100 Gb/s通信系統(tǒng)物理層測試應(yīng)用指南
1. 引言
在過去十年中,大量的帶寬密集型應(yīng)用迅猛增長。影視點播、IP語音、云計算和存儲技術(shù)對帶寬的胃口非常大,這些技術(shù)推動了100 Gb/s技術(shù)的部署。
高速串行(HSS)技術(shù)的強大動力、其抗噪聲差分信令及抗抖動嵌入式時鐘、外加眼圖閉合均衡功能,在以前想象不到的印刷電路板(PCB)長度上實現(xiàn)了25+ Gb/s的速率。把多條并行的HSS鏈路結(jié)合在一起,簡化了把100G信號傳輸?shù)焦饨涌谑瞻l(fā)機的過程,可以簡便地連接到光纖骨干上。其結(jié)果,許多數(shù)據(jù)通信技術(shù)和電信技術(shù)正在使用100 Gb以太網(wǎng)(100 GbE)傳輸信號,包括SAS、Infiniband、乃至光纖通道,其甚至正在替代古老的SONET/SDH。
業(yè)內(nèi)正在爭相部署100G技術(shù),但在25+ Gb/s速率下整個行業(yè)的經(jīng)驗不足,因此更需要了解波形與數(shù)字信號誤碼率(BER)的關(guān)系。比如,25 Gb/s下的位周期是40 ps,抖動預(yù)算幾乎消失,<3 ps的隨機抖動使眼圖閉合,新興標準允許的RJ一般低于700 fs。
本應(yīng)用指南涵蓋了裝配100G系統(tǒng)必需的發(fā)射機和接收機測試。由于每種25+ Gb/s HSS技術(shù)都有共同的主題,因此我們將考察100 GbE一致性測試要求,同時指出其它高速系統(tǒng)(如光纖通道的32GFEC)之間的差異。在100 GbE規(guī)范存在空白時,如在25-28 Gb/s電接口信令中,我們將采用光學(xué)互通論壇公共電接口實現(xiàn)協(xié)議(OIF-CEI)。
在執(zhí)行測試時,我們將遇到抖動、噪聲和串擾相互影響等常見問題。在介紹一致性測試后,我們將提供測試建議,以幫助診斷不滿足標準的元器件和系統(tǒng),測量性能余量。
2. 新興的100 Gb/s和相關(guān)標準
許多標準建議執(zhí)行測試,以保證元器件的互操作能力。在本節(jié)中,我們將概括這些技術(shù)規(guī)范,參見表1。一定要記住,大多數(shù)標準還沒有出版,我們引用的數(shù)字應(yīng)視為預(yù)計的典型值,但在進行一致性測試時,應(yīng)檢查實際標準中的具體數(shù)值!
技術(shù)規(guī)范一般是以類似于法律的工程術(shù)語編寫的,因此我們編寫了這一指南,作為輔助資料,闡明測試本身、測試的作用以及怎樣執(zhí)行測試。
在電氣方面,這些技術(shù)一般擁有以下特點:均衡性、單向、100歐姆、差分信令并采用嵌入式時鐘、低壓擺幅、非歸零(NRZ)信號、多條通道。
由于同一術(shù)語在不同規(guī)范之間有不同叫法,因此我們首先要明確可能產(chǎn)生的誤解。在本文中,我們要區(qū)分數(shù)據(jù)速率和凈荷速率:數(shù)據(jù)速率是指原始數(shù)據(jù)傳播的速率;凈荷數(shù)據(jù)不包括糾錯和編碼開銷,因此凈荷速率≤數(shù)據(jù)速率。由于我們只討論NRZ信令,因此我們使用Gb/s而不是Gbaud,并把“符號”和“位”(或碼)視為相同的術(shù)語。
2.1. 100 GbE – IEEE Std 802.3ba
我們將考察兩個已經(jīng)確定的100 GbE光傳輸規(guī)范,參見表一。IEEE Std 802.3ba標準包括這兩個規(guī)范:遠距離光傳輸規(guī)范100GBASE-LR4,擴展距離光傳輸規(guī)范100GBASE-ER4。這兩種規(guī)范之間的區(qū)別主要在接收端。與LR4接收機相比,ER4接收機的靈敏度更高,必須能夠通過更難的壓力容限測試。
