真相只有一個(gè)，深入洞察PAM4！
真相只有一個(gè)，深入洞察PAM4測(cè)試！
和小編一樣的柯南迷，每到柯南拉風(fēng)的說(shuō)出那句“真相只有一個(gè)”的時(shí)刻，應(yīng)該都會(huì)全神貫注兼熱血沸騰，因?yàn)檫@意味著撲朔迷離的案情馬上就可真相大白，追劇的意義或許就在于跟著柯南逐一破解這唯一的真相。而不被浮云所遮蔽，努力接近真相，發(fā)現(xiàn)最真實(shí)的信號(hào)一直也是小K的夢(mèng)想所在。
正如小K在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域80年技術(shù)沉淀，始終專注于最前沿的技術(shù)開(kāi)發(fā)，測(cè)試手段的層出不窮，軟件硬件的迭代更新，無(wú)一不都是為了離被測(cè)信號(hào)的真相更近一步。
在數(shù)據(jù)中心和5G承載網(wǎng)中，直接探測(cè)領(lǐng)域即PAM4信號(hào)占據(jù)相當(dāng)重要一席，而伴隨著IEEE及CEI中PAM4標(biāo)準(zhǔn)的最初問(wèn)世到近幾年間的發(fā)展，PAM4測(cè)試方法也在齊頭并進(jìn)的演進(jìn)之中。
同時(shí)伴隨著PAM4信號(hào)的普及，越來(lái)越多的企業(yè)和工程師也在關(guān)注著PAM4信號(hào)的相關(guān)測(cè)試方法因此僅僅停留在對(duì)最初步的PAM4測(cè)試的了解遠(yuǎn)遠(yuǎn)還不夠。
除此之外完整的PAM4測(cè)試應(yīng)該包含Tx發(fā)送端和Rx接收端兩部分，這些都需要全局考量，才能立于不敗之地。
掃描下方二維碼，下載是德科技在PAM4測(cè)試上的最新方案介紹，白皮書(shū)鏈接，更可參與抽獎(jiǎng)活動(dòng)。
在發(fā)送端
，
要注意的是測(cè)試方法是否與時(shí)俱進(jìn)，TDECQ作為PAM4信號(hào)的重要參數(shù)，其結(jié)果與PAM4信號(hào)中各種失真和成分都有關(guān)系。為了更準(zhǔn)確地分析PAM4信號(hào)完整性，需要更先進(jìn)的測(cè)量與分析手段。是德科技與業(yè)界多個(gè)規(guī)范組織進(jìn)行緊密合作，通過(guò)提供不斷更新的示波器PAM4分析套件，確保測(cè)試結(jié)果反應(yīng)當(dāng)前一致性規(guī)范的最新要求。
在接收端
，
要注意的是與真實(shí)鏈路的接近程度，以及系統(tǒng)級(jí)如壓力眼和FEC測(cè)試能力。使用儀表進(jìn)行發(fā)射或接收測(cè)試時(shí)，誤碼儀作為參考的電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。為了模擬通信鏈路真實(shí)工作的狀態(tài)，就要求誤碼儀也具備和實(shí)際通信中類似的預(yù)失真和補(bǔ)償功能，同時(shí)，具備壓力眼及FEC測(cè)試才能夠更全面的衡量接收端性能，從而使測(cè)試結(jié)果更準(zhǔn)確反應(yīng)各個(gè)器件和設(shè)備真實(shí)工作條件下的性能。
在了解PAM4完全進(jìn)階版測(cè)試之前，可閱讀上篇《傳說(shuō)中的TDECQ，到底是個(gè)#￥%！@》了解對(duì)于發(fā)送端而言最重要的TDECQ的規(guī)范定義以及測(cè)試方法，但要深入理解TDECQ的含義，以及這個(gè)參數(shù)與被測(cè)系統(tǒng)的性能之間的關(guān)系，還需繼續(xù)閱讀：
/ Part I/
正如TDECQ的定義所指出，發(fā)射機(jī)的TDECQ值是一個(gè)功率代價(jià)，其結(jié)果等于被測(cè)發(fā)射機(jī)和理想發(fā)射機(jī)達(dá)到相同誤碼率時(shí)，額外添加的噪聲比值。換一個(gè)角度理解，就是被測(cè)發(fā)射機(jī)和參考發(fā)射機(jī)的信噪比比值。
假設(shè)我們?cè)诒粶y(cè)信號(hào)上疊加一個(gè)隨機(jī)噪聲，噪聲的幅度從0開(kāi)始逐漸增大，那么測(cè)試出的TDECQ結(jié)果應(yīng)該是怎樣的趨勢(shì)呢？下圖1中灰色曲線為增加的噪聲信號(hào)大小，橙色和藍(lán)色曲線為兩種預(yù)測(cè)的TDECQ變化趨勢(shì)，哪一種是正確的？
圖 1
