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100 Gb/s通信系统物理层测试应用分析

100 Gb/s通信系统物理层测试应用分析

点击数:7985 次   录入时间:03-04 12:01:16   整理:http://www.55dianzi.com   综合通信技术

    由于PCB的频响会损害高频成分,几厘米的PCB中多块Serdes芯片之间或Serdes和收发机之间的电信号要求进行信号调节:在发射机上预加重,在接收机上均衡。

    加压的接收机容限测试旨在保证每台满足标准的接收机即使在最坏情况标准输入信号下,仍能在指定BER下工作。对100 GbE IEEE 802.3ba和光纤通道32GFC,指定BER是10-12;对OIF-CEI,指定BER是10-15。100 Gb/s通信系统物理层测试应用指南

    3.1. 光接口发射机测试

    表3汇总了发射机建议。

    图4a和图4b显示了100GBASE-SR4和100GBASEER4 4×25 Gb/s形状的100 GbE的光接口眼图。眼图模板中使用的归一化逻辑电平0和1使用眼图中央0.2 UI的下半部分和上半部分确定。

    可以在DSA8300低噪声等效时间采样示波器或BERTScope上执行眼图模板测试。不管使用哪种设备,宽带宽光电接收机和时钟恢复单元都必不可少。时钟恢复-3 dB带宽在不同技术规范之间是不同的,一般为fdata/1667,CR286A满足了这一要求。CR286A是一种完全基于数字的二阶锁相环(PLL)模块,支持用户指定拐角频率,能够追踪直到24 MHz的抖动。

    光电接收机应该使用四阶Bessel-Thompson滤波器,参考频率是数据速率的四分之三,即3/4 fdata。其中没有包括滤波器,以提供标准光接口接收机的近似响应;但是,规范要求使用滤波器,以便不同的测试平台能够在统一的测量条件下运行。

    图4a. 低通Bessel-Thompson滤波器对加压眼图校准的影响。滚降频率成分超过20 GHz。图片摘自IEEE802.3ba标准。100 Gb/s通信系统物理层测试应用指南

    [图示内容:]

    Jitter Histogram (at waveform average, may not at waist): 抖动直方图(在波形平均值处,可能不在腰部)

    Vertical Eye Closure Histograms (at time-center of eye): 垂直眼图闭合直方图(在眼图的时间中心)

    Approximate OMA (difference of means of histograms): 近似的OMA (直方图平均值之差)

    图4b. BERTScope上的100GbE眼图模板。100 Gb/s通信系统物理层测试应用指南

    通过要求最低“命中率”(hit ratio),可以满足模板测试的随机特点。命中率定义为模板违规数量与每单位间隔采集的样点总数之比。由于这是一个统计指标,因此要注意,命中数越高,精度越高。

    如果发射机的命中率低于5×10-5,那么这台发射机是满足规范的。

    也可以在BERTScope或配有80SJNB抖动和噪声分析软件的DSA8300上更简便地测量BER轮廓,而且在统计上更可靠。只要BER=10-6轮廓位于模板外面,那么图5a中的发射机会通过5×10-5命中率眼图测试。BER轮廓技术还可以更简便地查看发射机通过测试时的余量。如图5b所示,BERTScope使用BER轮廓,评估信号的J9性能,并增加了余量性能(30 Gb/sec)。



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  图5a. 使用BER轮廓进行眼图模板测试。BER=10-6轮廓,也就是外部黄色-橙色轮廓,对应5×10-5命中率。

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  图5b. BERTScope使用30 Gb/sec信号获得的J9的BER轮廓。

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    表4. 100 GbE加压接收机灵敏度测试条件汇总。所有压力装置的影响总和必须满足垂直眼图闭合及J2和J9抖动规范。100 Gb/s通信系统物理层测试应用指南