在本應(yīng)用指南編寫時,短距離傳輸規(guī)范100GBASE-SR4、4×25 Gb/s低成本多模(MM)標準及通過電纜和背板傳輸?shù)碾娊涌跇藴?00GBASE-CR4和100GBASEKR4都正在開發(fā)之中。在這些規(guī)范完成時,100GBASE規(guī)范將提供一套完整的光學(xué)互連系統(tǒng)。
圖1. 2000年與2015年光傳輸收入比較(圖片版權(quán):2012年Heavy Reading版權(quán)所有)。
[圖示內(nèi)容:]
The Shifting Trends in Optical Spend: 光學(xué)開支轉(zhuǎn)移趨勢
Worldwide Optical Transport Revenue, 2000 and 2015 (%): 全球光學(xué)傳輸收入,2000年和2015年(%)
OTN Ethernet: OTN以太網(wǎng)
30 billion: 300億
18 billion: 180億
Source: Heavy Reading, 2012: 資料來源:Heavy Reading, 2012年
SONET/SDH
在過去十年中,以太網(wǎng)已經(jīng)成為所有網(wǎng)絡(luò)的首選技術(shù),包括數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和電信網(wǎng)絡(luò)。圖1預(yù)測到2015年,ONET/SDH在光學(xué)傳輸收入中的占比將從70%下跌到不到15%。
2.2. 100 OIF CEI
OIF-CEI實現(xiàn)協(xié)議(IAs)沒有像IEEE的802.3ba 100 GbE或光纖通道規(guī)范那樣規(guī)定一致性測試。相反,其重點放在了信息性測試和標準化測試上,試圖保證元器件在不同標準之間的互操作能力。從某種意義上來說,“標準化”測試與一致性測試類似,委員會規(guī)定標準化測試的目是保證互操作能力;而“信息化”測試則是推薦性的,以更深入地了解性能和余量。在本指南中,我們摘錄了兩個OIF-CEI IA,參見表1。
短距離IA、OIF-28G-SR在300 mm的PCB上由19.90-28.05 Gb/s差分對的多條通路組成,最多有一條連接在BER < 10-15下工作。
超短距離IA、OIF-28G-VSR還沒有出版,但我們摘取了初步版本中的指引信息。它由19.60-28.05 Gb/s的多條電通路組成,用來在Serdes (在IA中叫作主機)和收發(fā)機(在IA中叫作模塊)之間傳送信號。Serdes和收發(fā)機可以相距大約100 mm的PCB到連接器距離,外加50 mm左右的傳導(dǎo)軌跡;系統(tǒng)的工作BER必須< 10-15。
2.3. 光纖通道32GFC
高速率光纖通道標準32GFC的數(shù)據(jù)速率為28.05 Gb/s。32GFC實現(xiàn)了28.05 Gb/s技術(shù),之所以出現(xiàn)這種名稱上的混淆,是因為每一代技術(shù)的名稱都希望表示凈荷速率(而不是數(shù)據(jù)速率)比上一代技術(shù)翻了一番。這一混淆始于從8GFC轉(zhuǎn)向16GFC時開銷大幅度下降,數(shù)據(jù)速率從8.5 Gb/s提高到14.025 Gb/s,但凈荷速率從6.4 Gb/s翻番到12.8 Gb/s。32GFC的凈荷速率是25.6 Gb/s,是16GFC的兩倍;而數(shù)據(jù)速率是28.05 Gb/s,遠遠低于32GFC縮寫暗示的速率。