答案是橙色曲線更接近理論值。為了解釋這個(gè)原理，還要回到TDECQ的測(cè)試定義上來(lái)：
TDECQ=(理想發(fā)射機(jī)噪聲裕量)/(被測(cè)發(fā)射機(jī)噪聲裕量)
圖 2
當(dāng)被測(cè)信號(hào)的隨機(jī)噪聲增加時(shí)，信號(hào)幅度不變，對(duì)應(yīng)的理想信號(hào)也沒(méi)有變化。而疊加的隨機(jī)噪聲吃掉了被測(cè)發(fā)射機(jī)的噪聲裕量大小，使TDECQ公式中的分母減小。
因此噪聲越大，TDECQ值也隨之增大。一個(gè)極限的情況是當(dāng)疊加的隨機(jī)噪聲大小導(dǎo)致被測(cè)發(fā)射機(jī)的噪聲裕量為零（此時(shí)測(cè)試到的眼圖對(duì)應(yīng)誤碼率正好等于規(guī)范要求的誤碼極限），那么測(cè)得的TDECQ值就會(huì)變成無(wú)窮大，或者說(shuō)測(cè)不出TDECQ值。
圖 3
上圖3現(xiàn)實(shí)的就是一個(gè)典型的噪聲過(guò)高的PAM4信號(hào)，TDECQ測(cè)試結(jié)果顯示SER? 我們可以點(diǎn)擊“Details…”按鈕來(lái)查看具體的說(shuō)明。
圖 4
Details說(shuō)明中會(huì)包含測(cè)試項(xiàng)結(jié)果無(wú)法準(zhǔn)確得到的原因，是非常實(shí)用的一個(gè)快捷功能。在上圖4中，details說(shuō)明提示信號(hào)的噪聲裕量過(guò)小，導(dǎo)致實(shí)際測(cè)試的誤符號(hào)率(SER)高于目標(biāo)SER，即802.3bs規(guī)范中給出的(SER = 4.8 * 10^-4, BER = 2.4 * 10^-4)。
既然TDECQ是功率代價(jià)的參數(shù)，它與信號(hào)功率之間又有怎樣的關(guān)系呢？
也許有人會(huì)想：“既然TDECQ與信號(hào)的信噪比相關(guān)，那信號(hào)越小，TDECQ值自然就越大了。”
但是事情并不是這么簡(jiǎn)單，我們要看一下信號(hào)功率變化的原因，以及其對(duì)信噪比的影響。
圖 5
如果我們把被測(cè)件通過(guò)一個(gè)可調(diào)光衰減器，減小功率后輸入示波器進(jìn)行測(cè)試，這時(shí)信號(hào)功率和TDECQ之間的關(guān)系應(yīng)該是什么趨勢(shì)呢？下圖中灰色、橙色、藍(lán)色三條曲線哪種是正確的？
圖 6
答案是灰色曲線最接近理論值。
信號(hào)經(jīng)過(guò)光衰減器時(shí)，信號(hào)的幅度與噪聲的幅度衰減比例相同，因此信號(hào)的信噪比并不隨衰減器的變化而變化。
雖然在示波器上顯示的眼圖會(huì)隨著信號(hào)功率下降而逐漸模糊，但這時(shí)由于示波器的噪聲疊加在被測(cè)信號(hào)上，而示波器的噪聲是不隨衰減器變化而改變的。
而為了準(zhǔn)確的測(cè)試TDECQ值，示波器的噪聲不應(yīng)被包含在TDECQ的測(cè)試中，因此理想的TDECQ結(jié)果應(yīng)該不隨信號(hào)衰減變化而變。
當(dāng)信號(hào)功率過(guò)低時(shí)，信號(hào)已經(jīng)被示波器的噪聲淹沒(méi)，此時(shí)就無(wú)法測(cè)出TDECQ值，會(huì)顯示如之前展示的“SER？”結(jié)果。
另一種情況是通過(guò)改變被測(cè)發(fā)射機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的偏置和幅度大小來(lái)改變信號(hào)功率，此時(shí)發(fā)射機(jī)的輸出功率、輸出幅度以及噪聲特性都會(huì)發(fā)生變化。
這時(shí)和添加衰減器的情況不同，信號(hào)的信噪比有很大可能會(huì)改變，而TDECQ的變化趨勢(shì)還要根據(jù)信號(hào)具體的改變來(lái)決定。
前面分析了TDECQ與噪聲和信號(hào)幅度的關(guān)系，那么TDECQ與抖動(dòng)是否也相關(guān)呢？答案是肯定的。
如果信號(hào)中抖動(dòng)過(guò)大導(dǎo)致眼圖閉合，就必然伴隨著誤碼率的上升，TDECQ值會(huì)不斷劣化。但是眼圖信號(hào)中的抖動(dòng)分類非常多，例如周期性抖動(dòng)、隨機(jī)抖動(dòng)、有界不相關(guān)抖動(dòng)等等，而每種抖動(dòng)對(duì)TDECQ的影響實(shí)際上并不相同。
