SFP光模塊研發(fā)與測試方法

SFP光模塊研發(fā)與測試方法2021/6/271光接口的測試項目發(fā)送器眼圖模板TransmittedEyeMask平均光功率AverageOpticalPowerOFF發(fā)送器的平均發(fā)送光功率（OFFAveragePower）光調(diào)制幅度OpticalModulationAmplitude消光比測試ExtinctionRatio：中心波長CenterWavelength：RMS頻譜寬度RMSSpectralWidth：邊模抑制比SideModeSuppressionRatio相對強度噪聲RelativeIntensityNoiseOMA發(fā)送器色散與代價TransmissionDispersionandPenalty受壓的接收器靈敏度StressedReceiverSensitivityinOMA(Max)數(shù)據(jù)相關抖動DataDependentJitter受壓的眼圖抖動StressedEyeJitter垂直眼圖關閉代價VerticalEyeClosurePenalty誤碼率BitErrorRate2021/6/272常見的光通信中的編碼方式NRZ/RZ(SONET/SDH,FiberChannel

GigabitEthernet,FDDI)AMI(E1/2/3,DS0/1/1A/1C/2/3,STS-1)CMI(E4,DS4,STM-1E,STS-3)2021/6/273NRZ編碼NRZcoding:1用發(fā)光表示，0用熄滅表示。這種編碼通常只用于低于10Gbps速率光連接信號。目前也有逐漸被替代的趨勢.2021/6/274NRZI編碼為了確保在數(shù)據(jù)傳輸時有足夠的跳變便于接收端穩(wěn)定的工作,大多數(shù)采用光纖傳輸?shù)臄?shù)字通訊系統(tǒng)采用Non-ReturntoZeroInverted(NRZI)coding.在NRZIcoding,0表示成線路上的信號狀態(tài)跳變,1表示成狀態(tài)不變.這種算法可以確保數(shù)據(jù)上有0串時不會出問題.2021/6/275在RZ編碼里,

信號在每個單位時間里都會回到0狀態(tài)即熄滅無光狀態(tài).1也只是有一半的時間處于激光開狀態(tài).光通信基礎知識介紹-RZ編碼2021/6/276NRZ和RZ兩種編碼的眼圖比較NRZ編碼眼圖，高功率電平為邏輯1，低功率電平為邏輯0，在兩高低兩階跳變。RZ編碼眼圖，底部有一根線為邏輯0，邏輯1顯示為脈沖。2021/6/277NRZ和RZ兩種編碼的比較NRZ編碼長期在光纖傳輸中占據(jù)統(tǒng)治地位，但是這種局面已經(jīng)開始顯示終結(jié)。NRZ編碼更適合在傳統(tǒng)的Coppermedia中傳輸。目前主要通常在10Gbps及以下的速率長距系統(tǒng)中應用。RZ比較NRZ碼而言，相同速率下具有較寬的頻譜范圍，更低的失真、更低的功耗、能更好地抑制非線性的影響。適合在大功率條件下工作，缺點是展寬了信號的頻譜，限制了信道的間隔。但對現(xiàn)代光纖傳輸系統(tǒng)而言帶寬已經(jīng)不再是限制條件，因此在高帶寬傳輸系統(tǒng)中普遍采用RZ碼.

目前在10Gbps以上系統(tǒng)中已經(jīng)開始采用RZ碼。2021/6/278性能參數(shù)光通信比較關注的性能參數(shù)

OMA(OpticModulationAmplitude) ER(ExtinctionRatio)Q因子(Quality)OSNR(OpticSignaltoNoiseRatio)EyeOpening/EyeOpeningPenaltyBitErrorRateReciverSensitivity2021/6/279光通信中的性能參數(shù)：OMA與ER邏輯1和邏輯0:

光功率高的狀態(tài)是邏輯1，反之則為邏輯0.

