光模块研发与生产测试

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1、#Tektronix光模块研发与生产测试Senior Application Engineer: 周英航tny ing c泰克科技（中国）有限公司设计与制造测试仪器产品部光接口的测试项目发送器眼图模板Transmitted Eye Mask平均光功率Average Optical Power OFF发送器的平均发送光功率(OFF Average Power) 光调制幅度Optical Modulation Amplitude消光比测试Extinction Ratio： 中心波长Center Wavelength： RMS频谱宽度RMS Spectral Width： 边模抑制比Side Mod

2、e Suppression Ratio 相对强度噪声Relative Intensity Noise OMA 发送器色散与代价Transmission Dispersion and Penalty 受压的接收器灵敏度Stressed Receiver Sensitivity in OMA (Max)数据相关抖动Data Dependent Jitter受压的眼图抖动Stressed Eye Jitter垂直眼图关闭代价Vertical Eye Closure Penalty误码率Bit Error Rate常见的光通信中的编码方式 NRZ/RZ (SONET/SDH, Fiber Channe

3、lGigabit Ethernet, FDDI) AMI (E1/2/3, DS0/l/lA/lC/2/3,STS-l)CMI (E4, DS4, STM-IE, STS-3)3TektronixNRZI编码#TektronixNRZI编码Bit Startpoin 恰ONOFFLaser State NRZ coding:1用发光表示，o用熄灭表示。这种编码通常只用于低于lOGbps速率光连接信号。 目前也有逐渐被替代的趋势.1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0I 1I I I I I | Bit(j | I i I j !Startpointsi_ ONLaser _L OFF St

4、ate为了确保在数据传输时有足够的跳变便于接收端稳定的工 作,大多数采用光纤传输的数字通讯系统采用Non-Return to Zero Inverted (NRZI) coding.在NRZI coding, 0表示成线路上的信号状态跳变，1表示成 状态不变这种算法可以确保数据上有0串时不会出问题.5Tektronix光通信基础知识介绍-RZ编码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编码里，信号在每个单位时间里都会回到0状态即熄 灭无光状态1也只是有一半的时间处于激光开状

5、态.NRZ和RZ两种编码的眼图比较NRZ编码眼图，高功率电平 为逻辑1,低功率电平为 逻辑0,在两高低两阶跳 变。RZ编码眼图，底部有一根 线为逻辑0,逻辑I显 示为脉冲。NRZ和RZ两种编码的比较 NRZ编码长期在光纤传输中占据统治地位，但是这种局面已经开 始显示终结。NRZ编码更适合在传统的Copper media中传输。目前主要通常在lOGbps及以下的速率长距系统中应用。 RZ比较NRZ码而言，相同速率下具有较宽的频谱范围，更低的失 真、更低的功耗、能更好地抑制非线性的影响。适合在大功率条 件下工作，缺点是展宽了信号的频谱，限制了信道的间隔。但对 现代光纤传输系统而言带宽已经不再是限制

6、条件，因此在高带宽 传输系统中普遍采用RZ码.目前在lOGbps以上系统中已经开始采用RZ码。性能参数光通信比较关注的性能参数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光通信中的性能参数：OMA与ERER = 10 log 10P0PlPO逻辑1和逻辑0:光功率高的状态是逻辑1,反之则为逻辑0

7、.光功率常用:dBm = lOlog (Power (mW) / I (mW) OMA:Optical Modulation Amplitude逻辑1和逻辑0光功率差OMA=P1-PO有时也定义成： p1M = 2P“e *+1 P0P1+ P0P =1 averageER:Ex ti net ion Ratio,消光比11Tektronix消光比与OMA对线性衰减（严格的说是对迪值呈线性衰减）的传输系统,ER为 常数但是OMA是在减小的这也就是随着信号从发送端到接收端 眼图变窄的现象. OMA越高，信号在光纤中就能传输的更远ER越高，传输系统对外部 噪声的抗敏感度越高，鲁棒性越好.#Tekt

8、ronix光通信中的性能参数：Q因子13Tektronix光通信中的性能参数：Q因子VerticalSjgna.1ProfileSignal#Tektronix光通信中的性能参数：Q因子#Tektronix光通信中的性能参数：Q因子另外一个重要术语就是Q因子。理论上系统的误码率BER是完全由光信号 的信噪(Signal-to-Noise Ratio)比决定的，也就是Q因子。一般主要在 光纤放大器和接收端进行测量。(。为噪声的RMS值)P1 - P0Q =#Tektronix关于光信号眼图测试模板光眼图模板一般由3个区域组成, 从上至下依次为1#、2#、3#区 域模板的宽度为一个UINormal