本篇的主題不在于詳盡的討論每一種抖動(dòng)對(duì)于TDECQ測(cè)試的影響，而是從更廣泛的角度來(lái)分析。
我們知道標(biāo)準(zhǔn)的TDECQ測(cè)試系統(tǒng)中，在接收端需要進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)。時(shí)鐘恢復(fù)的作用是從信號(hào)中提取參考時(shí)鐘，再對(duì)信號(hào)本身進(jìn)行采樣。同時(shí)時(shí)鐘恢復(fù)還有另外一個(gè)作用，就是濾除信號(hào)中的高頻抖動(dòng)，而將信號(hào)中的低頻抖動(dòng)傳遞給時(shí)鐘。時(shí)鐘恢復(fù)對(duì)于抖動(dòng)的濾除和通過(guò)效應(yīng)的專業(yè)名稱是抖動(dòng)傳遞函數(shù)，簡(jiǎn)稱抖動(dòng)傳函（JTF）。
圖 7
典型的時(shí)鐘恢復(fù)的抖動(dòng)傳函是一個(gè)低通濾波響應(yīng)，而這個(gè)低通濾波的帶寬稱為環(huán)路帶寬。環(huán)路帶寬越高，就意味著越高頻率的抖動(dòng)從信號(hào)傳遞到時(shí)鐘上。
通常來(lái)說(shuō)，環(huán)路帶寬越高，意味著時(shí)鐘的抖動(dòng)越接近信號(hào)的抖動(dòng)，得到的眼圖會(huì)越干凈。但I(xiàn)EEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于PAM4的時(shí)鐘回復(fù)環(huán)路帶寬的要求為4 MHz，是明顯低于25G NRZ信號(hào)的時(shí)鐘恢復(fù)環(huán)路帶寬(通常為10 MHz)的。
圖 8
這其中的原因，要從PAM4信號(hào)自身的特點(diǎn)來(lái)解釋。
在PAM4信號(hào)中，由于有四個(gè)不同的電平，與其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換沿的數(shù)量一共就有4*3=12種。與NRZ信號(hào)只有兩種轉(zhuǎn)換沿，一個(gè)交叉點(diǎn)相比，PAM4信號(hào)固有的交叉點(diǎn)數(shù)量大量的提升了。
上圖中綠色虛線表示的就是居中的交叉點(diǎn)和最靠右側(cè)的交叉點(diǎn)的水平位置，這個(gè)差值稱為PAM4信號(hào)的切換抖動(dòng)(switching jitter)。切換抖動(dòng)是一種NRZ信號(hào)沒(méi)有，但PAM4信號(hào)固有的一種抖動(dòng)。
實(shí)驗(yàn)表明，時(shí)鐘恢復(fù)在帶寬較高時(shí)，會(huì)跟隨PAM4信號(hào)的切換抖動(dòng)，導(dǎo)致輸出時(shí)鐘抖動(dòng)增大。這直接的結(jié)果就體現(xiàn)在對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻會(huì)遠(yuǎn)離PAM4眼圖的水平中央。
上圖中的兩個(gè)黑色箭頭表明了在時(shí)鐘恢復(fù)跟隨切換抖動(dòng)的情況下，對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻的偏移。為了減小這種固有抖動(dòng)的影響，IEEE規(guī)范將PAM4信號(hào)一致性測(cè)試的時(shí)鐘恢復(fù)環(huán)路帶寬設(shè)定為4 MHz。
在測(cè)試中，我們可以在FlexDCA軟件中設(shè)定環(huán)路帶寬，以保證測(cè)試環(huán)境滿足規(guī)范一致性的要求。
下圖9中為FlexDCA軟件中的環(huán)路帶寬（LBW）設(shè)置頁(yè)面，可以手動(dòng)輸入所需的環(huán)路帶寬，或選擇select from list從預(yù)設(shè)值列表中選擇對(duì)應(yīng)規(guī)范的環(huán)路帶寬值。
圖 9
TDECQ作為PAM4信號(hào)的重要參數(shù)，在生產(chǎn)和研發(fā)階段都是必須測(cè)試的指標(biāo)之一。但很多時(shí)候，單獨(dú)從TDECQ的結(jié)果難以判斷出信號(hào)惡化問(wèn)題的具體原因。