光功率常用:dBm=10log(Power(mW)/1(mW))OMA:OpticalModulationAmplitude

邏輯1和邏輯0光功率差:OMA=P1-P0

有時也定義成:ER:ExtinctionRatio,消光比2021/6/2710消光比與OMA

對線性衰減（嚴格的說是對dB值呈線性衰減）的傳輸系統(tǒng),ER為常數(shù).但是OMA是在減小的.這也就是隨著信號從發(fā)送端到接收端眼圖變窄的現(xiàn)象.OMA越高,信號在光纖中就能傳輸?shù)母h.ER越高,傳輸系統(tǒng)對外部噪聲的抗敏感度越高,魯棒性越好.2021/6/2711光通信中的性能參數(shù)：Q因子另外一個重要術語就是Q因子。理論上系統(tǒng)的誤碼率BER是完全由光信號的信噪(Signal-to-NoiseRatio)比決定的，也就是Q因子。一般主要在光纖放大器和接收端進行測量。(σ為噪聲的RMS值)2021/6/2712關于光信號眼圖測試模板光眼圖模板一般由3個區(qū)域組成，從上至下依次為1#、2#、3#區(qū)域模板的寬度為一個UI通常1#、3#區(qū)域為長方形，2#區(qū)域為六邊形或四邊形右圖模板上所有的數(shù)值均為百分比而非絕對的時間與光功率，因此我們通常稱之為“歸一化模板”通常，光眼圖模板的時間值是固定的，因為我們知道速率是多少，但是光功率是百分比值2021/6/2713采樣示波器如何去自動套用歸一化模板？第一步：檢測出輸入信號的平均光功率（AOP）第二步：將歸一化眼圖中的50％的百分比光功率值與AOP對應起來，至此眼圖模板上的縱軸百分比數(shù)值全部可變換為絕對值。由于數(shù)據(jù)率我們事先知道，因此橫軸就很容易轉(zhuǎn)換為絕對值。第三步：調(diào)整波形在橫軸的位置，將眼圖調(diào)整在模板（示波器屏幕）的正中央2021/6/2714眼圖測試的方式：RT與ET實時方式 單次觸發(fā)，完成數(shù)據(jù)采集。軟件方法進行波形切割與疊加 無需專門的觸發(fā)信號，可以直接使用被測信號進行觸發(fā) 樣點之間的間隔受示波器實時采樣率的限制，目前最小可達25ps等效采樣方式 多次觸發(fā)，完成數(shù)據(jù)采集。硬件方式進行波形切割與疊加 需要專門的觸發(fā)信號 樣點之間的間隔受示波器等效采樣率限制，目前最小在1ps以下2021/6/2715ET-RTBasics:

RTarchitecture-triggerondataandsampleinreal-timeArealtimescopedoesnotrequireaseparatesignaltotrigger:thesignalundertestcanactasthetriggerforinitiatingfastreal-timesamplingtoacquireawaveform.DatatriggertimevoltageMinimumtimebetweenreal-timesampledpointsisdeterminedbythefastestsampleratetherealtimescopeiscapableof.40GSamples/secresultsin25psbetweensampledpoints.**Onetriggercaninitiatethereal-timesamplingoftheentirerecordlength**Maximumresolutionishigherthroughinterpolation2021/6/2716ET-RTBasics:

ET-one-sample-per-trigger,repetitivepatternrequiredforpulsestreamsAnequivalent-time8000seriessamplingoscilloscoperequiresatriggersignal:thisisgenerallyauser-suppliedclock,arecoveredclock,orapatternsyncsignalsynchronoustothesignal.DatatriggervoltagetimePatternSyncAtriggerisrequiredforEACHsampledpointinthehighbandwidthequivalent-time8000scopeMinimumtimebetweenequivalent-timesampledpointsonhighbandwidth8000scopecanbeadjustedtofractionsofapicosecondPrecisionvariabledelay2021/6/2717ET-RTBasics:

ET–one-sample-per-trigger,nonrepetitivepatternokformasktestWhenaclocksignalisusedtotriggertheequivalent-time8200scopethesampledDATAsignalsgenerallycreateEYEPATTERNS(betweenclocktriggersthesampledDATAcouldbeeitheralogical1or0)DatatriggervoltagetimePrecisionvariabledelayAclocktriggercanbeuser-suppliedorrecoveredfromthedatatotriggertheequivalenttimesamplerClockEyepatternsarethecommonresultofclock-triggeringinEquivalenttimesampling:vectorsarenotdrawnsinceadjacentsamplescanjumpfromlogical1to0frequentlyMasktest2021/6/2718ET眼圖測試：沒有外觸發(fā)信號時時鐘恢復單元：CRU

當需要測試一個系統(tǒng)信號眼圖時，無法獲得觸發(fā)時鐘 需要一個時鐘恢復單元，從被測信號中恢復出時鐘用于觸發(fā) 事實上，一個真實的接收機內(nèi)部就有一個時鐘恢復單元CRU的要求 內(nèi)置Golden-PLL，跟隨信號的變化并解出時鐘 內(nèi)置針對于信號抖動的低通濾波器，濾除高頻抖動的影響 內(nèi)置抖動濾波器的帶寬為被測數(shù)據(jù)率的1/1667

