 수명(teffective)은 상기 액티브 소자의 수명에 영향을 미치는 임의의 측정 가능한 조건에 근거하여 결정될 수 있다. 측정 가능한 조건은, 예를 들면 습도, 온도 사이클링, 전류, 소비전력, UV 노출 등을 포함한다. 예를 들면, 그 전체가 통합된 Rodriguez, Parametric Survival Models, Summer 2010, 14쪽에 기재되어 있는 모델을 사용할 수 있다. 상기 유효 수명(teffective)은 다른 측정 가능한 조건과 결합하여 온도에 근거할 수 있고, 임의의 측정 가능한 조건 및 온도를 고려하지 않은 조건에 근거할 수 있다.
일부 용도에 있어서, 고정된 바이어스 전류가 상기 액티브 소자의 수명이 다할 때까지 상기 레이저에 인가된다. 상기 바이어스 전류에 근거한 노화 촉진 인자는 상기 액티브 소자의 유효 수명을 계산하는데 사용될 수 있다. 바이어스 전류 기반 노화 촉진 인자 및 온도 기반 노화 촉진 인자 모두, 예를 들면 식 3의 AFn은 상기 액티브 소자의 유효 수명을 결정하는데 사용될 수 있다.
다른 용도에 있어서, 가변 바이어스 전류는 상기 액티브 소자의 수명이 다할 때까지 상기 레이저에 인가된다. 예를 들면, 반도체 레이저의 광 출력 전력은 일반적으로 온도에 따라 낮아진다. 일부 용도에 있어서, 온도에 의해 비교적 일정한 광 출력 전력을 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 용도에 있어서, 온도가 증가함에 따라 레이저에 인가되는 바이어스 전류를 증가시키는 것은 상대적으로 일정한 광 출력 전력을 유지하는데 사용될 수 있다. 증가된 바이어스 전류에서 동작하는 것은 일반적으로 공지의 방식으로 노화 촉진 인자를 증가시키기 때문에, 각각의 온도 빈은 연관된 바이어스 전류 기반 노화 촉진 인자를 갖는다. 바이어스 전류 기반 노화 촉진 인자 및 온도 기반 노화 촉진 인자 모두, 예를 들면 식 3의 AFn은 상기 액티브 소자의 유효 수명을 결정하는데 사용될 수 있다. 총 노화 촉진 인자는 각각의 온도 빈, 예를 들면 식 3의 우측에 각각의 온도 빈과 연관된 바이어스 전류 기반 노화 촉진 인자를 곱함으로써 결정될 수 있다.
온도는 상기 VCSEL의 수명에 가장 영향을 미치는 측정 가능한 조건이기 때문에, 본 발명의 바람직한 실시형태의 구체예는 온도를 고려하지만; 온도 이외의 측정 가능한 조건은 다른 액티브 소자에 대한 에이징에 더 많은 영향을 미칠 수 있다.
상술은 본 발명의 단지 예시인 것을 이해해야 한다. 본 발명의 바람직한 실시형태는 액티브 소자가 VCSEL이고, 시스템이 AOC이고, 측정된 동작 파라미터가 온도라는 점에서 설명되었지만, 이들은 단지 본 발명의 바람직한 실시형태의 구체예이다. 본 발명의 바람직한 실시형태는 수명이 일부 측정 가능한 동작 파라미터에 의존하는 액티브 소자를 갖는 임의의 시스템에 적용될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 하나 이상의 동작 파라미터가 측정되고 기록될 수 있고, 유효 수명은 이들 두개의 파라미터들의 조합된 효과에 근거하여 계산될 수 있다. 다양한 대안 및 변형은 본 발명을 벗어나지 않고 당업자에 의해 고안될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 내에 속하는 이러한 모든 대안, 수정 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (29)

  1. 광섬유 케이블;
    적어도 하나의 광학 변환 소자;
    제 1 메모리;
    제 2 메모리;
    액티브 광케이블의 동작 파라미터를 감지하는 센서; 및
    상기 적어도 하나의 광학 변환 소자, 상기 제 1 메모리, 상기 제 2 메모리 및 상기 센서에 연결된 프로세서를 포함하는 액티브 광케이블로서,
    상기 프로세서는,
    일정 부분 간격으로 분할되는 일정 간격 동안 및 각각의 상기 일정 부분 간격 후에, 감지된 동작 파라미터에 상응하는 값을 상기 제 2 메모리에 기록하고;
    각각의 상기 일정 간격 후에, 상기 제 2 메모리에 기록된 값을 상기 제 1 메모리에 저장하는 액티브 광케이블.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 일정 간격 및 상기 일정 부분 간격은 상기 제 1 메모리에 대한 예상 기록수 및 상기 액티브 광케이블의 예상 수명에 근거하는 액티브 광케이블.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작 파라미터는 온도인 액티브 광케이블.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 메모리는 빈을 포함하고;
    각각의 상기 빈은 상기 감지된 동작 파라미터의 값의 범위에 상응하는 액티브 광케이블.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 감지된 동작 파라미터의 값을 포함하는 상기 감지된 동작 파라미터의 값의 범위에 상응하는 빈의 빈값을 1씩 증가시킴으로써 상기 감지된 동작 파라미터에 상응하는 값을 상기 제 2 메모리에 기록하는 액티브 광케이블.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 메모리는 상기 제 2 메모리의 빈에 상응하는 빈을 포함하는 액티브 광케이블.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제 2 메모리의 각각의 상기 빈의 빈값을 상기 제 1 메모리의 상응하는 빈에 미리 저장된 상응하는 빈값에 가산함으로써 상기 제 2 메모리에 기록된 값을 상기 제 1 메모리에 저장하는 액티브 광케이블.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제 1 메모리에 저장된 상기 빈의 빈값에 근거하여 상기 액티브 광케이블의 유효 수명을 산출하는 액티브 광케이블.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제 1 메모리에 저장된 상기 빈의 빈값에만 근거하여 상기 유효 수명을 산출하는 액티브 광케이블.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 유효 수명이 임계값 이상이면, 표시 신호를 제공하는 액티브 광케이블.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 동작 파라미터는 온도이고, 각각의 상기 빈은 온도의 범위를 나타내고;
    상기 프로세서는 이하의 식을 이용하여 상기 액티브 광케이블의 유효 수명(teffective)을 산출하는 액티브 광케이블.
    Figure pct00012