是德科技在采樣示波器FlexDCA軟件中，集成了多種PAM4信號(hào)分析測(cè)試項(xiàng)目，以便更細(xì)致準(zhǔn)確的定位PAM4信號(hào)中的各種問(wèn)題。
圖 10
其中噪聲裕量(noise margin), 分部SER(partial SER)， 分部TDECQ(partial TDECQ)，分部噪聲裕量(partial noise margin)是TDECQ測(cè)試中的幾個(gè)中間結(jié)果，用于分析信號(hào)中各種部分對(duì)于TDECQ的貢獻(xiàn)度大小。
圖 11
PAM4信號(hào)在豎直方向上分為三個(gè)眼，TDECQ測(cè)試會(huì)分別對(duì)這三個(gè)眼圖的左右側(cè)進(jìn)行采樣分析。上圖11中的兩個(gè)方框就是TDECQ測(cè)試的采樣區(qū)域，眼圖位于采樣區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)會(huì)被用于TDECQ計(jì)算。
對(duì)于每一個(gè)區(qū)域，都可以分別計(jì)算初始的SER，對(duì)應(yīng)的SER裕量，以及區(qū)域?qū)?yīng)的分部TDECQ結(jié)果。總的TDECQ結(jié)果由所有區(qū)域的分部TDECQ結(jié)果取平均值來(lái)得出。
一個(gè)被測(cè)的PAM4信號(hào)可能會(huì)在三個(gè)眼圖中的某個(gè)區(qū)域信號(hào)過(guò)差，導(dǎo)致總的TDECQ結(jié)果偏大，甚至無(wú)法測(cè)出TDECQ。但其他的區(qū)域可能是良好的，卻無(wú)法從總體TDECQ結(jié)果上得到反映。
如果進(jìn)行partial SER/partial TDECQ測(cè)試，就可以對(duì)良好的PAM4眼圖部分和較差的眼圖部分進(jìn)行區(qū)分。
圖 12
從以上的討論中，我們了解到TDECQ作為PAM4信號(hào)的重要參數(shù)，其結(jié)果與PAM4信號(hào)中各種失真和成分都有關(guān)系。為了更準(zhǔn)確地分析PAM4信號(hào)完整性，需要更先進(jìn)的測(cè)量與分析手段。是德科技與業(yè)界多個(gè)規(guī)范組織進(jìn)行緊密合作，通過(guò)提供不斷更新的示波器PAM4分析套件，確保測(cè)試結(jié)果反應(yīng)當(dāng)前一致性規(guī)范的最新要求。
/ Part II /
在接收端，要注意的是與真實(shí)鏈路的接近程度，以及系統(tǒng)級(jí)如壓力眼和FEC測(cè)試能力。
在高速PAM4發(fā)射接收測(cè)試中，對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真和補(bǔ)償已經(jīng)成為必不可少的功能。在進(jìn)行高速鏈路設(shè)計(jì)的工程師都會(huì)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)良好的發(fā)射機(jī)信號(hào)經(jīng)過(guò)線纜或PCB走線，在遠(yuǎn)端看到的信號(hào)會(huì)有很大失真。這是因?yàn)樾盘?hào)傳輸鏈路中，射頻線纜或PCB傳輸線的高頻衰減導(dǎo)致信號(hào)中高頻成分的損失，從而引入碼間干擾。
直白的說(shuō)就是在高速信號(hào)傳輸中有一個(gè)非常棘手的問(wèn)題，就是當(dāng)傳輸速率變得越來(lái)越高的同時(shí)，數(shù)據(jù)間隔單元(Unit Inerval，UI)也會(huì)變得越來(lái)越小。這導(dǎo)致前一個(gè)bit的數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)后面bit的數(shù)據(jù)造成影響，如果不去除這些影響，將會(huì)導(dǎo)致誤碼率飆升，甚至通信無(wú)法繼續(xù)。
如果系統(tǒng)中出現(xiàn)幾個(gè)連續(xù)的1(或者0)，而接下來(lái)的信號(hào)為0(或者1)時(shí)，信號(hào)的電壓保持在長(zhǎng)0或長(zhǎng)1狀態(tài)下前面的信號(hào)會(huì)影響后面的現(xiàn)象，我們稱之為碼間干擾ISI (Inter-Symbol Interference)。例如在OIF CEI 56G VSR規(guī)范中，建議的最大損耗在基頻為29 GHz時(shí)達(dá)到12 dB以上。