在本指南編寫時,32GFC還沒有出版,初步版本的參考值很少。
圖2. 圖(a) 4×25 Gb/s 100G Serdes-收發(fā)機WDM光學(xué)系統(tǒng),圖(b) 4×25 Gb/s 100G Serdes-收發(fā)機光學(xué)系統(tǒng),圖(c) 4×25 Gb/s 100G Serdes到Serdes電接口系統(tǒng)。圖中沒有顯示對稱返回路徑。
[圖示內(nèi)容:]
Transceiver: 收發(fā)機
3. 100G系統(tǒng)測試
圖2是典型的100G系統(tǒng)的構(gòu)成部分圖。Serdes串行化信號,傳送四個25+ Gb/s差分對??梢约蒘erdes,也可以每個輸出包括多個不同組件。25+ Gb/s電信號從Serdes傳送到光接口收發(fā)機。收發(fā)機對信號再定時,在單模(SM)或多模(MM)光纖上傳送光學(xué)版本信號。第二臺收發(fā)機接收光信號,把信號轉(zhuǎn)換成電信號,然后傳送到另一個Serdes進行解串行化。純電信號采用相同的方式,而沒有收發(fā)機驅(qū)動的中間光學(xué)信令。
不管是發(fā)射機測試還是接收機測試,不管是光接口還是電接口,我們都使用測試碼型,把元器件的每個方面和系統(tǒng)的每個組件投入測試。偽隨機二進制序列(PRBSn)是標準化的碼型,擁有n位的每個置換。OIF CID抖動容限碼型旨在擁有PRBS31最激進的元素,外加連續(xù)相同(CID)位的72位序列,但采用的是可管理的長度。
泰克BERTScope誤碼率測試儀提供了100G通信使用的所有測試碼型,包括PRBS31、加擾空閑或相關(guān)的每個常用測試碼型及用戶設(shè)計的任何碼型,長度最長128 Mb。
圖3. 受到(a)同步串擾和(b)異步串擾影響的眼圖。
所有發(fā)射機測試,包括電接口發(fā)射機和光接口發(fā)射機,都應(yīng)在每條系統(tǒng)通道雙向活動的情況下進行,以包括所有合理的串擾干擾源。為防止不切實際的數(shù)據(jù)相關(guān)干擾,串擾通道上的碼型測試應(yīng)不同于測試信號碼型。如果每個匯總器不可能傳送唯一的碼型,至少應(yīng)在碼型之間引入足夠的延遲,以便這些碼型不會被同步。
基于多種原因,串擾通道還應(yīng)該采用同步定時運行:首先,除特殊情況外,每條通道都有一個時鐘,這個時鐘從輸入數(shù)據(jù)中獨立恢復(fù)。在每個時鐘以相同的標稱速率運行時,它們既沒有鎖頻,也沒有鎖相,也就是說,它們沒有同步。第二,如圖3所示,同步串擾的屬性不同于同步串擾。每次在匯總器進行邏輯跳變時,都會在測試信號眼圖的相同區(qū)域發(fā)生同步串擾劣化。另一方面,同步串擾會導(dǎo)致隨機定時劣化。
如果Serdes集成在擁有多個串行化輸出的一塊芯片上,您必須注意芯片間串擾。如果多個輸出使用一個公共時鐘定時,那么這些輸出應(yīng)該活動,與測試通道同步,每條通道應(yīng)發(fā)送一個唯一的信號。
由于PCB的頻響會損害高頻成分,幾厘米的PCB中多塊Serdes芯片之間或Serdes和收發(fā)機之間的電信號要求進行信號調(diào)節(jié):在發(fā)射機上預(yù)加重,在接收機上均衡。
加壓的接收機容限測試旨在保證每臺滿足標準的接收機即使在最壞情況標準輸入信號下,仍能在指定BER下工作。對100 GbE IEEE 802.3ba和光纖通道32GFC,指定BER是10-12;對OIF-CEI,指定BER是10-15。
3.1. 光接口發(fā)射機測試
表3匯總了發(fā)射機建議。
圖4a和圖4b顯示了100GBASE-SR4和100GBASEER4 4×25 Gb/s形狀的100 GbE的光接口眼圖。眼圖模板中使用的歸一化邏輯電平0和1使用眼圖中央0.2 UI的下半部分和上半部分確定。
