光模塊研發(fā)與生產(chǎn)測(cè)試

1、#Tektronix光模塊研發(fā)與生產(chǎn)測(cè)試Senior Application Engineer: 周英航tny ing< hang. zhou6)tektronix> c泰克科技（中國(guó)）有限公司設(shè)計(jì)與制造測(cè)試儀器產(chǎn)品部光接口的測(cè)試項(xiàng)目發(fā)送器眼圖模板Transmitted Eye Mask平均光功率Average Optical Power OFF發(fā)送器的平均發(fā)送光功率(OFF Average Power) 光調(diào)制幅度Optical Modulation Amplitude消光比測(cè)試Extinction Ratio： 中心波長(zhǎng)Center Wavelength： RMS頻譜寬度RMS

2、 Spectral Width： 邊模抑制比Side Mode Suppression Ratio 相對(duì)強(qiáng)度噪聲Relative Intensity Noise OMA 發(fā)送器色散與代價(jià)Transmission Dispersion and Penalty 受壓的接收器靈敏度Stressed Receiver Sensitivity in OMA (Max)數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)Data Dependent Jitter受壓的眼圖抖動(dòng)Stressed Eye Jitter垂直眼圖關(guān)閉代價(jià)Vertical Eye Closure Penalty誤碼率Bit Error Rate常見(jiàn)的光通信中的編碼方式 N

3、RZ/RZ (SONET/SDH, Fiber ChannelGigabit Ethernet, FDDI) AMI (E1/2/3, DS0/l/lA/lC/2/3,STS-l)CMI (E4, DS4, STM-IE, STS-3)3TektronixNRZI編碼#TektronixNRZI編碼Bit Startpoin 恰ONOFFLaser State NRZ coding:1用發(fā)光表示，o用熄滅表示。這種編碼通常只用于低于lOGbps速率光連接信號(hào)。 目前也有逐漸被替代的趨勢(shì).1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0I 1I I I I I | Bit(j | I i I j !S

4、tartpointsi_ ONLaser _L OFF State為了確保在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)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-Return to Zero Inverted (NRZI) coding.在NRZI coding, 0表示成線路上的信號(hào)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(shí)不會(huì)出問(wèn)題.5Tektronix光通信基礎(chǔ)知識(shí)介紹-RZ編碼1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0Mil丨BitIlliStartpointst n nn n n on Laser StateU LJ U OFF在RZ編碼里，信號(hào)在每個(gè)單位時(shí)間里都

5、會(huì)回到0狀態(tài)即熄 滅無(wú)光狀態(tài)1也只是有一半的時(shí)間處于激光開狀態(tài).NRZ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I顯 示為脈沖。NRZ和RZ兩種編碼的比較 NRZ編碼長(zhǎng)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Copper media中傳輸。目前主要通常在lOGbps及以下的速率長(zhǎng)距系統(tǒng)中應(yīng)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(diǎn)是展寬了信號(hào)的頻譜，限

6、制了信道的間隔。但對(duì) 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lOGbps以上系統(tǒng)中已經(jīng)開始采用RZ碼。性能參數(shù)光通信比較關(guān)注的性能參數(shù)OMA(Optic Modulation Amplitude)ER (Extinction Ratio)Q 因子(Quality)OSNR(Optic Signal to Noise Ratio) Eye Opening/Eye Opening Penalty Bit Error RateReciver Sensitivity9Tektronix光通信中的性能參數(shù)：OMA與ERER = 10 log 10P0P

7、lPO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 = lOlog (Power (mW) / I (mW) OMA:Optical Modulation Amplitude邏輯1和邏輯0光功率差OMA=P1-PO有時(shí)也定義成： p1M = 2P“e *+1 P0P1+ P0P =1 averageER:Ex ti net ion Ratio,消光比11Tektronix消光比與OMA對(duì)線性衰減（嚴(yán)格的說(shuō)是對(duì)迪值呈線性衰減）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(hào)從發(fā)送端到接收端 眼圖變窄的現(xiàn)象. OMA越高，信號(hào)在光纖中就能傳輸?shù)母h(yuǎn)ER越高

8、，傳輸系統(tǒng)對(duì)外部 噪聲的抗敏感度越高，魯棒性越好.#Tektronix光通信中的性能參數(shù)：Q因子13Tektronix光通信中的性能參數(shù)：Q因子VerticalSjgna.1ProfileSignal#Tektronix光通信中的性能參數(shù)：Q因子#Tektronix光通信中的性能參數(shù)：Q因子另外一個(gè)重要術(shù)語(yǔ)就是Q因子。理論上系統(tǒng)的誤碼率BER是完全由光信號(hào) 的信噪(Signal-to-Noise Ratio)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(jìn)行測(cè)量。(。為噪聲的RMS值)P1 - P0Q =#Tektronix關(guān)于光信號(hào)眼圖測(cè)試模板光眼圖模板一般由3個(gè)區(qū)域組成, 從上至下