    [여기서,
    Figure pct00013
    , m은 일정 부분 간격의 시간(분)이고, b는 빈의 수이고, Nn은 빈(n)에 저장된 값이고, EA는 활성화 에너지이고, kB는 볼츠만 상수이고, Tn은 빈 온도이고, TR은 기준 온도이다]
  12. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 일정 간격 후에, 상기 프로세서는 상기 제 2 메모리에 저장된 값을 리셋하는 액티브 광케이블.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제 1 메모리에 저장된 값에 근거하여 상기 액티브 광케이블의 유효 수명을 산출하는 액티브 광케이블.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 메모리는 비휘발성 메모리이고, 상기 제 2 메모리는 휘발성 메모리인 액티브 광케이블.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 메모리는 EEPROM인 액티브 광케이블.
  16. 광섬유 케이블, 적어도 하나의 광학 변환 소자, 제 1 메모리 및 제 2 메모리를 포함하는 액티브 광케이블의 유효 수명을 산출하는 방법으로서,
    일정 부분 간격으로 분할되는 일정 간격 동안 및 각각의 상기 일정 부분 후에, 상기 액티브 광케이블의 동작 파라미터를 감지하고 감지된 동작 파라미터에 상응하는 값을 상기 제 2 메모리에 기록하는 단계;
    각각의 상기 일정 간격 후에, 상기 제 2 메모리에 기록된 값을 상기 제 1 메모리에 저장하는 단계; 및
    상기 제 1 메모리에 저장된 값에 근거하여 상기 액티브 광케이블의 유효 수명을 산출하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 일정 간격 및 상기 일정 부분 간격은 상기 제 1 메모리에 대한 예상 기록수 및 상기 액티브 광케이블의 예상 수명에 근거하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 동작 파라미터는 온도인 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 메모리는 빈을 포함하고;
    각각의 상기 빈은 상기 감지된 동작 파라미터의 값의 범위에 상응하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 감지된 동작 파라미터에 상응하는 값을 상기 제 2 메모리에 기록하는 단계는 상기 감지된 동작 파라미터의 값을 포함하는 상기 감지된 동작 파라미터의 값의 범위에 상응하는 빈의 빈값을 1씩 증가시키는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 메모리는 상기 제 2 메모리의 빈에 상응하는 빈을 포함하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 메모리에 기록된 값을 상기 제 1 메모리에 저장하는 단계는 상기 제 2 메모리의 각각의 상기 빈의 빈값을 상기 제 1 메모리의 빈에 상응하는 미리 저장된 상응하는 빈값에 가산하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 액티브 광케이블의 유효 수명을 산출하는 단계는 상기 제 1 메모리에 저장된 상기 빈의 빈값에 근거하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 유효 수명을 산출하는 단계는 상기 제 1 메모리에 저장된 빈의 빈값에만 근거하는 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 유효 수명이 임계값 이상이면, 표시 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 동작 파라미터는 온도이고, 각각의 상기 빈은 온도의 범위를 나타내고;
    상기 액티브 광케이블의 유효 수명(teffective)을 산출하는 단계는 이하의 식을 이용하는 단계를 포함하는 방법.
    Figure pct00014

    [여기서,
    Figure pct00015
    , teffective는 상기 액티브 광케이블의 유효 수명이고, m은 일정 부분 간격의 시간(분)이고, b는 빈의 수이고, Nn은 빈(n)에 저장된 값이고, EA는 활성화 에너지이고, kB는 볼츠만 상수이고, Tn은 빈 온도이고, TR은 기준 온도이다]
  27. 제 16 항에 있어서,
    각각의 상기 일정 간격 후에, 상기 제 2 메모리에 저장된 값을 리셋하는 단계를 더 포함하는 방법.
  28. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 메모리는 비휘발성 메모리이고, 상기 제 2 메모리는 휘발성 메모리인 방법.
  29. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 메모리는 EEPROM인 방법.
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