SFP光模块研发与测试方法

1、sfp光模块研发与测试方法,2,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 mode suppression ratio 相对强度噪声relative intensity noise oma 发送器色散与代价tra

2、nsmission 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,3,常见的光通信中的编码方式,nrz/rz (sonet/sdh, fiber channel gigabit ethernet, fddi) ami (e1/2/3, ds0/1/1a/1c/2/3,sts-

3、1) cmi (e4, ds4, stm-1e, sts-3),4,nrz编码,nrz coding: 1用发光表示，0用熄灭表示。 这种编码通常只用于低于10gbps速率光连接信号。目前也有逐渐被替代的趋势.,5,nrzi编码,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.,6,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

4、也只是有一半的时间处于激光开状态.,光通信基础知识介绍-rz编码,7,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1显示为脉冲。,8,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10gbps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，

5、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条件，因此在高带宽传输系统中普遍采用rz码. 目前在10gbps以上系统中已经开始采用rz码。,9,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 rate reciver sensitivity,10,光通信中的性能参数：oma与er,逻辑1和逻辑0: 光功率高的状

6、态是逻辑1，反之则为逻辑0. 光功率常用:dbm = 10log(power(mw)/1(mw) oma:optical modulation amplitude 逻辑1和逻辑0光功率差: oma=p1-p0 有时也定义成: er:extinction ratio,消光比,11,消光比与oma,对线性衰减（严格的说是对db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.,12,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

7、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),13,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ui 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,14,采样示波器如何去自动套用归一化模板？,第一步：检测出输入信号的平均光功率（aop） 第

8、二步：将归一化眼图中的50的百分比光功率值与aop对应起来，至此眼图模板上的纵轴百分比数值全部可变换为绝对值。由于数据率我们事先知道，因此横轴就很容易转换为绝对值。 第三步：调整波形在横轴的位置，将眼图调整在模板（示波器屏幕）的正中央,15,眼图测试的方式：rt与et,实时方式 单次触发，完成数据采集。软件方法进行波形切割与叠加 无需专门的触发信号，可以直接使用被测信号进行触发 样点之间的间隔受示波器实时采样率的限制，目前最小可达25ps 等效采样方式 多次触发，完成数据采集。硬件方式进行波形切割与叠加 需要专门的触发信号 样点之间的间隔受示波器等效采样率限制，目前最小在1ps以下,16,et

9、-rt basics: rt architecture - trigger on data and sample in real-time,a realtime scope does not require a separate signal to trigger: the signal under test can act as the trigger for initiating fast real-time sampling to acquire a waveform.,data,trigger,time,voltage,minimum time between real-time sa

10、mpled points is determined by the fastest sample rate the realtime scope is capable of. 40gsamples/sec results in 25ps between sampled points.*,one trigger can initiate the real-time sampling of the entire record length,*maximum resolution is higher through interpolation,17,et-rt basics: et - one-sa

11、mple-per-trigger, repetitive pattern required for pulse streams,an equivalent-time 8000 series sampling oscilloscope requires a trigger signal: this is generally a user-supplied clock, a recovered clock, or a pattern sync signal synchronous to the signal.,data,trigger,voltage,a trigger is required f

12、or each sampled point in the high bandwidth equivalent-time 8000 scope,minimum time between equivalent-time sampled points on high bandwidth 8000 scope can be adjusted to fractions of a picosecond,precision variable delay,18,et-rt basics: et one-sample-per-trigger, non repetitive pattern ok for mask

13、 test,when a clock signal is used to trigger the equivalent-time 8200 scope the sampled data signals generally create eye patterns (between clock triggers the sampled data could be either a logical 1 or 0),data,trigger,voltage,time,precision variable delay,a clock trigger can be user-supplied or rec

14、overed from the data to trigger the equivalent time sampler,clock,eye patterns are the common result of clock-triggering in equivalent time sampling: vectors are not drawn since adjacent samples can jump from logical 1 to 0 frequently,19,et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，

15、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/dec,20,eserial: clockless signal includes both data and clock,path,differential serial data is sent without any clock signal across the interconnect to the

16、receiver,a clock is “recovered” from the incoming data at the receiver through a clock and data recovery circuit (cdr).,21,关于4阶b-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o/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

17、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,22,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：9um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！,23,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，10gb

18、ase-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,24,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,研发与生产测试,26,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

19、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,27,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/o，还有o/e呢！ 因此，还有测光接收端的o/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10gbp

20、s的信号进行皮秒级的抖动测量与分析,注意！上述的电信号测试都是差分的！,28,eserial: differential tdr is used on differential interconnects.,voltage,sampling scope display of two tdr waveforms,two tdr sampling channels allow the differential impedance between the data+ and data- eserial paths to be measured.,tdr (80e04),29,eserial: tdr

21、 is commonly used in design and manufacturing test of eserial interconnects,voltage,sampling scope display of tdr waveforms,tdr can test passive eserial interconnect to characterize where poor quality will exist when gbit data is sent through it.,tdr is a key tool to find where bad interconnect sect

22、ions may cause poor data quality.,泰克公司解决方案,31,示波器,低速率光信号测试（2.5gbps) 采样示波器：csa8200 4.25gbps：80c12+80a05 10gbps：80c08c、80c11或80c12-10g +80a05 40gbps：80c10,32,csa7404b,采样率:rt20gsa/s,et1000gsa/s 带宽：电4ghz，光2.4ghz 光接收范围：7001650 nm，其中780、850、1310、1550nm经过严格校准 光接收灵敏度： -17dbm(1310、1550nm) -14dbm(780、850nm) 支

23、持标准：2.5gbps以下通信标准,33,csa8200,主机：csa8200 通道数量：8ch 插槽数量：6 采样率：200ks 顺序采样 波形处理：每个通道均有独立dsp进行处理,34,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

24、rms噪声(最大)：-25dbm 滤波器：9.953gbps11.1gbps 时钟恢复：内置 应用：10gbps接口,35,光测试模块,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 / 9.953gbps11.1gbps 时钟恢复：外置，与80a05匹配 应用：4.5gbps接口 或 10gbps接口 时钟恢复模块：80a05 输入形式：差分/单端 （sma 50欧姆） 支

25、持时钟恢复标准速率：155,622,1063,1250,2125,2488,2500,3.125g,3.188g,3.32g,4.25g with opt10g：9.953g,10.31g,10.51g,10.66g,10.71g,11.10g 用户自定义时钟恢复速率：50mbps2.7gbps(连续)，3.0gbps3.188gbps（连续） 光插入损耗：无,采样示波器的电眼图测试,37,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(c

26、ru) 可以恢复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,38,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b-t滤波器吗？ 不需要,采样示波器的tdr测试,40,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17.5ps,41,80e04：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