9、依次為1#、2#、3#區(qū) 域模板的寬度為一個(gè)UINormalized Time (Unit Interval)00.220.3750.625 0.781.0130 jj1j 1.30通常1#、3#區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)方形，2# 區(qū)域?yàn)榱呅位蛩倪呅斡覉D模板上所有的數(shù)值均為百分 比而非絕對(duì)的時(shí)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(shí)間值是固 定的，因?yàn)槲覀冎浪俾适嵌嗌? 但是光功率是百分比值()pnl_dlu< paz_EluON008050o o o o 2 2001i80200.202237.562.578100Normalized Time (% of Unit In

10、terval) pru 一-dlu<PQN-eulloN15Tektronix采樣示波器如何去自動(dòng)套用歸一化模板?第一步：檢測(cè)出輸入信號(hào)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(duì)應(yīng)起 來(lái)，至此眼圖模板上的縱軸百分比數(shù)值全部可變換為絕對(duì)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(duì)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17Tektronix#Tektronix眼圖測(cè)試的方式：RT與ET實(shí)時(shí)方式單次觸發(fā)，完成數(shù)據(jù)采集。軟件方法進(jìn)行波形切割與疊加無(wú)需專門的觸發(fā)信號(hào),可以直接使用被測(cè)信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)樣點(diǎn)之間的間隔受示波

11、器實(shí)時(shí)采樣率的限制，目前最小可達(dá)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(jìn)行波形切割與疊加 需要專門的觸發(fā)信號(hào)樣點(diǎn)之間的間隔受示波器等效采樣率限制，目前最小在ips以下ET-RT Basics:RTarchitecture trigger on data and sample in real-time5One trigger can initiate the real-time sampling of the entire record lengthpoints is determined by the fastest sample rate (J the realtime sco

12、pe is capable of. 卜I 40GSamples/sec results in 25ps between 丿 'I sampled points.*(D Data603 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.*Maximum resolution is higher

13、 through interpolationET-RT Basics:ET- one-sample-per-trigger, repetitive pattern required for pulse streamsData An equivalent-time 8000series sampling oscilloscope requires atrigger signal: this is generally a user-supplied dock, a recovereddock, or a pattern sync signal synchronous to the signal.E

14、T-RT Basics:ET- one-sample-per-trigger, non repetitive pattern ok for mask testAA clock trigger can be user- I supplied or recovered from I the data to trigger theIequivale nt ti me samplerJf Me4o>ClockDataEye patter ns are the common result of clock-triggering in Equivalent time sampling: vector

15、s are not drawn since adjacent samples can jump fromlogcal 1 to 0 frequentlyPrecision vaiiaiDledel ay When a dock signal is used to trigger the equivalent-time 8200 scope the sampled DATA signals generally create EYE PATTERNS (between dock triggers the sampled DATA could be either a logical 1 or 0)2

16、1TektronixET眼圖測(cè)試：沒(méi)有外觸發(fā)信號(hào)時(shí)時(shí)鐘恢復(fù)單元：CRU當(dāng)需要測(cè)試一個(gè)系統(tǒng)信號(hào)眼圖時(shí)，無(wú)法獲得觸發(fā)時(shí)鐘需要一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)單元，從被測(cè)信號(hào)中恢復(fù)出時(shí)鐘用于觸發(fā)事實(shí)上，一個(gè)真實(shí)的接收機(jī)內(nèi)部就有一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)單元 CRU的要求內(nèi)置Golden-PLL,跟隨信號(hào)的變化并解出時(shí)鐘內(nèi)置針對(duì)于信號(hào)抖動(dòng)的低通濾波器，濾除高頻抖動(dòng)的影響 內(nèi)置抖動(dòng)濾波器的帶寬為被測(cè)數(shù)據(jù)率的1/1667內(nèi)置抖動(dòng)濾波器的滾降特性滿足-20dB/Dec23TektronixeSerial： Clockless Signal includes both data and clockDifferential serial dat

17、a is sent without any clock signal across the in tercon nect to the receiverCDR data*A clock is "recovered" from the incoming data at the receiver through a clock and data recovery circuit (CDR).DATACLOCK*wwwwwwwww關(guān)于4階BT濾波器»直接調(diào)制的光模塊通常有較大的過(guò)沖和振鈴高帶寬的測(cè)試系統(tǒng)能看到此過(guò)沖與振鈴低帶寬的測(cè)試系統(tǒng)會(huì)掩蓋此過(guò)沖與振鈴業(yè)界的一致性測(cè)試