可以在DSA8300低噪聲等效時間采樣示波器或BERTScope上執(zhí)行眼圖模板測試。不管使用哪種設(shè)備,寬帶寬光電接收機和時鐘恢復(fù)單元都必不可少。時鐘恢復(fù)-3 dB帶寬在不同技術(shù)規(guī)范之間是不同的,一般為fdata/1667,CR286A滿足了這一要求。CR286A是一種完全基于數(shù)字的二階鎖相環(huán)(PLL)模塊,支持用戶指定拐角頻率,能夠追蹤直到24 MHz的抖動。
光電接收機應(yīng)該使用四階Bessel-Thompson濾波器,參考頻率是數(shù)據(jù)速率的四分之三,即3/4 fdata。其中沒有包括濾波器,以提供標準光接口接收機的近似響應(yīng);但是,規(guī)范要求使用濾波器,以便不同的測試平臺能夠在統(tǒng)一的測量條件下運行。
圖4a. 低通Bessel-Thompson濾波器對加壓眼圖校準的影響。滾降頻率成分超過20 GHz。圖片摘自IEEE802.3ba標準。
[圖示內(nèi)容:]
Jitter Histogram (at waveform average, may not at waist): 抖動直方圖(在波形平均值處,可能不在腰部)
Vertical Eye Closure Histograms (at time-center of eye): 垂直眼圖閉合直方圖(在眼圖的時間中心)
Approximate OMA (difference of means of histograms): 近似的OMA (直方圖平均值之差)
圖4b. BERTScope上的100GbE眼圖模板。
通過要求最低“命中率”(hit ratio),可以滿足模板測試的隨機特點。命中率定義為模板違規(guī)數(shù)量與每單位間隔采集的樣點總數(shù)之比。由于這是一個統(tǒng)計指標,因此要注意,命中數(shù)越高,精度越高。
如果發(fā)射機的命中率低于5×10-5,那么這臺發(fā)射機是滿足規(guī)范的。
也可以在BERTScope或配有80SJNB抖動和噪聲分析軟件的DSA8300上更簡便地測量BER輪廓,而且在統(tǒng)計上更可靠。只要BER=10-6輪廓位于模板外面,那么圖5a中的發(fā)射機會通過5×10-5命中率眼圖測試。BER輪廓技術(shù)還可以更簡便地查看發(fā)射機通過測試時的余量。如圖5b所示,BERTScope使用BER輪廓,評估信號的J9性能,并增加了余量性能(30 Gb/sec)。
圖5a. 使用BER輪廓進行眼圖模板測試。BER=10-6輪廓,也就是外部黃色-橙色輪廓,對應(yīng)5×10-5命中率。
圖5b. BERTScope使用30 Gb/sec信號獲得的J9的BER輪廓。
表4. 100 GbE加壓接收機靈敏度測試條件匯總。所有壓力裝置的影響總和必須滿足垂直眼圖閉合及J2和J9抖動規(guī)范。
3.2. 光接口接收機測試
遠距離和擴展距離4×25 Gb/s拓撲(100GBASE-LR4和100GBASE-ER4)的光接口接收機壓力測試類似,但ER4要求更高的靈敏度和強健性,參見表4。圖6說明了怎樣把校準后的壓力水平施加到測試信號中,表4匯總了各種壓力。在這些數(shù)據(jù)速率下,生成滿足標準的壓力水平非常棘手。通過選項STR,BERTScope可以使用內(nèi)部損傷系統(tǒng),生成滿足標準的加壓信號,把基于可調(diào)諧激光器的信號驅(qū)動到被測光接口接收機設(shè)備中(參見圖6)。
首先,配置BERTScope驅(qū)動Mach-Zehnder (MZ)光調(diào)制器,然后調(diào)諧MZ偏置,優(yōu)化1/0對稱度,但不要超過表4中給出的光調(diào)制幅度(OMA)。