    3.2. 光接口接收机测试

  远距离和扩展距离4×25 Gb/s拓扑(100GBASE-LR4和100GBASE-ER4)的光接口接收机压力测试类似,但ER4要求更高的灵敏度和强健性,参见表4。图6说明了怎样把校准后的压力水平施加到测试信号中,表4汇总了各种压力。在这些数据速率下,生成满足标准的压力水平非常棘手。通过选项STR,BERTScope可以使用内部损伤系统,生成满足标准的加压信号,把基于可调谐激光器的信号驱动到被测光接口接收机设备中(参见图6)。

  首先,配置BERTScope驱动Mach-Zehnder (MZ)光调制器,然后调谐MZ偏置,优化1/0对称度,但不要超过表4中给出的光调制幅度(OMA)。

  根据图1中的模板把正弦曲线抖动(SJ)应用到码型发生器时钟,保证接收机能够追踪低频抖动。

  图6. 直接来自BERTScope的正弦曲线干扰源驱动激光器进行光接口接收机测试。100 Gb/s通信系统物理层测试应用指南

  图7. 正弦曲线抖动压力模板。
 

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    [图示内容:]

    Amplitude: 幅度

    SinuSOIdal jitter: 正弦曲线抖动

      Frequency: 频率

  使用四阶Bessel-Thompson滤波器,生成符号间干扰(ISI)。根据IEEE802.3ba压力调节模块规定,这种19 GHz低通滤波器特点从测试发生器输出中去掉了高阶谐波,以便在测量垂直眼图闭合代价和数据相关抖动(DDJ)中实现更加统一的测量方式。

  使用精确高斯噪声发生器,应用随机抖动(RJ)。通过增加噪声,然后把信号传送给限制放大器,可以在信号上施加高斯RJ。对这些数据速率下要求的精度,限制器AM到PM转换是应用RJ的理想方式。

  尽管已经发布的标准中还没有要求,但随着我们在25+ Gb/s中获得更多的经验,预计规范中将要求观察随机噪声(RN)。通过在信号中增加精确的高斯噪声,还可以引入RN,当然没有限制器。

  把垂直眼图闭合代价(VECP)设置成表4给出的水平需要多个步骤。光学VEC的计算公式如下:

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    其中眼高EH(2.5×10-3)是在某个BER下规定的垂直眼图张开水平。尽管概念上有些麻烦,但EH(BER)定义的精确度要高于平均峰峰值电压摆幅。它相当于2.5×10-3的多个BER轮廓之间眼图中心的垂直距离,在BERTScope或装有80SJNB软件的DSA8300上可以简便地测量这一指标。

  在设置VECP后调谐J2和J9抖动电平。J2和J9指明了抖动分布的特点。高概率抖动、99%的分布包含在J2中,因此J2等于在BER = 2.5×10-3时规定的总抖动(TJ)。另一方面,J9表明抖动分布尾部以低概率RJ为主,外部的十亿分之一;因此J9等于BER = 2.5×10-10时的TJ。

  在信号中增加正弦曲线干扰(幅度调制),直到达到J2要求,参见图8。

  图8. 在装有80SJNB的DSA 8300软件上测量J2的实例。100 Gb/s通信系统物理层测试应用指南
    图9. 在测试J2后,J9电平为0.35 UI,为满足J9规范,增加<335 fs rms RJ。100 Gb/s通信系统物理层测试应用指南

    由于J2和J9之间BER不一致性很宽,即使少量的rms RJ,就会把J9提高到要求的电平,而对J2的影响则非常小。例如,在图9中,如果在设置J2后J9电平是0.35 UI,那么为满足0.47 UI J9规范,要增加0.12 UI的RJ,即<335 fs的rms RJ。必需特别注意,保证信号源固有的Rj低于332 fs,否则就会不可能实现图9所示的同时侦听J2和J9。为了增加超过仪器噪底的非常少量的Rj,我们使用精密rj噪声源,把飞秒级的RJ增加到信号路径中。为了侦听J9抖动电平,需要增加的Rj增量一般非常小。这一步至关重要,因为在校准工作中要作为一个系统使用BERTScope发生器和DSA8300采样示波器。

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