1. 前言
在过去十年中，大量的带宽密集型应用迅猛增长。影视点播、IP语音、云计算和存储技术对带宽的胃口非常大，这些技术推动了100 Gb/s技术的部署。
高速串行(HSS)技术的强大动力、其抗噪声差分信令及抗抖动嵌入式时钟、外加眼图闭合均衡功能，在以前想象不到的印刷电路板(PCB)长度上实现了25+ Gb/s的速率。把多条并行的HSS链路结合在一起，简化了把100G信号传输到光接口收发机的过程，可以简便地连接到光纤骨干上。其结果，许多数据通信技术和电信技术正在使用100 Gb以太网(100 GbE)传输信号，包括SAS、Infiniband、乃至光纤通道，其甚至正在替代古老的SONET/SDH。
业内正在争相部署100G技术，但在25+ Gb/s速率下整个行业的经验不足，因此更需要了解波形与数字信号误码率(BER)的关系。比如，25 Gb/s下的位周期是40 ps，抖动预算几乎消失，<3 ps的随机抖动使眼图闭合，新兴标准允许的RJ一般低于700 fs。
本应用指南涵盖了装配100G系统必需的发射机和接收机测试。由于每种25+ Gb/s HSS技术都有共同的主题，因此我们将考察100 GbE一致性测试要求，同时指出其它高速系统(如光纤通道的32GFEC)之间的差异。在100 GbE规范存在空白时，如在25-28 Gb/s电接口信令中，我们将采用光学互通论坛公共电接口实现协议(OIF-CEI)。
在执行测试时，我们将遇到抖动、噪声和串扰相互影响等常见问题。在介绍一致性测试后，我们将提供测试建议，以帮助诊断不满足标准的元器件和系统，测量性能余量。
2. 新兴的100 Gb/s和相关标准
许多标准建议执行测试，以保证元器件的互操作能力。在本节中，我们将概括这些技术规范，参见表1。一定要记住，大多数标准还没有出版，我们引用的数字应视为预计的典型值，但在进行一致性测试时，应检查实际标准中的具体数值！
技术规范一般是以类似于法律的工程术语编写的，因此我们编写了这一指南，作为辅助资料，阐明测试本身、测试的作用以及怎样执行测试。
在电气方面，这些技术一般拥有以下特点：均衡性、单向、100欧姆、差分信令并采用嵌入式时钟、低压摆幅、非归零(NRZ)信号、多条通道。
由于同一术语在不同规范之间有不同叫法，因此我们首先要明确可能产生的误解。在本文中，我们要区分数据速率和净荷速率：数据速率是指原始数据传播的速率；净荷数据不包括纠错和编码开销，因此净荷速率≤数据速率。由于我们只讨论NRZ信令，因此我们使用Gb/s而不是Gbaud，并把“符号”和“位”(或码)视为相同的术语。
2.1. 100 GbE – IEEE Std 802.3ba
我们将考察两个已经确定的100 GbE光传输规范，参见表一。IEEE Std 802.3ba标准包括这两个规范：远距离光传输规范100GBASE-LR4，扩展距离光传输规范100GBASE-ER4。这两种规范之间的区别主要在接收端。与LR4接收机相比，ER4接收机的灵敏度更高，必须能够通过更难的压力容限测试。
在本应用指南编写时，短距离传输规范100GBASE-SR4、4×25 Gb/s低成本多模(MM)标准及通过电缆和背板传输的电接口标准100GBASE-CR4和100GBASEKR4都正在开发之中。在这些规范完成时，100GBASE规范将提供一套完整的光学互连系统。
图1. 2000年与2015年光传输收入比较(图片版权：2012年Heavy Reading版权所有)。
[图示内容：]
The Shifting Trends in OptICal Spend: 光学开支转移趋势
Worldwide Optical Transport Revenue, 2000 and 2015 (%): 全球光学传输收入，2000年和2015年(%)
OTN Ethernet: OTN以太网
30 billion: 300亿
18 billion: 180亿
Source: Heavy Reading, 2012: 资料来源：Heavy Reading, 2012年
SONET/SDH
在过去十年中，以太网已经成为所有网络的首选技术，包括数据通信网络和电信网络。图1预测到2015年，ONET/SDH在光学传输收入中的占比将从70%下跌到不到15%。
2.2. 100 OIF CEI