根據(jù)圖1中的模板把正弦曲線抖動(SJ)應(yīng)用到碼型發(fā)生器時鐘,保證接收機能夠追蹤低頻抖動。
圖6. 直接來自BERTScope的正弦曲線干擾源驅(qū)動激光器進行光接口接收機測試。
圖7. 正弦曲線抖動壓力模板。
[圖示內(nèi)容:]
Amplitude: 幅度
Sinusoidal jitter: 正弦曲線抖動
Frequency: 頻率
使用四階Bessel-Thompson濾波器,生成符號間干擾(ISI)。根據(jù)IEEE802.3ba壓力調(diào)節(jié)模塊規(guī)定,這種19 GHz低通濾波器特點從測試發(fā)生器輸出中去掉了高階諧波,以便在測量垂直眼圖閉合代價和數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(DDJ)中實現(xiàn)更加統(tǒng)一的測量方式。
使用精確高斯噪聲發(fā)生器,應(yīng)用隨機抖動(RJ)。通過增加噪聲,然后把信號傳送給限制放大器,可以在信號上施加高斯RJ。對這些數(shù)據(jù)速率下要求的精度,限制器AM到PM轉(zhuǎn)換是應(yīng)用RJ的理想方式。
盡管已經(jīng)發(fā)布的標準中還沒有要求,但隨著我們在25+ Gb/s中獲得更多的經(jīng)驗,預(yù)計規(guī)范中將要求觀察隨機噪聲(RN)。通過在信號中增加精確的高斯噪聲,還可以引入RN,當然沒有限制器。
把垂直眼圖閉合代價(VECP)設(shè)置成表4給出的水平需要多個步驟。光學(xué)VEC的計算公式如下:
其中眼高EH(2.5×10-3)是在某個BER下規(guī)定的垂直眼圖張開水平。盡管概念上有些麻煩,但EH(BER)定義的精確度要高于平均峰峰值電壓擺幅。它相當于2.5×10-3的多個BER輪廓之間眼圖中心的垂直距離,在BERTScope或裝有80SJNB軟件的DSA8300上可以簡便地測量這一指標。
在設(shè)置VECP后調(diào)諧J2和J9抖動電平。J2和J9指明了抖動分布的特點。高概率抖動、99%的分布包含在J2中,因此J2等于在BER = 2.5×10-3時規(guī)定的總抖動(TJ)。另一方面,J9表明抖動分布尾部以低概率RJ為主,外部的十億分之一;因此J9等于BER = 2.5×10-10時的TJ。
在信號中增加正弦曲線干擾(幅度調(diào)制),直到達到J2要求,參見圖8。
圖8. 在裝有80SJNB的DSA 8300軟件上測量J2的實例。
圖9. 在測試J2后,J9電平為0.35 UI,為滿足J9規(guī)范,增加<335 fs rms RJ。
由于J2和J9之間BER不一致性很寬,即使少量的rms RJ,就會把J9提高到要求的電平,而對J2的影響則非常小。例如,在圖9中,如果在設(shè)置J2后J9電平是0.35 UI,那么為滿足0.47 UI J9規(guī)范,要增加0.12 UI的RJ,即<335 fs的rms RJ。必需特別注意,保證信號源固有的Rj低于332 fs,否則就會不可能實現(xiàn)圖9所示的同時偵聽J2和J9。為了增加超過儀器噪底的非常少量的Rj,我們使用精密rj噪聲源,把飛秒級的RJ增加到信號路徑中。為了偵聽J9抖動電平,需要增加的Rj增量一般非常小。這一步至關(guān)重要,因為在校準工作中要作為一個系統(tǒng)使用BERTScope發(fā)生器和DSA8300采樣示波器。
把加壓的信號發(fā)送到復(fù)制的系統(tǒng)中,如圖11所示,另外還要一起傳送其它三個串擾信號。
圖10. 在BERTScope上測量的抖動峰值及J9。
圖11. 加壓的光接口接收機測試.
