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1、SFP光模块研发与测试方法 2 光接口的测试项目 发送器眼图模板Transmitted Eye Mask 平均光功率Average Optical Power OFF发送器的平均发送光功率 OFF Average Power 光调制幅度Optical Modulation Amplitude 消光比测试Extinction Ratio 中心波长Center Wavelength RMS频谱宽度RMS Spectral Width 边模抑制比Side Mode Suppression Ratio 相对强度噪声Relative Intensity Noise OMA 发送器色散与代价Transmi
2、ssion Dispersion and Penalty 受压的接收器灵敏度Stressed Receiver Sensitivity in OMA Max 数据相关抖动Data Dependent Jitter 受压的眼图抖动Stressed Eye Jitter 垂直眼图关闭代价Vertical Eye Closure Penalty 误码率Bit Error Rate 3 常见的光通信中的编码方式 NRZ RZ SONET SDH Fiber Channel Gigabit Ethernet FDDI AMI E1 2 3 DS0 1 1A 1C 2 3 STS 1 CMI E4 DS4
3、 STM 1E STS 3 4 NRZ编码 NRZ coding 1用发光表示 0用熄灭表示 这种编码通常只用于低于10Gbps速率光连接信号 目前也有逐渐被替代的趋势 5 NRZI编码 为了确保在数据传输时有足够的跳变便于接收端稳定的工 作 大多数采用光纤传输的数字通讯系统采用Non Return to Zero Inverted NRZI coding 在NRZI coding 0表示成线路上的信号状态跳变 1表示成 状态不变 这种算法可以确保数据上有0串时不会出问题 6 在RZ编码里 信号在每个单位时间里都会回到0状态即熄 灭无光状态 1也只是有一半的时间处于激光开状态 光通信基础知识介
4、绍 RZ编码 7 NRZ和RZ两种编码的眼图比较 NRZ编码眼图 高功率电平 为逻辑1 低功率电平为 逻辑0 在两高低两阶跳 变 RZ编码眼图 底部有一根 线为逻辑0 逻辑1显 示为脉冲 8 NRZ和RZ两种编码的比较 NRZ编码长期在光纤传输中占据统治地位 但是这种局面已经开 始显示终结 NRZ编码更适合在传统的Copper media中传输 目前主要通常在10Gbps及以下的速率长距系统中应用 RZ比较NRZ码而言 相同速率下具有较宽的频谱范围 更低的失 真 更低的功耗 能更好地抑制非线性的影响 适合在大功率条 件下工作 缺点是展宽了信号的频谱 限制了信道的间隔 但对 现代光纤传输系统而言
5、带宽已经不再是限制条件 因此在高带宽 传输系统中普遍采用RZ码 目前在10Gbps以上系统中已经开始采用RZ码 9 性能参数 光通信比较关注的性能参数 OMA Optic Modulation Amplitude ER Extinction Ratio Q因子 Quality OSNR Optic Signal to Noise Ratio Eye Opening Eye Opening Penalty Bit Error Rate Reciver Sensitivity 10 光通信中的性能参数 OMA与ER 逻辑1和逻辑0 光功率高的状态是逻辑1 反之则为逻辑0 光功率常用 dBm 10l
6、og Power mW 1 mW OMA Optical Modulation Amplitude 逻辑1和逻辑0光功率差 OMA P1 P0 有时也定义成 ER Extinction Ratio 消光比 11 消光比与OMA 对线性衰减 严格的说是对dB值呈线性衰减 的传输系统 ER为 常数 但是OMA是在减小的 这也就是随着信号从发送端到接收端 眼图变窄的现象 OMA越高 信号在光纤中就能传输的更远 ER越高 传输系统对外部 噪声的抗敏感度越高 鲁棒性越好 12 光通信中的性能参数 Q因子 另外一个重要术语就是Q因子 理论上系统的误码率BER是完全由光信号 的信噪 Signal to No
7、ise Ratio 比决定的 也就是Q因子 一般主要在 光纤放大器和接收端进行测量 为噪声的RMS值 13 关于光信号眼图测试模板 光眼图模板一般由3个区域组成 从上至下依次为1 2 3 区域 模板的宽度为一个UI 通常1 3 区域为长方形 2 区域为六边形或四边形 右图模板上所有的数值均为百分 比而非绝对的时间与光功率 因 此我们通常称之为 归一化模板 通常 光眼图模板的时间值是固 定的 因为我们知道速率是多少 但是光功率是百分比值 14 采样示波器如何去自动套用归一化模板 第一步 检测出输入信号的平均光功率 AOP 第二步 将归一化眼图中的50 的百分比光功率值与AOP对应起 来 至此眼图
8、模板上的纵轴百分比数值全部可变换为绝对值 由 于数据率我们事先知道 因此横轴就很容易转换为绝对值 第三步 调整波形在横轴的位置 将眼图调整在模板 示波器屏 幕 的正中央 15 眼图测试的方式 RT与ET 实时方式 单次触发 完成数据采集 软件方法进行波形切割与叠加 无需专门的触发信号 可以直接使用被测信号进行触发 样点之间的间隔受示波器实时采样率的限制 目前最小可达25ps 等效采样方式 多次触发 完成数据采集 硬件方式进行波形切割与叠加 需要专门的触发信号 样点之间的间隔受示波器等效采样率限制 目前最小在1ps以下 16 ET RT Basics RT architecture trigge