圖 13
更進(jìn)一步的，在光通信鏈路中，發(fā)射機(jī)中的激光器/調(diào)制器以及接收機(jī)中的光探測(cè)器也會(huì)產(chǎn)生帶寬限制，造成眼圖的閉合。這也是為什么在光通信鏈路中，電驅(qū)動(dòng)芯片和DSP芯片通常都包含均衡功能，因?yàn)椴贿M(jìn)行均衡調(diào)節(jié)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常的發(fā)送和接收。
在使用儀表進(jìn)行發(fā)射或接收測(cè)試時(shí)，誤碼儀就作為參考的電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。為了模擬通信鏈路真實(shí)工作的狀態(tài)，就要求誤碼儀也具備和實(shí)際通信中類似的預(yù)失真和補(bǔ)償功能，才能使測(cè)試結(jié)果更準(zhǔn)確反應(yīng)各個(gè)器件和設(shè)備真實(shí)工作條件下的性能。
實(shí)現(xiàn)原理
在誤碼儀中，預(yù)失真和補(bǔ)償是通過(guò)碼型發(fā)生器的去加重功能，以及誤碼接收端的均衡功能實(shí)現(xiàn)的。其實(shí)現(xiàn)原理可以簡(jiǎn)單理解為一個(gè)可調(diào)的FIR濾波器，通過(guò)調(diào)節(jié)濾波器每個(gè)抽頭(tap)的參數(shù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性濾波。
在M8040A中，碼型發(fā)生器的去加重通過(guò)5個(gè)抽頭的FIR濾波器實(shí)現(xiàn)，每個(gè)抽頭的間隔是1個(gè)符號(hào)周期(1UI)。使用者可以調(diào)節(jié)c0 – c4五個(gè)參數(shù)對(duì)濾波器進(jìn)行調(diào)節(jié)。抽頭數(shù)越多，意味著濾波器的時(shí)域響應(yīng)越寬，對(duì)應(yīng)可以調(diào)節(jié)的濾波器頻域響應(yīng)就越精細(xì)。下圖14是M8040A的去加重功能結(jié)構(gòu)框圖。
圖 14
對(duì)于具有高頻損耗大特性的通信鏈路，只需要將去加重調(diào)節(jié)為對(duì)發(fā)射信號(hào)的低頻進(jìn)行較大衰減，高頻分量衰減較少或沒(méi)有衰減，就可以將整體頻率響應(yīng)補(bǔ)償?shù)浇咏教?，這也是去加重可以補(bǔ)償鏈路損耗的主要原理。
下面兩張圖是是德科技M8040A發(fā)出的28 GBaud PAM4信號(hào)經(jīng)過(guò)一段PCB走線之后，由示波器接收得到的眼圖。在沒(méi)有進(jìn)行去加重補(bǔ)償之前，眼圖是完全閉合的。將去加重參數(shù)調(diào)節(jié)到合適的數(shù)值時(shí)，可以看到PAM4眼圖明顯張開(kāi)，信號(hào)質(zhì)量得到很大改善。
圖 15
那么如何才能準(zhǔn)確快速的獲得合適的預(yù)加重參數(shù)呢？
對(duì)于有濾波器設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程師，可能已經(jīng)想到一些辦法。理論上通過(guò)傳輸鏈路的頻率響應(yīng)S參數(shù)模型，可以推算出FIR濾波器所具有的頻率響應(yīng)，再換算出濾波器時(shí)域抽頭的參數(shù)。這雖然是理論上很直觀的一種辦法，但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)會(huì)有各種困難：
1)
鏈路的S參數(shù)實(shí)際測(cè)試很復(fù)雜，尤其是帶有多個(gè)器件，或包含光器件的通信鏈路。雖然仿真也可以得到一個(gè)近似的S參數(shù)模型，但與實(shí)際被測(cè)件響應(yīng)還是有不可忽視的差異。
2)
儀表內(nèi)部的抽頭參數(shù)與輸出頻率響應(yīng)之間的關(guān)系，是與誤碼儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)的。如果沒(méi)有去加重濾波器的數(shù)學(xué)模型，也很難計(jì)算出所需的去加重參數(shù)。
3)