[圖示內(nèi)容:]
Stressed Signal: 加壓的信號
Other signals: 其它信號
Tunable Laser: 可調(diào)諧激光器
Optical MUX: 光復(fù)用器
Attenuator: 衰減器
Receiver under test: 被測接收機
如果接收機能夠計數(shù)自己的BER,那么可以完成測試。否則,把接收機輸出連接到BERTScope。如果接收機沒有提供時鐘輸出,那么應(yīng)使用時鐘恢復(fù)單元,為誤碼檢測器提供定時。如果沒有時鐘恢復(fù)單元,那么可能可以使用BERTScope時鐘輸出,因為接收機的輸出已經(jīng)被重新定時,應(yīng)該是原始干凈的。
把加壓的信號施加到接收機,首先在圖7模板中滾降頻率以上施加低幅度SJ。如果接收機在BER ≤10-12下工作,那么施加所有其它壓力,在圖7中SJ頻率幅度模板上繼續(xù)執(zhí)行測試。BERTScope的抖動轉(zhuǎn)函測量功能會自動完成這一操作。
如果接收機對所有測試在BER ≤10-12下運行,那么它滿足標準。
表5. 典型的電接口發(fā)射機要求匯總表。
3.3. 電接口發(fā)射機測試
表5列出了典型的電接口發(fā)射機要求。表5的要求范圍很廣,演示了圖2所示的三種不同電接口信令子系統(tǒng)的差異:Serdes→Serdes,Serdes→收發(fā)機,收發(fā)機→Serdes。圖2底部的Serdes→Serdes形狀的距離最長,要求最嚴格。Serdes→收發(fā)機的要求最松,收發(fā)機→Serdes的要求中等。
可以在DSA8300或BERTScope上測量發(fā)射機特點。不管是哪種情況,都要求黃金標準PLL的參考接收機,如時鐘恢復(fù)單元CR286A。
發(fā)送信號幅度指標用相對于BER, EH(BER)確定的眼圖高度給出。眼圖寬度也使用BER, EW(BER)確定,用戶可能會更熟悉這個指標,因為它與TJ有關(guān),TJ也是相對于是BER確定的。在TJ是眼圖閉合時,EW則是眼圖張開。
圖12. 典型一致性測試電路板的差分頻響。
[圖示內(nèi)容:]
-1.75 to -1.25 dB at Nyquist frequency: 內(nèi)奎斯特頻率處-1.75到-1.25 dB
由于這些速率下的電接口發(fā)射機應(yīng)用信號預(yù)加重,以部分校正通道響應(yīng),而不是隨意地測試發(fā)送的信號,因此一致性測試電路板被插到發(fā)射機輸出和測試設(shè)備之間。表5給出了一致性測試電路板典型的內(nèi)奎斯特速率(fdata/2)損耗值,圖12顯示了典型的差分響應(yīng)。
就像每種規(guī)范在不同應(yīng)用和PCB傳輸長度推動下有不同要求以外,還要求一致性測試電路板有不同的損耗和頻響特點。泰克可以提供各種校準后的軌跡長度。在某些情況下,還可以自動實現(xiàn)一致性測試電路板的角色。
至少要求三階預(yù)加重。三階表示要修改構(gòu)成跳變的比特電壓電平以及之前和之后的電壓電平,以補償通道頻響。階值C-1、C0、C1從至少8 UI的通道脈沖響應(yīng)中導(dǎo)出??梢园淹ǖ酪氲腎SI看作折疊通道頻響對每個發(fā)送的比特的配置文件的影響。得到的每個比特的波形可以擴展到多個UI上。典型的25+ Gb/s規(guī)范要求至少在8 UI上進行優(yōu)化。
使用中間的一般預(yù)加重值測試發(fā)射機是合理的。引入一致性測試電路板,選擇一條長度約等于最短規(guī)定長度的軌跡,優(yōu)化發(fā)射機預(yù)加重方案。如果得到的預(yù)加重電平不到允許值的一半,那么使用略長一點的軌跡。如果得到的值遠遠大于允許值的一半,那么換一條略短的軌跡試試。
記住,這些數(shù)據(jù)速率下的眼圖,即使只是在幾厘米的PCB中傳輸后,即使采用預(yù)加重,在接收機上仍然可能會閉上。因此,某些規(guī)范還要求測試設(shè)備應(yīng)用連續(xù)時間線性均衡(CTLE)方案。通過這種方式,測試中會包括發(fā)射機預(yù)加重和最小接收機均衡之間的相互影響。CTLE一般是單零雙極濾波器,在內(nèi)奎斯特速率fdata/2處達到峰值。