OIF-CEI实现协议(IAs)没有像IEEE的802.3ba 100 GbE或光纤通道规范那样规定一致性测试。相反，其重点放在了信息性测试和标准化测试上，试图保证元器件在不同标准之间的互操作能力。从某种意义上来说，“标准化”测试与一致性测试类似，委员会规定标准化测试的目是保证互操作能力；而“信息化”测试则是推荐性的，以更深入地了解性能和余量。在本指南中，我们摘录了两个OIF-CEI IA，参见表1。
短距离IA、OIF-28G-SR在300 mm的PCB上由19.90-28.05 Gb/s差分对的多条通路组成，最多有一条连接在BER < 10-15下工作。
超短距离IA、OIF-28G-VSR还没有出版，但我们摘取了初步版本中的指引信息。它由19.60-28.05 Gb/s的多条电通路组成，用来在Serdes (在IA中叫作主机)和收发机(在IA中叫作模块)之间传送信号。Serdes和收发机可以相距大约100 mm的PCB到连接器距离，外加50 mm左右的传导轨迹；系统的工作BER必须< 10-15。
2.3. 光纤通道32GFC
高速率光纤通道标准32GFC的数据速率为28.05 Gb/s。32GFC实现了28.05 Gb/s技术，之所以出现这种名称上的混淆，是因为每一代技术的名称都希望表示净荷速率(而不是数据速率)比上一代技术翻了一番。这一混淆始于从8GFC转向16GFC时开销大幅度下降，数据速率从8.5 Gb/s提高到14.025 Gb/s，但净荷速率从6.4 Gb/s翻番到12.8 Gb/s。32GFC的净荷速率是25.6 Gb/s，是16GFC的两倍；而数据速率是28.05 Gb/s，远远低于32GFC缩写暗示的速率。
在本指南编写时，32GFC还没有出版，初步版本的参考值很少。
图2. 图(a) 4×25 Gb/s 100G Serdes-收发机WDM光学系统，图(b) 4×25 Gb/s 100G Serdes-收发机光学系统，图(c) 4×25 Gb/s 100G Serdes到Serdes电接口系统。图中没有显示对称返回路径。
[图示内容：]
Transceiver: 收发机
3. 100G系统测试
图2是典型的100G系统的构成部分图。Serdes串行化信号，传送四个25+ Gb/s差分对。可以集成Serdes，也可以每个输出包括多个不同组件。25+ Gb/s电信号从Serdes传送到光接口收发机。收发机对信号再定时，在单模(SM)或多模(MM)光纤上传送光学版本信号。第二台收发机接收光信号，把信号转换成电信号，然后传送到另一个Serdes进行解串行化。纯电信号采用相同的方式，而没有收发机驱动的中间光学信令。 
不管是发射机测试还是接收机测试，不管是光接口还是电接口，我们都使用测试码型，把元器件的每个方面和系统的每个组件投入测试。伪随机二进制序列(PRBSn)是标准化的码型，拥有n位的每个置换。OIF CID抖动容限码型旨在拥有PRBS31最激进的元素，外加连续相同(CID)位的72位序列，但采用的是可管理的长度。
泰克BERTScope误码率测试仪提供了100G通信使用的所有测试码型，包括PRBS31、加扰空闲或相关的每个常用测试码型及用户设计的任何码型，长度最长128 Mb。
图3. 受到(a)同步串扰和(b)异步串扰影响的眼图。
所有发射机测试，包括电接口发射机和光接口发射机，都应在每条系统通道双向活动的情况下进行，以包括所有合理的串扰干扰源。为防止不切实际的数据相关干扰，串扰通道上的码型测试应不同于测试信号码型。如果每个汇总器不可能传送唯一的码型，至少应在码型之间引入足够的延迟，以便这些码型不会被同步。
基于多种原因，串扰通道还应该采用同步定时运行：首先，除特殊情况外，每条通道都有一个时钟，这个时钟从输入数据中独立恢复。在每个时钟以相同的标称速率运行时，它们既没有锁频，也没有锁相，也就是说，它们没有同步。第二，如图3所示，同步串扰的属性不同于同步串扰。每次在汇总器进行逻辑跳变时，都会在测试信号眼图的相同区域发生同步串扰劣化。另一方面，同步串扰会导致随机定时劣化。
如果Serdes集成在拥有多个串行化输出的一块芯片上，您必须注意芯片间串扰。如果多个输出使用一个公共时钟定时，那么这些输出应该活动，与测试通道同步，每条通道应发送一个唯一的信号。
本文关键字：通信 综合通信技术，通信技术 - 综合通信技术
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