18、要求有統(tǒng)一的測(cè)試系統(tǒng)帶寬目前采用標(biāo)準(zhǔn)參考接收機(jī)，即0/E與電信號(hào)示波器組成的系統(tǒng)該系統(tǒng)滿足協(xié)會(huì)規(guī)定的頻響特性絕大多數(shù)情況下系測(cè)試統(tǒng)頻響應(yīng)遵循4階B-T濾波器的曲線帶寬為被測(cè)試信號(hào)速率的0.75倍低帶寬的測(cè)試系統(tǒng)獲得的結(jié)果有意義嗎？往往會(huì)出現(xiàn)高帶寬測(cè)試的結(jié)果Fail而低帶寬測(cè)試結(jié)果Pass參考接收機(jī)是按照現(xiàn)實(shí)中的光接收機(jī)所設(shè)計(jì)的波長(zhǎng)問(wèn)題目前，按照光信號(hào)在光纖中的傳播方式有單模與多模之分；其波 長(zhǎng)也不一樣。主流的波長(zhǎng)有780、850、1310、1550nm單模：9urri光纖直徑，波長(zhǎng)多為1310、1550nm 多模：62.5um光纖直徑，波長(zhǎng)多為780、850nm不同的模塊有不同的波長(zhǎng)!靈敏度問(wèn)

19、題»在所有的標(biāo)準(zhǔn)中；都有對(duì)發(fā)送器發(fā)送光功率的最小要求同時(shí)，要求接收機(jī)能夠在此條件下正常工作。既接收機(jī)的靈敏度 不低于發(fā)送器的最小發(fā)送光功率測(cè)試儀器也是一樣的例如，10GBase-EW接口，要求接收機(jī)最低能接收13dBm的光功 率。換言之，測(cè)試儀器的靈敏度必須優(yōu)于13dBm且測(cè)試儀器的 本底噪聲很小，否則測(cè)得的信號(hào)將湮沒(méi)在噪聲中小結(jié)特定的速率需要特定的測(cè)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(biāo)準(zhǔn)的眼圖模板不同的光模塊有不同的波長(zhǎng)要求希望一臺(tái)測(cè)試設(shè)備同時(shí)滿足單模、多模的測(cè)試需求測(cè)試設(shè)備需要更高的靈敏度、更低的噪聲在低功率的光接口測(cè)試中，

20、會(huì)得到更準(zhǔn)確、更漂亮的眼圖27Tektronix研發(fā)與生產(chǎn)測(cè)試我們最關(guān)注什么？測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)ER、OMA、Q因子的測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確測(cè)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(cè)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(shí)候會(huì)消耗更多的時(shí)間。反言之，波形處理速度慢，在相 同的測(cè)試時(shí)間內(nèi)構(gòu)建眼圖的波形數(shù)就更少，測(cè)試結(jié)果更不可靠。穩(wěn)定ER、OMA、Q因子的測(cè)試結(jié)果應(yīng)當(dāng)具有良好的重復(fù)性不！還有接收端電眼圖，還有TDR測(cè)試接收端測(cè)試光模塊不僅僅是E/0,還有0/E呢！因此，還有測(cè)光接收端的0/E輸出電眼圖差分TDR測(cè)試：Debug的重要手段10G光模塊的輸入/輸出電信

21、號(hào)速率實(shí)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(hào)的抖動(dòng)測(cè)試：Debug的重要手段支持對(duì)高達(dá)lOGbps的信號(hào)進(jìn)行皮秒級(jí)的抖動(dòng)測(cè)量與分析上述的電信號(hào)測(cè)試都是差分的!eSerial： Differential TDR is used on differential interc orm ects.TDR(80E04)Time Iwo TDR sampling channels allow the differential impedance between the DATA+ and DATA- eSeria! paths to be measured.eSe

22、rial： TDR is commonly used in design and manufacturing test of eSerial InterconnectsTimeTDR can test passive eSerial Interconnect to characterize where poor qualitywill exist when Gbit DATA is sent through it33Tektronix泰克公司解決方案示波器低速率光信號(hào)測(cè)試(v25Gbps)實(shí)時(shí)示波器：CSA7404B采樣示波器：CSA8200+80C07B高速率光信號(hào)測(cè)試(>2.5Gbp