9、r on data and sample in real time A realtime scope does not require a separate signal to trigger the signal under test can act as the trigger for initiating fast real time sampling to acquire a waveform Data time voltage Minimum time between real time sampled points is determined by the fastest samp
10、le rate the realtime scope is capable of 40GSamples sec results in 25ps between sampled points One trigger can initiate the real time sampling of the entire record length Maximum resolution is higher through interpolation 17 ET RT Basics ET one sample per trigger repetitive pattern required for puls
11、e streams An equivalent time 8000 series sampling oscilloscope requires a trigger signal this is generally a user supplied clock a recovered clock or a pattern sync signal synchronous to the signal Data voltage time Pattern Sync A trigger is required for EACH sampled point in the high bandwidth equi
12、valent time 8000 scope Minimum time between equivalent time sampled points on high bandwidth 8000 scope can be adjusted to fractions of a picosecond Precision variable delay 18 ET RT Basics ET one sample per trigger non repetitive pattern ok for mask test When a clock signal is used to trigger the e
13、quivalent time 8200 scope the sampled DATA signals generally create EYE PATTERNS between clock triggers the sampled DATA could be either a logical 1 or 0 Data voltage time Precision variable delay A clock trigger can be user supplied or recovered from the data to trigger the equivalent time sampler
14、Clock Eye patterns are the common result of clock triggering in Equivalent time sampling vectors are not drawn since adjacent samples can jump from logical 1 to 0 frequently Mask test 19 ET眼图测试 没有外触发信号时 时钟恢复单元 CRU 当需要测试一个系统信号眼图时 无法获得触发时钟 需要一个时钟恢复单元 从被测信号中恢复出时钟用于触发 事实上 一个真实的接收机内部就有一个时钟恢复单元 CRU的要求 内置G
15、olden PLL 跟随信号的变化并解出时钟 内置针对于信号抖动的低通滤波器 滤除高频抖动的影响 内置抖动滤波器的带宽为被测数据率的1 1667 内置抖动滤波器的滚降特性满足 20dB Dec 20 eSerial Clockless Signal includes both data and clock pathTx Rcv Differential serial data is sent without any clock signal across the interconnect to the receiver CDR DATA DATA CLOCK A clock is recove
16、red from the incoming data at the receiver through a clock and data recovery circuit CDR 21 关于4阶B T滤波器 直接调制的光模块通常有较大的过冲和振铃 高带宽的测试系统能看到此过冲与振铃 低带宽的测试系统会掩盖此过冲与振铃 业界的一致性测试要求有统一的测试系统带宽 目前采用标准参考接收机 即O E与电信号示波器组成的系统 该系统满足协会规定的频响特性 绝大多数情况下系测试统频响应遵循4阶B T滤波器的曲线 带宽为被测试信号速率的0 75倍 低带宽的测试系统获得的结果有意义吗 往往会出现高带宽测试的结果Fail而低带宽测试结果Pass 参考接收机是按照现实中的光接收机所设计的 22 波长问题 目前 按照光信号在光纤中的传播方式有单模与多模之分 其波 长也不一样 主流的波长有780 850 1310 1550nm 单模 9um光纤直径 波长多为1310 1550nm 多模 62 5um光纤直径 波长多为780 850nm 不同的模块有不同的波长 23 灵敏度问题 在所有的标准中 都有对发送器发送光