9、ized Time (Unit Interval)00.220.3750.625 0.781.0130 jj1j 1.30通常1#、3#区域为长方形，2# 区域为六边形或四边形右图模板上所有的数值均为百分 比而非绝对的时间与光功率，因 此我们通常称之为“归一化模板”通常，光眼图模板的时间值是固 定的，因为我们知道速率是多少, 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 Interval) pru 一-dluClockDataEye patt

10、er ns are the common result of clock-triggering in Equivalent time sampling: vectors 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

11、PATTERNS (between dock triggers the sampled DATA could be either a logical 1 or 0)21TektronixET眼图测试：没有外触发信号时时钟恢复单元：CRU当需要测试一个系统信号眼图时，无法获得触发时钟需要一个时钟恢复单元，从被测信号中恢复出时钟用于触发事实上，一个真实的接收机内部就有一个时钟恢复单元 CRU的要求内置Golden-PLL,跟随信号的变化并解出时钟内置针对于信号抖动的低通滤波器，滤除高频抖动的影响 内置抖动滤波器的带宽为被测数据率的1/1667内置抖动滤波器的滚降特性满足-20dB/Dec23Tek

12、tronixeSerial： Clockless Signal includes both data and clockDifferential serial data 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关于4阶B

13、T滤波器直接调制的光模块通常有较大的过冲和振铃高带宽的测试系统能看到此过冲与振铃低带宽的测试系统会掩盖此过冲与振铃业界的一致性测试要求有统一的测试系统带宽目前采用标准参考接收机，即0/E与电信号示波器组成的系统该系统满足协会规定的频响特性绝大多数情况下系测试统频响应遵循4阶B-T滤波器的曲线带宽为被测试信号速率的0.75倍低带宽的测试系统获得的结果有意义吗？往往会出现高带宽测试的结果Fail而低带宽测试结果Pass参考接收机是按照现实中的光接收机所设计的波长问题目前，按照光信号在光纤中的传播方式有单模与多模之分；其波 长也不一样。主流的波长有780、850、1310、1550nm单模：9urr

14、i光纤直径，波长多为1310、1550nm 多模：62.5um光纤直径，波长多为780、850nm不同的模块有不同的波长!灵敏度问题在所有的标准中；都有对发送器发送光功率的最小要求同时，要求接收机能够在此条件下正常工作。既接收机的灵敏度 不低于发送器的最小发送光功率测试仪器也是一样的例如，10GBase-EW接口，要求接收机最低能接收13dBm的光功 率。换言之，测试仪器的灵敏度必须优于13dBm且测试仪器的 本底噪声很小，否则测得的信号将湮没在噪声中小结特定的速率需要特定的测试系统带宽需要带宽为速率0.75倍的4阶B-T滤波器的支持特定的速率需要特定的眼图模板需要标准的眼图模板不同的光模块有

15、不同的波长要求希望一台测试设备同时满足单模、多模的测试需求测试设备需要更高的灵敏度、更低的噪声在低功率的光接口测试中，会得到更准确、更漂亮的眼图27Tektronix研发与生产测试我们最关注什么？测试结果准ER、OMA、Q因子的测试结果准确测试速度快客户往往希望厂商提供眼图，构成眼图的波形数是眼图测试可靠 度的衡量参数。如果波形处理速度慢，在使用相同的波形数构建 眼图的时候会消耗更多的时间。反言之，波形处理速度慢，在相 同的测试时间内构建眼图的波形数就更少，测试结果更不可靠。稳定ER、OMA、Q因子的测试结果应当具有良好的重复性不！还有接收端电眼图，还有TDR测试接收端测试光模块不仅仅是E/0

16、,还有0/E呢！因此，还有测光接收端的0/E输出电眼图差分TDR测试：Debug的重要手段10G光模块的输入/输出电信号速率实在是太高了！必须考虑连接器、内部PCB的阻抗连续性显得非常重要!串行光/电信号的抖动测试：Debug的重要手段支持对高达lOGbps的信号进行皮秒级的抖动测量与分析上述的电信号测试都是差分的!eSerial： Differential TDR is used on differential interc orm ects.TDR(80E04)Time Iwo TDR sampling channels allow the differential impedance b

17、etween the DATA+ and DATA- eSeria! paths to be measured.eSerial： 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泰克公司解决方案示波器低速率光信号测试(v2

18、5Gbps)实时示波器：CSA7404B采样示波器：CSA8200+80C07B高速率光信号测试(2.5Gbps)采样示波器：CSA8200 850nm)支持标准：2. 5Gbps以下通信标准-CSA8200主机：CSA8200-通道数量：8Ch-插槽数量：6-米样率：200kS顺序米样-波形处理：每个通道均有独立DSP进行处理Tektronix光测试模块光接收模块：80C07B-波长范围：7001650nm （780, 850, 1310, 1550nm经过严格校准） -光接收灵敏度：-22dBm- RMS噪声（最大）：-28dBm-滤波器：155Mbps2. 5Gbps-时钟恢复：内置-应

