SFP光模塊研發(fā)與測(cè)試方法ppt課件.ppt

1、SFP光模塊研發(fā)與測(cè)試方法,1,2,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 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)T

2、ransmission 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,3,常見的光通信中的編碼方式,NRZ/RZ (SONET/SDH, Fiber Channel Gigabit Ethernet, FDDI) AMI (E1/2/3, DS0/1/1A/1C/2/3,ST

3、S-1) CMI (E4, DS4, STM-1E, STS-3),4,NRZ編碼,NRZ coding: 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(hào)。目前也有逐漸被替代的趨勢(shì).,5,NRZI編碼,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.,6,在RZ編碼里, 信號(hào)在每個(gè)單位時(shí)間里都會(huì)回到0狀態(tài)即熄滅無(wú)光狀態(tài).

4、 1也只是有一半的時(shí)間處于激光開狀態(tài).,光通信基礎(chǔ)知識(shí)介紹-RZ編碼,7,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1顯示為脈沖。,8,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10Gbps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

5、譜，限制了信道的間隔。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10Gbps以上系統(tǒng)中已經(jīng)開始采用RZ碼。,9,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 Rate Reciver Sensitivity,10,光通信中的性能參數(shù)：OMA與ER,邏輯1和邏輯0: 光功率高

6、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:Optical Modulation Amplitude 邏輯1和邏輯0光功率差: OMA=P1-P0 有時(shí)也定義成: ER:Extinction Ratio,消光比,11,消光比與OMA,對(duì)線性衰減（嚴(yán)格的說(shuō)是對(duì)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(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,傳輸系統(tǒng)對(duì)外部噪聲的抗敏感度越高,魯棒性越好.,12,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

7、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),13,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，從上至下依次為1#、2#、3#區(qū)域 模板的寬度為一個(gè)UI 通常1#、3#區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)方形，2#區(qū)域?yàn)榱呅位蛩倪呅?右圖模板上所有的數(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?14,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）

8、 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,15,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1ps以下,16,

9、ET-RT Basics: RT architecture - trigger 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,trigger,time,voltage,Minimum time between real-time

10、sampled points is determined by the fastest sample 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-

11、sample-per-trigger, repetitive pattern required for pulse 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,trigger,voltage,A trigger is required

12、 for EACH sampled point in the high bandwidth equivalent-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 ma

13、sk test,When a clock signal is used to trigger the equivalent-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,trigger,voltage,time,Precision variable delay,A clock trigger can be user-supplied or r

14、ecovered from the data to trigger the equivalent time sampler,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,19,ET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

15、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/Dec,20,eSerial: Clockless Signal includes both data and clock,path,Differential serial data is sent without any clock signal across the interconnect to th

16、e receiver,A clock is “recovered” from the incoming data at the receiver through a clock and data recovery circuit (CDR).,21,關(guān)于4階B-T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O/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

17、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,22,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：9um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)！,23,靈敏度問(wèn)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，10

18、GBase-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,24,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，會(huì)得到更準(zhǔn)確、更漂亮的眼圖,研發(fā)與生產(chǎn)測(cè)試,25,26,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

19、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,27,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/O，還有O/E呢！ 因此，還有測(cè)光接收端的O/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)

20、10Gbps的信號(hào)進(jìn)行皮秒級(jí)的抖動(dòng)測(cè)量與分析,注意！上述的電信號(hào)測(cè)試都是差分的！,28,eSerial: Differential TDR is used on differential interconnects.,Voltage,Sampling Scope display of two TDR waveforms,Two TDR sampling channels allow the differential impedance between the DATA+ and DATA- eSerial paths to be measured.,TDR (80E04),29,eSerial

21、: TDR is commonly used in design and manufacturing test of eSerial Interconnects,Voltage,Sampling Scope display of TDR waveforms,TDR can test passive eSerial Interconnect to characterize where poor quality will exist when Gbit DATA is sent through it.,TDR is a key tool to find where bad interconnect

22、 sections may cause poor DATA quality.,泰克公司解決方案,30,31,示波器,低速率光信號(hào)測(cè)試（2.5Gbps) 采樣示波器：CSA8200 4.25Gbps：80C12+80A05 10Gbps：80C08C、80C11或80C12-10G +80A05 40Gbps：80C10,32,CSA7404B,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、

23、850nm) 支持標(biāo)準(zhǔn)：2.5Gbps以下通信標(biāo)準(zhǔn),33,CSA8200,主機(jī)：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(gè)通道均有獨(dú)立DSP進(jìn)行處理,34,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

24、：-15dBm RMS噪聲(最大)：-25dBm 濾波器：9.953Gbps11.1Gbps 時(shí)鐘恢復(fù)：內(nèi)置 應(yīng)用：10Gbps接口,35,光測(cè)試模塊,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 / 9.953Gbps11.1Gbps 時(shí)鐘恢復(fù)：外置，與80A05匹配 應(yīng)用：4.5Gbps接口 或 10Gbps接口 時(shí)鐘恢復(fù)模塊：80A05 輸入形式：差分/單端 （SMA

25、 50歐姆） 支持時(shí)鐘恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)速率：155,622,1063,1250,2125,2488,2500,3.125G,3.188G,3.32G,4.25G with OPT10G：9.953G,10.31G,10.51G,10.66G,10.71G,11.10G 用戶自定義時(shí)鐘恢復(fù)速率：50Mbps2.7Gbps(連續(xù))，3.0Gbps3.188Gbps（連續(xù)） 光插入損耗：無(wú),采樣示波器的電眼圖測(cè)試,36,37,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

26、時(shí)鐘恢復(fù)單元/模塊(CRU) 可以恢復(fù)DUT數(shù)據(jù)率相對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘，且該CRU具有帶寬為DUT數(shù)據(jù)率1/1667的低通濾波器,38,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B-T濾波器嗎？ 不需要,采樣示波器的TDR測(cè)試,39,40,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17.5ps,41,80E04：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，雖然能做到視覺上的對(duì)齊，但是經(jīng)不起示波器的觀