SFP光模塊研發(fā)與測試方法-文檔資料

1、1SFP光模塊研發(fā)與測試方法2光接口的測試項(xiàng)目發(fā)送器眼圖模板發(fā)送器眼圖模板Transmitted Eye MaskTransmitted Eye Mask平均光功率平均光功率Average Optical PowerAverage Optical PowerOFF發(fā)送器的平均發(fā)送光功率（OFF Average Power）光調(diào)制幅度光調(diào)制幅度Optical Modulation AmplitudeOptical Modulation Amplitude消光比測試消光比測試Extinction RatioExtinction Ratio：中心波長Center Wavelength：RMS頻譜寬度

2、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)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 Rate3常見的光通信中的編碼方式NR

3、Z/RZ (SONET/SDH, Fiber Channel Gigabit Ethernet, FDDI)AMI (E1/2/3, DS0/1/1A/1C/2/3,STS-1)CMI (E4, DS4, STM-1E, STS-3)4NRZ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)目前也有逐漸被替代的趨勢(shì). .5NRZI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NRZ

4、I 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)即熄滅無光狀態(tài). 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7NRZ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。8NRZ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Copper media中傳輸。 目前主要通常在10Gbps及以下的速率長

5、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)OMA(Optic Modulation Amplitude) ER(Extinction Ratio) ER(Extinction Ratio) Q Q因子因子(Quality)(Q

6、uality) OSNR(Optic Signal to Noise Ratio) Eye Opening/Eye Opening Penalty Bit Error Rate Reciver Sensitivity10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: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2011011012PPPPPPPOMAPaver

7、ageaverage01log10,0110PPdBPPER11消光比與OMA 對(duì)線性衰減（嚴(yán)格的說是對(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0101PPQ另外一個(gè)重要術(shù)語就是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)行測量。(為噪聲的RMS值)13關(guān)于光信號(hào)眼圖測試模板光眼圖模板一般由3

8、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浪俾适嵌嗌伲枪夤β适前俜直戎?4采樣示波器如何去自動(dòng)套用歸一化模板？第一步：檢測出輸入信號(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，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

9、15眼圖測試的方式：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需專門的觸發(fā)信號(hào)，可以直接使用被測信號(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16ET-RT Basics: RT architecture - trigger on data and sample in real-timeA realtime scope does not require a separate signal to trigg

10、er: the signal under test can act as the trigger for initiating fast real-time sampling to acquire a waveform.DatatimevoltageMinimum time between real-time sampled points is determined by the fastest sample rate the realtime scope is capable of. 40GSamples/sec results in 25ps between sampled points.

11、*One trigger can initiate the real-time sampling of the entire record length*Maximum resolution is higher through interpolation17ET-RT Basics: ET - one-sample-per-trigger, repetitive pattern required for pulse streamsAn equivalent-time 8000 series sampling oscilloscope requires a trigger signal: thi

12、s is generally a user-supplied clock, a recovered clock, or a pattern sync signal synchronous to the signal.DatavoltagetimePattern SyncA trigger is required for EACH sampled point in the high bandwidth equivalent-time 8000 scopeMinimum time between equivalent-time sampled points on high bandwidth 80

13、00 scope can be adjusted to fractions of a picosecondPrecision variable delay18ET-RT Basics: ET one-sample-per-trigger, non repetitive pattern ok for mask testWhen a clock signal is used to trigger the equivalent-time 8200 scope the sampled DATA signals generally create EYE PATTERNS (between clock t

14、riggers the sampled DATA could be either a logical 1 or 0)DatavoltagetimePrecision variable delayA clock trigger can be user-supplied or recovered from the data to trigger the equivalent time samplerClockEye patterns are the common result of clock-triggering in Equivalent time sampling: vectors are

15、not drawn since adjacent samples can jump from logical 1 to 0 frequentlyMask test19ET眼圖測試：沒有外觸發(fā)信號(hào)時(shí)時(shí)鐘恢復(fù)單元：CRU當(dāng)需要測試一個(gè)系統(tǒng)信號(hào)眼圖時(shí)，無法獲得觸發(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/Dec20eSerial: Clockl

16、ess Signal includes both data and clockpathTx+-+-+-+-RcvDifferential serial data is sent without any clock signal across the interconnect to the receiverCDRDATADATACLOCKA 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