23、s)采樣示波器：CSA8200<4.25Gbps： 80C12+80A05lOGbps： 80C08C、80C11 或80C12-10G +80A0540Gbps： 80C10#TektronixCSA7404B采樣率:RT20GSa/s, ET1000GSa/s帶寬：電4GHz,光2.4GHz光接收范圍：7001650 nm,其 中780、850、1310、1550nm經(jīng)過(guò) 嚴(yán)格校準(zhǔn)光接收靈敏度：-17dBm(1310、 1550nm)-14dBm(780> 850nm)支持標(biāo)準(zhǔn)：2. 5Gbps以下通信標(biāo)準(zhǔn)-CSA8200主機(jī)：CSA8200-通道數(shù)量：8Ch-插槽數(shù)量：6-米

24、樣率：200kS順序米樣-波形處理：每個(gè)通道均有獨(dú)立DSP進(jìn)行處理Tektronix光測(cè)試模塊光接收模塊：80C07B-波長(zhǎng)范圍：7001650nm （780, 850, 1310, 1550nm經(jīng)過(guò)嚴(yán)格校準(zhǔn)） -光接收靈敏度：-22dBm- RMS噪聲（最大）：-28dBm-濾波器：155Mbps2. 5Gbps-時(shí)鐘恢復(fù)：內(nèi)置-應(yīng)用：2. 5Gbps低速接口光接收模塊：80C08C-波長(zhǎng)范圍：7001650nm （780, 850, 1310, 1550nm經(jīng)過(guò)嚴(yán)格校準(zhǔn)） -光接收靈敏度：-15dBm-RMS噪聲（最大）：-25dBm- 濾波器：9. 953Gbps11. lGbps-時(shí)鐘

25、恢復(fù)：內(nèi)置-應(yīng)用：lOGbps接口光接收模塊:80C12 / 80C12-10G- 波長(zhǎng)范圍：7001650nm （780, 850, 1310, 1550nm經(jīng)過(guò)嚴(yán)格校準(zhǔn)） -光接收靈敏度：-15dBm /-12dBm-RMS噪聲（最大）：-25dBm / -22dBm- 濾波器：155Mbps4 25Gbps / 9. 953Gbpsll lGbps-時(shí)鐘恢復(fù)：夕卜置，與80A05匹配- 應(yīng)用：4. 5Gbps接口 或 lOGbps接口時(shí)鐘恢復(fù)模塊:80A05輸入形式：差分/單端（SMA 50歐姆）-支持時(shí)鐘恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)速率：155,622,1063,1250,2125,2488,2500,3

26、.125G,3.188G,3.32GZ4.25Gwith OPT10G：9.953G,10.31G,10.51G,10.66G,10.71GZ11.10G-用戶自定義時(shí)鐘恢復(fù)速率：50Mbps27Gbps（連續(xù)），3. OGbps3.188Gbps （連續(xù)） -光插入損耗：無(wú)35Tektronix采祥斥波器的電眼團(tuán)測(cè)試Tektronix使用Tektronix CSA8200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(shí)鐘恢復(fù)單元/模塊（CRU） 町以恢復(fù)DUT數(shù)據(jù)率相對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘, 且該CR

27、U具有帶寬為DUT數(shù)據(jù)率 1/1667的低通濾波器電眼圖測(cè)試FAQ什么時(shí)候需要CRU?-測(cè)試一個(gè)系統(tǒng)的串行接口指標(biāo)時(shí)（如Xenpak的電輸出信號(hào)）-沒(méi)有外部觸發(fā)信號(hào)提供時(shí)電CRU需要具備帶寬為速率/1667的濾波器嗎?-需要，因?yàn)橥瑯有枰M一個(gè)真實(shí)的電接收機(jī)電眼圖測(cè)試模塊需要類似于光眼圖測(cè)試的4階BT濾波器嗎?-不需要37Tektronix采祥斥波器的TDR測(cè)試Tektronix使用Tektronix TDS/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(hù)模塊(80A02) 單通道-TDR探頭(P8018) 帶寬20GHz,上升沿17. 5ps80E04:真正的差分TDR測(cè)試 10G光模塊的輸入/輸出高速電信號(hào)均為差分信號(hào)差分PCB走線一定要進(jìn)行真正的差分TDR測(cè)量何謂真正的差分TDR測(cè)量？高速的TDR正負(fù)脈沖同時(shí)從測(cè)試模塊發(fā)出另一家公司的TDR正負(fù)脈沖不是同時(shí)從測(cè)試模塊發(fā)出，雖然能做 到視覺(jué)上的對(duì)齊，但是經(jīng)不起示波器的觀測(cè)，謂之偽差分TDR偽差分TDR其實(shí)相當(dāng)于單獨(dú)測(cè)試正負(fù)向的阻抗