以往的誤碼儀軟件并不支持自動(dòng)計(jì)算去加重參數(shù)，用戶只能自己編寫(xiě)單獨(dú)的軟件進(jìn)行計(jì)算，再將結(jié)果手動(dòng)導(dǎo)入到誤碼儀控制軟件中，大大影響測(cè)試效率。
基于以上原因，很多時(shí)候在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中用戶只是手動(dòng)調(diào)節(jié)去加重參數(shù)，直到輸出眼圖達(dá)到比較優(yōu)化的結(jié)果，而幾乎不可能手動(dòng)調(diào)節(jié)到理想結(jié)果。
兩種自動(dòng)設(shè)置去加重參數(shù)的功能
第一種
為了解決手動(dòng)調(diào)節(jié)去加重的困難，是德科技在M8070B軟件中加入了自動(dòng)去加重計(jì)算功能。下圖16是自動(dòng)去加重校準(zhǔn)的連接示例。
圖 16
? 將M8045A發(fā)射機(jī)的信號(hào)經(jīng)過(guò)被測(cè)件，輸出到采樣示波器的測(cè)試端口中。
? 通過(guò)示波器的自動(dòng)均衡結(jié)果，可以計(jì)算出誤碼儀對(duì)應(yīng)的發(fā)射機(jī)去加重值。
? 如果更換了被測(cè)件，只需要重新進(jìn)行去加重計(jì)算，就能獲得更新的優(yōu)化結(jié)果。
這在批量測(cè)試中避免了手動(dòng)計(jì)算和填寫(xiě)參數(shù)的過(guò)程，極大提升測(cè)試效率。
在最新的M8070B軟件中，去加重參數(shù)的計(jì)算和更新可以自動(dòng)由軟件完成，用戶只需要將示波器和誤碼儀連接到同一個(gè)控制電腦，再運(yùn)行自動(dòng)去加重計(jì)算即可。
圖 17
第二種
假設(shè)另一種場(chǎng)景下，我們已經(jīng)獲得了所需補(bǔ)償?shù)膿p耗S參數(shù)，是否可以直接對(duì)這個(gè)S參數(shù)模型進(jìn)行補(bǔ)償呢？
答案是肯定的。M8070B中已經(jīng)內(nèi)置了S參數(shù)嵌入和去嵌入功能，可以將標(biāo)準(zhǔn)格式的S參數(shù)文件導(dǎo)入到誤碼儀軟件中，并控制去加重濾波器進(jìn)行「嵌入或去嵌入」功能。這個(gè)功能可以和上文提到的去加重自動(dòng)計(jì)算同時(shí)使用，對(duì)于可以連接到測(cè)試設(shè)備的被測(cè)件進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，而無(wú)法連接的器件，例如芯片內(nèi)部的線路進(jìn)行S參數(shù)去嵌入補(bǔ)償。
圖 18
以上兩種自動(dòng)設(shè)置去加重參數(shù)的功能可以幫助用戶快速優(yōu)化去加重參數(shù)，并對(duì)不同被測(cè)件的損耗性能快速定位。對(duì)于高速通信器件和鏈路的設(shè)計(jì)，特別是PAM4和光電通信應(yīng)用，自動(dòng)去加重設(shè)置對(duì)簡(jiǎn)化測(cè)試流程，加快設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度有很大幫助。
均衡功能和上文提到的去加重補(bǔ)償?shù)脑眍愃疲瑓^(qū)別只是去加重在發(fā)射端進(jìn)行，而均衡是在接收端進(jìn)行。均衡器本質(zhì)上是一個(gè)高通/帶通濾波器，用于補(bǔ)償信號(hào)傳輸后的高頻衰減。根據(jù)硬件實(shí)現(xiàn)方式不同，均衡包含連續(xù)時(shí)間線性均衡(CTLE)、前饋均衡(FFE)、判決反饋均衡(DFE)等種類。在M8040A誤碼儀接收端，用戶可以設(shè)置一個(gè)16 tap的FFE均衡器，在誤碼判決之前將接收信號(hào)的眼圖張開(kāi)。
對(duì)于下圖19所示的典型接收機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試目標(biāo)是獲得被測(cè)件接收機(jī)所產(chǎn)生的誤碼。而誤碼儀所顯示的結(jié)果實(shí)際上是整個(gè)鏈路各部分的誤碼總和，這就要求環(huán)回鏈路因信號(hào)損傷導(dǎo)致的誤碼需要遠(yuǎn)小于被測(cè)接收機(jī)的誤碼水平，才能保證測(cè)試結(jié)果反應(yīng)的是被測(cè)接收機(jī)的性能，而不受到誤碼儀接收機(jī)的誤碼水平限制。