17、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(huì)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(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)情況下系測試統(tǒng)頻響應(yīng)遵循4階B-T濾波器的曲線帶寬為被測試信號(hào)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(huì)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(jī)是按照現(xiàn)實(shí)中的光接收機(jī)所設(shè)計(jì)的22波長問題目前，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

18、、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！23靈敏度問題在所有的標(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(hào)將湮沒在噪聲中24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(biāo)準(zhǔn)的眼圖模板不同的光模塊有不同的波長要求希望一臺(tái)測

19、試設(shè)備同時(shí)滿足單模、多模的測試需求測試設(shè)備需要更高的靈敏度、更低的噪聲在低功率的光接口測試中，會(huì)得到更準(zhǔn)確、更漂亮的眼圖25研發(fā)與生產(chǎn)測試26我們最關(guān)注什么？測試結(jié)果準(zhǔn)ER、OMA、Q因子的測試結(jié)果準(zhǔn)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(shí)候會(huì)消耗更多的時(shí)間。反言之，波形處理速度慢，在相同的測試時(shí)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(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

20、/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(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)測試：Debug的重要手段支持對(duì)高達(dá)10Gbps的信號(hào)進(jìn)行皮秒級(jí)的抖動(dòng)測量與分析注意！上述的電信號(hào)測試都是差分的！注意！上述的電信號(hào)測試都是差分的！28eSerial: Differential TDR is used on differential interconnects. +-+-RcvTimeVoltageSampling Scope display of two TDR waveformsTwo TDR sampl

21、ing channels allow the differential impedance between the DATA+ and DATA- eSerial paths to be measured.TDR(80E04)+-+-29eSerial: TDR is commonly used in design and manufacturing test of eSerial Interconnects TimeVoltageSampling Scope display of TDR waveformsTDR can test passive eSerial Interconnect t

22、o characterize where poor quality will exist when Gbit DATA is sent through it. Mask testTDR is a key tool to find where bad interconnect sections may cause poor DATA quality.30泰克公司解決方案31示波器低速率光信號(hào)測試（2.5Gbps)采樣示波器：CSA82004.25Gbps：80C12+80A0510Gbps：80C08C、80C11或80C12-10G +80A0540Gbps：80C1032CSA7404B采樣

23、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)33CSA8200主機(jī)：主機(jī)：CSA8200CSA8200 通道數(shù)量：8Ch8Ch 插槽數(shù)量：6 6 采樣率：200kS200kS 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光測試模塊光接收模塊：光接收模塊：80C07B80C07B 波長范圍：7001650nm （780，850，1310，1550

24、nm經(jīng)過嚴(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：光接收模塊：80C08C80C08C 波長范圍：7001650nm （780，850，1310，1550nm經(jīng)過嚴(yán)格校準(zhǔn)） 光接收靈敏度：-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光測試模塊光接收模塊：光接收模塊：80C12 / 80C12-10G80C12 / 80C12-10G 波長范圍：7001650nm （780，850，

25、1310，1550nm經(jīng)過嚴(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：時(shí)鐘恢復(fù)模塊：80A0580A05 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：155,622,1063,1250,2125,2488,2500,3.125G,3.188G,3.32G,4.25Gwith OPT10G：9.953G,10.31G,10.51G,10.6

26、6G,10.71G,11.10G 用戶自定義時(shí)鐘恢復(fù)速率：用戶自定義時(shí)鐘恢復(fù)速率：50Mbps50Mbps2.7Gbps(2.7Gbps(連續(xù)連續(xù)) )，3.0Gbps3.0Gbps3.188Gbps3.188Gbps（連續(xù)）（連續(xù)） 光插入損耗：無無36采樣示波器的電眼圖測試37使用使用Tektronix CSA8200Tektronix CSA8200需要那些配置？需要那些配置？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)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

27、DUT數(shù)據(jù)率1/1667的低通濾波器38電眼圖測試FAQ什么時(shí)候需要CRU？ 測試一個(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39采樣示波器的TDR測試40使用使用Tektronix TDS/CSA8200Tektronix TDS/CSA8200需要那些配置？需要那些配置？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17.5ps4180E04：真正的差分TDR測試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測量何謂真正的差分TDR