19、用：2. 5Gbps低速接口光接收模块：80C08C-波长范围：7001650nm （780, 850, 1310, 1550nm经过严格校准） -光接收灵敏度：-15dBm-RMS噪声（最大）：-25dBm- 滤波器：9. 953Gbps11. lGbps-时钟恢复：内置-应用：lOGbps接口光接收模块:80C12 / 80C12-10G- 波长范围：7001650nm （780, 850, 1310, 1550nm经过严格校准） -光接收灵敏度：-15dBm /-12dBm-RMS噪声（最大）：-25dBm / -22dBm- 滤波器：155Mbps4 25Gbps / 9. 953Gb

20、psll lGbps-时钟恢复：夕卜置，与80A05匹配- 应用：4. 5Gbps接口 或 lOGbps接口时钟恢复模块:80A05输入形式：差分/单端（SMA 50欧姆）-支持时钟恢复标准速率：155,622,1063,1250,2125,2488,2500,3.125G,3.188G,3.32GZ4.25Gwith OPT10G：9.953G,10.31G,10.51G,10.66G,10.71GZ11.10G-用户自定义时钟恢复速率：50Mbps27Gbps（连续），3. OGbps3.188Gbps （连续） -光插入损耗：无35Tektronix采祥斥波器的电眼團测试Tektroni

21、x使用Tektronix CSA8200需要那些配置?配置-电采样模块（足够的带宽）带宽至少为DUT数据率的1. 5倍（3次 谐波）,如果在DUT数据率的2. 5倍以 上（5次谐波）则更佳-时钟恢复单元/模块（CRU） 町以恢复DUT数据率相对应的时钟, 且该CRU具有带宽为DUT数据率 1/1667的低通滤波器电眼图测试FAQ什么时候需要CRU?-测试一个系统的串行接口指标时（如Xenpak的电输出信号）-没有外部触发信号提供时电CRU需要具备带宽为速率/1667的滤波器吗?-需要，因为同样需要模拟一个真实的电接收机电眼图测试模块需要类似于光眼图测试的4阶BT滤波器吗?-不需要37Tektr

22、onix采祥斥波器的TDR测试Tektronix使用Tektronix TDS/CSA8200需要那些配置?配置-TDR电采样模块(80E04) 带宽20GHz,上升沿17. 5ps,双通道-静电保护模块(80A02) 单通道-TDR探头(P8018) 带宽20GHz,上升沿17. 5ps80E04:真正的差分TDR测试 10G光模块的输入/输出高速电信号均为差分信号差分PCB走线一定要进行真正的差分TDR测量何谓真正的差分TDR测量？高速的TDR正负脉冲同时从测试模块发出另一家公司的TDR正负脉冲不是同时从测试模块发出，虽然能做 到视觉上的对齐，但是经不起示波器的观测，谓之伪差分TDR伪差分

23、TDR其实相当于单独测试正负向的阻抗然后进行运算得出 测试结果，但这是有偏差的真差分TDR同时发出TDR脉冲，获得最真实的测试结果41Tektronix更多的Debug手段Tektronix如果您需要进行高阻探测DTG5334:数据定时发生器高达3.35Gbps速率 支持 PRBS5 PRBS23支持抖动注入频率高达250MH乙 幅度240ps支持数据通道之间的延时注入 延时分辨率高达0.2ps探头接口转换模块：80A03支持实时示波器的高阻探头在CSA8200上进行连接与测试#Tektronix如果您需要进行高阻探测 P7380/P7313差分探头，典型带 宽大于 8GHz/12.5GHz完

24、全支持XAUI接口的Live Test !Tektronix高阻差分测试47Tektronix#TektronixJ T ektronix dkJitDemo y0.13File Edit ResultsPDF Eye3002001300-100-200-33O-50-40-30-20-1001020304050Time (ps)Horizontal Threshold (mV)所Vertical Threshold (mUI) |5uuBER |1 $-12S-UJ)男旦 合POP：皮秒级的抖动分析与测量工具This eye is NOT the same eye as on the sco

25、pe screen. These are NOT sample hits plotted, this Eye does NOT close with more acq. time Rather, this eye shows the probability contours based on precise understanding of the underlying noise and jitter PDFs.Sampling Jitter Measurements Jitter Analysis backgroundAvailable in todays package51Tektronix谢谢大家!Tektronix505152