不同的規(guī)范要求不同的測試碼型。對發(fā)射機測試,PRBS9碼型通常足夠了。當然,所有其它系統(tǒng)通道都應(yīng)該活動,以便在測試中包括串擾。串擾匯總器應(yīng)傳送不同的碼型,基于上面討論的原因,匯總器應(yīng)盡可能同步。
可以使用從信號中恢復(fù)的時鐘觸發(fā)DSA8300或BERTScope,執(zhí)行測試。與這些數(shù)據(jù)速率對應(yīng)的時鐘恢復(fù)模塊是CR286A,應(yīng)檢查技術(shù)規(guī)范,確保應(yīng)用正確的3 dB帶寬,通常是fdata/1667。
可以使用配有80SJNB BER分析軟件中的BER眼圖(參見圖13)或BERTScope中的BER輪廓,簡便地測量相對于BER確定的眼圖高度和眼圖寬度EH(BER)和EW(BER)。
圖13. 使用BER眼圖測量EH(10-15)和EW(10-15)。
在使用一致性測試電路板及優(yōu)化預(yù)加重后,把CTLE增益配置成規(guī)范規(guī)定的值,一般為1 - 3 dB,得到最大EH(BER)。如果您正在使用DSA8300,那么至少要采集1200萬樣點;如果您正在使用BERTScope,那么至少要采集200萬個比特。統(tǒng)計樣點數(shù)量越大,效果越好。
EH(10-15)是眼圖中心內(nèi)部BER=10-15輪廓的垂直隔離度。類似的,EW(10-15)是眼圖中心內(nèi)部BER=10-15輪廓的水平隔離度。
垂直眼圖閉合(VEC)是平均電壓擺幅與眼圖高度之比:
3.4. 電接口接收機測試
加壓接收機容限測試是指對接收機應(yīng)用最壞情況信號。如果接收機(包括內(nèi)部均衡方案)在小于等于規(guī)定的BER下運行(對100 GbE和32GFC,BER ≤10-12;對OIF-CEI,BER ≤10-15),那么接收機滿足標準。每種規(guī)范要求不同的壓力水平和壓力類型。某些規(guī)范只要求SJ。在本節(jié)中,我們使用第二節(jié)介紹的標準中代表性的壓力,典型值請參見表6。一定要檢查正在測試的技術(shù)規(guī)范,以保證測試滿足標準。
圖14. 加壓電接口接收機測試設(shè)置。
[圖示內(nèi)容:]
BERTScope Pattern Generator: BERTScope碼型發(fā)生器
Sinusoidal Jitter: 正弦曲線抖動
Random Jitter: 隨機抖動
BUJ-Crosstalk: BUJ串擾
Sinusoidal Interference: 正弦曲線干擾
Compliance Test Board: 一致性測試電路板
Receiver Under Test:被測接收機
為配置加壓的信號,在BERTScope的碼型發(fā)生器輸出與誤碼檢測器輸入之間連接一致性測試電路板,如圖14所示。生成一個PRBS31測試碼型,一個長碼型,包括31個符號的每個置換,生成每個想得到的比特軌道。
圖15. 加壓的信號。
在剛剛高于圖7滾降頻率的頻率上方增加一個低通濾波器和0.05 UI的SJ,應(yīng)用DJ,外加一致性測試電路板的DJ。
使用附錄 – BUJ串擾仿真中描述的BUJ串擾。
把信號幅度設(shè)置成指定水平,大約600 mV。
在有抖動的信號中增加正弦曲線干擾,仿真超出一致性測試電路板損耗的PCB損耗,以便測試信號擁有要求的EH(10-15),大約240 mV。
增加RJ,直到TJ(10-15)達到指定水平。
在圖15中,可以看到壓力對信號的影響。為執(zhí)行測試,盡最大努力保證接收機看到您已經(jīng)配置的信號。最好使用測試設(shè)置中使用的相同電纜,把接收機連接到一致性測試電路板上。
如果接收機能夠計數(shù)自己的BER,那么可以繼續(xù)測試。否則,把接收機輸出連接到BERTScope誤碼檢測器上。如果接收機沒有提供時鐘輸出,應(yīng)使用時鐘恢復(fù)單元為誤碼檢測器提供定時。如果沒有時鐘恢復(fù)單元,您可能要使用BERTScope數(shù)據(jù)速率時鐘,因為接收機的輸出已經(jīng)被重新定時。