圖 19
通常來(lái)說(shuō)，在誤碼測(cè)試時(shí)應(yīng)使用盡量短的線纜接入誤碼儀的接收端口，以避免環(huán)回信號(hào)的失真導(dǎo)致額外誤碼產(chǎn)生。但很多情況下由于被測(cè)件的連接方式限制，環(huán)回路徑上不可避免的會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的損耗，這時(shí)就需要誤碼儀在接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，以保證誤碼測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
除了調(diào)用預(yù)設(shè)的均衡器參數(shù)以外，M8070B軟件還提供自動(dòng)均衡優(yōu)化功能。當(dāng)輸入隨機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)入M8040A接收端時(shí)，誤碼儀可以通過(guò)掃描接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)，自動(dòng)計(jì)算出合適的均衡器參數(shù)。另外M8070B軟件還提供圖形化的接收信號(hào)直方圖顯示，方便直觀的判斷接收信號(hào)質(zhì)量是否適合誤碼分析。
圖 20
在sampling point setup窗口，豎直方向的直方圖即為接收機(jī)在判決點(diǎn)所看到的信號(hào)電平分布。如果是張開(kāi)的NRZ或PAM4眼圖信號(hào)，對(duì)應(yīng)的直方圖應(yīng)為兩個(gè)或四個(gè)間隔明顯的電平分布。各電平之間的距離越大，說(shuō)明眼圖張開(kāi)度越高，信號(hào)質(zhì)量越好。通過(guò)掃描判決點(diǎn)延時(shí)和判決電平的高低，可以得到一個(gè)近似的接收端眼高和眼寬，如上圖20中的藍(lán)色輪廓表示。
圖 21
在sampling point setup窗口還可以看到一個(gè)均衡器設(shè)置按鈕，這個(gè)功能就是自動(dòng)優(yōu)化均衡器參數(shù)。啟用自動(dòng)優(yōu)化均衡以后，誤碼儀會(huì)重新掃描當(dāng)前接收端所看到的信號(hào)，并計(jì)算出最優(yōu)的均衡值，使誤碼儀判決電路所看到的信號(hào)眼圖張開(kāi)度達(dá)到最大。通過(guò)這個(gè)功能，用戶可以快速的對(duì)環(huán)回通道信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，并確認(rèn)接收端信號(hào)質(zhì)量。
以上所介紹的去加重和均衡功能只是M8040A多種內(nèi)置功能的一個(gè)例子。實(shí)際上M8040A誤碼儀還集成了許多信號(hào)調(diào)節(jié)和分析功能，可以幫助NRZ和PAM4的發(fā)射機(jī)接收機(jī)測(cè)量，以及各種高速總線的應(yīng)用測(cè)試。是德科技將不斷在測(cè)試方案領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新，幫助用戶在下一代高速通信產(chǎn)品的研發(fā)和設(shè)計(jì)上取得成功。
在IEEE802.3規(guī)范中，針對(duì)數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算等應(yīng)用，規(guī)范規(guī)定了一系列高速接口標(biāo)準(zhǔn)。從較早的10G、40G以太網(wǎng)規(guī)范，到現(xiàn)在的100G以及正在制訂中的400G以太網(wǎng)規(guī)范中，都要求一項(xiàng)重要的測(cè)試項(xiàng)目：接收機(jī)的壓力容限。
在光通信收發(fā)設(shè)備和鏈路測(cè)試中，常見(jiàn)的測(cè)試參數(shù)包括：眼圖測(cè)試、誤碼率測(cè)試、靈敏度測(cè)試等。
在光通信速率較低時(shí)，光接收機(jī)對(duì)鏈路誤碼的影響還不明顯，通常只需要檢測(cè)發(fā)射機(jī)眼圖合格，接收功率正常而不是過(guò)低即可保證鏈路正常工作。