內(nèi)置抖動濾波器的滾降特性滿足-20dB/Dec2021/6/2719eSerial:

Clockless

SignalincludesbothdataandclockpathTx+-+-+-+-RcvDifferentialserialdataissentwithoutanyclocksignalacrosstheinterconnecttothereceiverCDRDATADATACLOCKAclockis“recovered”fromtheincomingdataatthereceiverthroughaclockanddatarecoverycircuit(CDR).2021/6/2720關于4階B-T濾波器直接調(diào)制的光模塊通常有較大的過沖和振鈴 高帶寬的測試系統(tǒng)能看到此過沖與振鈴 低帶寬的測試系統(tǒng)會掩蓋此過沖與振鈴業(yè)界的一致性測試要求有統(tǒng)一的測試系統(tǒng)帶寬 目前采用標準參考接收機，即O/E與電信號示波器組成的系統(tǒng) 該系統(tǒng)滿足協(xié)會規(guī)定的頻響特性 絕大多數(shù)情況下系測試統(tǒng)頻響應遵循4階B-T濾波器的曲線 帶寬為被測試信號速率的0.75倍低帶寬的測試系統(tǒng)獲得的結(jié)果有意義嗎？ 往往會出現(xiàn)高帶寬測試的結(jié)果Fail而低帶寬測試結(jié)果Pass

參考接收機是按照現(xiàn)實中的光接收機所設計的2021/6/2721波長問題目前，按照光信號在光纖中的傳播方式有單模與多模之分；其波長也不一樣。主流的波長有780、850、1310、1550nm單模：9um光纖直徑，波長多為1310、1550nm多模：62.5um光纖直徑，波長多為780、850nm不同的模塊有不同的波長！2021/6/2722靈敏度問題在所有的標準中，都有對發(fā)送器發(fā)送光功率的最小要求 同時，要求接收機能夠在此條件下正常工作。既接收機的靈敏度不低于發(fā)送器的最小發(fā)送光功率測試儀器也是一樣的 例如，10GBase-EW接口，要求接收機最低能接收-13dBm的光功率。換言之，測試儀器的靈敏度必須優(yōu)于-13dBm且測試儀器的本底噪聲很小，否則測得的信號將湮沒在噪聲中2021/6/2723小結(jié)特定的速率需要特定的測試系統(tǒng)帶寬 需要帶寬為速率0.75倍的4階B-T濾波器的支持特定的速率需要特定的眼圖模板 需要標準的眼圖模板不同的光模塊有不同的波長要求 希望一臺測試設備同時滿足單模、多模的測試需求測試設備需要更高的靈敏度、更低的噪聲 在低功率的光接口測試中，會得到更準確、更漂亮的眼圖2021/6/2724研發(fā)與生產(chǎn)測試2021/6/2725我們最關注什么？測試結(jié)果準

ER、OMA、Q因子的測試結(jié)果準確測試速度快 客戶往往希望廠商提供眼圖，構(gòu)成眼圖的波形數(shù)是眼圖測試可靠度的衡量參數(shù)。如果波形處理速度慢，在使用相同的波形數(shù)構(gòu)建眼圖的時候會消耗更多的時間。反言之，波形處理速度慢，在相同的測試時間內(nèi)構(gòu)建眼圖的波形數(shù)就更少，測試結(jié)果更不可靠。穩(wěn)定

ER、OMA、Q因子的測試結(jié)果應當具有良好的重復性2021/6/2726不！還有接收端電眼圖，還有TDR測試接收端測試 光模塊不僅僅是E/O，還有O/E呢！ 因此，還有測光接收端的O/E輸出電眼圖差分TDR測試：Debug的重要手段

10G光模塊的輸入/輸出電信號速率實在是太高了！ 必須考慮連接器、內(nèi)部PCB的阻抗連續(xù)性顯得非常重要！串行光/電信號的抖動測試：Debug的重要手段 支持對高達10Gbps的信號進行皮秒級的抖動測量與分析注意！上述的電信號測試都是差分的?。?！2021/6/2727eSerial:

DifferentialTDRisusedondifferentialinterconnects.+-+-RcvTimeVoltageSamplingScopedisplayoftwoTDRwaveformsTwoTDRsamplingchannelsallowthedifferentialimpedancebetweentheDATA+andDATA-eSerialpathstobemeasured.TDR(80E04)+-+-2021/6/2728eSerial:

TDRiscommonlyusedindesignandmanufacturingtestofeSerialInterconnectsTimeVoltageSamplingScopedisplayofTDRwaveformsTDRcantestpassiveeSerialInterconnecttocharacterizewherepoorqualitywillexistwhenGbitDATAissentthroughit.MasktestTDRisakeytooltofindwherebadinterconnectsectionsmaycausepoorDATAquality.2021/6/2729泰克公司解決方案2021/6/2730示波器低速率光信號測試（<2.5Gbps） 實時示波器：CSA7404B

采樣示波器：CSA8200+80C07B高速率光信號測試(>2.5Gbps)

采樣示波器：CSA8200 <4.25Gbps：80C12+80A05 10Gbps：80C08C、80C11或80C12-10G+80A05 40Gbps：80C102021/6/2731CSA7404B采樣率:RT20GSa/s,ET1000GSa/s帶寬：電4GHz，光2.4GHz光接收范圍：700～1650

nm，其中780、850、1310、1550nm經(jīng)過嚴格校準光接收靈敏度：

-17dBm(1310、1550nm) -14dBm(780、850nm)支持標準：2.5Gbps以下通信標準2021/6/2732CSA8200主機：CSA8200 通道數(shù)量：8Ch插槽數(shù)量：6采樣率：200kS

順序采樣波形處理：每個通道均有獨立DSP進行處理2021/6/2733光測試模塊光接收模塊：80C07B波長范圍：700～1650nm（780，850，1310，1550nm經(jīng)過嚴格校準）光接收靈敏度：-22dBmRMS噪聲(最大)：-28dBm濾波器：155Mbps～2.5Gbps時鐘恢復：內(nèi)置應用：<2.5Gbps低速接口光接收模塊：80C08C波長范圍：700～1650nm（780，850，1310，1550nm經(jīng)過嚴格校準）光接收靈敏度：-15dBmRMS噪聲(最大)：-25dBm濾波器：9.953Gbps～11.1Gbps時鐘恢復：內(nèi)置應用：10Gbps接口2021/6/2734光測試模塊光接收模塊：80C12/80C12-10G波長范圍：700～1650nm（780，850，1310，1550nm經(jīng)過嚴格校準）光接收靈敏度：-15dBm/-12dBmRMS噪聲(最大)：-25dBm/-22dBm濾波器：155Mbps～4.25Gbps/9.953Gbps～11.1Gbps時鐘恢復：外置，與80A05匹配應用：<4.5Gbps接口或10Gbps接口時鐘恢復模塊：80A05 輸入形式：差分/單端（SMA50歐姆）支持時鐘恢復標準速率：155,622,1063,1250,2125,2488,2500,3.125G,3.188G,3.32G,4.25G withOPT10G：9.953G,10.31G,10.51G,10.66G,10.71G,11.10G用戶自定義時鐘恢復速率：50Mbps～2.7Gbps(連續(xù))，3.0Gbps～3.188Gbps（連續(xù)）光插入損耗：無2021/6/2735采樣示波器的電眼圖測試2021/6/2736使用TektronixCSA8200需要那些配置？配置電采樣模塊（足夠的帶寬）帶寬至少為DUT數(shù)據(jù)率的1.5倍(3次諧波)，如果在DUT數(shù)據(jù)率的2.5倍以上（5次諧波）則更佳時鐘恢復單元/模塊(CRU)可以恢復DUT數(shù)據(jù)率相對應的時鐘，且該CRU具有帶寬為DUT數(shù)據(jù)率1/1667的低通濾波器2021/6/2737電眼圖測試FAQ什么時候需要CRU？測試一個系統(tǒng)的串行接口指標時（如Xenpak的電輸出信號）沒有外部觸發(fā)信號提供時電CRU需要具備帶寬為速率/1667的濾波器嗎？需要，因為同樣需要模擬一個真實的電接收機電眼圖測試模塊需要類似于光眼圖測試的4階B-T濾波器嗎？不需要2021/6/2738采樣示波器的TDR測試2021/6/2739使用TektronixTDS/CSA8200需要那些配置？配置TDR電采樣模塊（80E04）帶寬20GHz，上升沿17.5ps，雙通道靜電保護模塊(80A02)單通道TDR探頭（P8018）帶寬20GHz，上升沿17.5ps2021/6/274080E04：真正的差分TDR測試10G光模塊的輸入/輸出高速電信號均為差分信號差分PCB走線一定要進行真正的差分TDR測量 何謂真正的差分TDR測量？ 高速的TDR正負脈沖同時從測試模塊發(fā)出 另一家公司的TDR正負脈沖不是同時從測試模塊發(fā)出，雖然能做到視覺上的對齊，但是經(jīng)不起示波器的觀測，謂之偽差分TDR

偽差分TDR其實相當于單獨