先使用超過滾降頻率的低幅度SJ,把加壓的信號應(yīng)用到接收機,如圖7所示。如果接收機在啟動和優(yōu)化均衡方案的情況下在等于或好于指定BER下運行,那么在圖7中SJ頻率幅度模板內(nèi)繼續(xù)執(zhí)行測試,保證接收機能夠追蹤低頻抖動,并應(yīng)用所有其它壓力。BERTScope的抖動轉(zhuǎn)函測量功能可以自動完成這些操作。
如果接收機在SJ頻率范圍內(nèi)在等于或好于指定BER下運行,那么接收機滿足標準。
圖16. BERTScope上的抖動分解實例。
4. 診斷測試
一致性測試和診斷測試之間的差異是復(fù)雜程度。一致性測試包括的單元一般非常多,容易理解。為了確定系統(tǒng)的哪些單元或組件可能導(dǎo)致問題,應(yīng)戰(zhàn)略性地規(guī)劃診斷測試,找到特定弱點。它們應(yīng)該內(nèi)置復(fù)雜性和綜合測試,以找到問題,確定余量。
4.1. 如果發(fā)射機測試失敗怎么辦
如果發(fā)射機測試失敗,那么去掉任何一致性測試電路板,盡可能使用直接連接分析發(fā)射機輸出,簡化測試。然后執(zhí)行抖動和噪聲分析。在應(yīng)用更復(fù)雜的碼型時分析分類結(jié)果,引入更長的PCB,應(yīng)用預(yù)加重,打開串擾匯總器。對每套條件,分析眼圖、BER眼圖、BER輪廓以及抖動和噪聲分類。參見圖16。
裝有80SJNB軟件的DSA8300及配有抖動位置選項的BERTScope可以自動區(qū)分不同類型的抖動,幫助隔離問題:
非周期BUJ →串擾屏蔽不足。
DCD →發(fā)射機失真。
ISI →輸出路徑問題。
高RJ →發(fā)射機時鐘問題。
SJ和周期抖動(PJ)、正弦曲線和周期噪聲→附近元器件發(fā)出的電磁干擾,如可能的開關(guān)電源。通過研究抖動頻率頻譜,可以識別干擾來源。時鐘恢復(fù)單元CR286A可以測量實時抖動頻譜。任意頻譜峰值的頻率是否與其它組件的諧波對應(yīng)?
4.2. 如果接收機測試失敗怎么辦
考察接收機對每個壓力的響應(yīng)。使用BERTScope的碼型發(fā)生器功能。先從干凈的碼型入手,然后提高復(fù)雜程度。
應(yīng)用低標記密度的測試碼型,檢查基線漂移。
使用擁有長串連續(xù)相同(CID)位和低跳變密度的碼型,測試時鐘恢復(fù)電路。碼型的結(jié)構(gòu)化越強,在應(yīng)用到一致性測試電路板或濾波器時其生成的ISI越多。
掃描SJ,經(jīng)過接收機,在不同幅度下為時鐘恢復(fù)頻響。確定時鐘恢復(fù)電路抖動追蹤能力失效的點。
引入更長的一致性測試電路板,測試接收機的均衡器。通過結(jié)合使用不同復(fù)雜程度的碼型和不同的軌跡長度,可以生成各種ISI電平,找到均衡器的余量。
逐漸提高BUJ串擾和BJ,測試接收機容忍抖動和噪聲的能力,即建立時間和保持時間。
引入正弦曲線干擾,檢查電壓靈敏度。
找到接收機的靈敏方面,然后應(yīng)用不同的壓力組合。有的壓力組合可能挑戰(zhàn)性特別大,有的壓力組合下接收機可能會特別強健。
小結(jié)
以100 Gb/s速率傳輸信號并不簡單。您需要高性能測試設(shè)備,評估每個組件及整個系統(tǒng)的性能。在DSA8300、BERTScope和CR286A時鐘恢復(fù)單元之間,泰克為光接口和電接口發(fā)射機和接收機一致性測試和診斷測試提供了一套完整的工具。
附錄 – BUJ串擾仿真
串擾是電接口接收機的一項重要壓力,通過應(yīng)用PRBS有界不相關(guān)抖動(BUJ),可以簡便地仿真這種壓力。在過去十年中,HSS標準一直使用這種技術(shù),在BERTScope上也可以簡便地實現(xiàn)這種技術(shù)。仿真串擾及BUJ的另一種方案是至少再購買三臺25+ Gb/s碼型發(fā)生器。
PRBS碼型可以應(yīng)用到碼型發(fā)生器的電壓延遲上,以便位移跳變定時。這種PRBS定時噪聲導(dǎo)致信號定時突然位移,這種位移與信號同步,但在位周期的整數(shù)倍時出現(xiàn),像規(guī)范中要求的串擾一樣。