隨著通信速率的提升，設(shè)計(jì)人員會(huì)遇到不同接收機(jī)的性能差異越來(lái)越大，而單純的靈敏度指標(biāo)已經(jīng)無(wú)法保證光接收機(jī)可互換適配使用。
為了對(duì)接收機(jī)一致性進(jìn)行衡量，IEEE規(guī)范提出了接收機(jī)壓力容限一致性的要求。
含義和測(cè)試原理
壓力容限測(cè)試的含義是測(cè)試接收機(jī)在惡劣的輸入信號(hào)情況下，是否能夠正常工作。具體的測(cè)試原理是使用測(cè)試儀表產(chǎn)生一個(gè)劣化的光眼圖信號(hào)，稱為壓力眼信號(hào)。壓力眼信號(hào)的參數(shù)有明確規(guī)定，例如VECP，J2，J9等。在不同的規(guī)范中壓力眼的具體指標(biāo)會(huì)有不同。通過(guò)校準(zhǔn)后的壓力眼會(huì)輸入被測(cè)接收機(jī)，在這種情況下對(duì)接收機(jī)靈敏度和抖動(dòng)容限進(jìn)行測(cè)試。
壓力眼測(cè)試與靈敏度測(cè)試的區(qū)別
與常用的靈敏度測(cè)試不同，壓力眼測(cè)試使用了精確添加抖動(dòng)和噪聲等干擾的發(fā)射信號(hào)，來(lái)模擬實(shí)際通信鏈路中接收機(jī)所收到的信號(hào)失真。在靈敏度測(cè)試中一般只使用干凈的發(fā)射信號(hào)，這時(shí)得到的靈敏度會(huì)更高，也不包含接收機(jī)對(duì)信號(hào)失真的響應(yīng)變化。壓力眼測(cè)試更能說(shuō)明接收機(jī)在最差工作條件下的性能，也更貼近實(shí)際工作場(chǎng)景。然而壓力眼一致性測(cè)試比靈敏度測(cè)試的搭建難度更高，測(cè)試速度慢，是之前壓力眼測(cè)試的實(shí)際數(shù)量遠(yuǎn)少于靈敏度測(cè)試的原因。
測(cè)試方案與儀器
隨著測(cè)試技術(shù)發(fā)展以及光通信速率的提升，壓力眼測(cè)試的重要性和必要性也在不斷提升，業(yè)界也越來(lái)越關(guān)注壓力眼測(cè)試這項(xiàng)指標(biāo)。
是德科技400G壓力眼測(cè)試方案主要用到的儀表與100G壓力眼系統(tǒng)相同，包含M8040A誤碼儀，81491A參考發(fā)射機(jī)，可調(diào)激光源和光衰減器，以及N1092系列采樣示波器。
不同的是由于400G壓力眼需要產(chǎn)生高頻的正弦干擾和高斯噪聲，因此需要使用M8195A/M8196A系列任意波形發(fā)生器來(lái)作為干擾源。雙通道的任意波形發(fā)生器產(chǎn)生兩種干擾信號(hào)后，通過(guò)功分器與定向耦合器將干擾注入到PAM4電信號(hào)上，再進(jìn)一步通過(guò)參考發(fā)射機(jī)調(diào)制到PAM4光信號(hào)上。通過(guò)400G壓力眼自動(dòng)測(cè)試軟件N497BSCA的控制，系統(tǒng)中的儀表協(xié)同完成自動(dòng)的壓力眼校準(zhǔn)及測(cè)試流程。
FEC“前向糾錯(cuò)”的應(yīng)用
FEC被稱作“前向糾錯(cuò)” ，它被廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)中的編碼技術(shù)以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，它的基本思路是在發(fā)送端，把要發(fā)送的信息重新編碼，加入一定的冗余校驗(yàn)信息，組成長(zhǎng)度較長(zhǎng)的codeword，待到達(dá)接收端之后，如果錯(cuò)誤在可糾范圍之內(nèi)，通過(guò)解碼檢查后糾正錯(cuò)誤，從而降低誤碼率，提高通信系統(tǒng)的可靠性。在光通信系統(tǒng)中，通過(guò)FEC的處理，可以以很小的冗余開(kāi)銷，有效降低系統(tǒng)的誤碼率，延長(zhǎng)傳輸距離，實(shí)現(xiàn)降低系統(tǒng)成本的目的。
是德科技的測(cè)試解決方案
是德科技在2019年9月5號(hào)正式宣布推出業(yè)界首款N4891A 400GBASE FEC交互接收機(jī)測(cè)試解決方案，這將促使業(yè)界能夠加速數(shù)據(jù)中心下一代400G設(shè)備的部署。N4891A提供更詳細(xì)的分析以了解組件和系統(tǒng)如何受前向糾錯(cuò)(FEC)的影響，并進(jìn)行測(cè)試真實(shí)操作下的系統(tǒng)裕量。它還能夠測(cè)得在電或光接口處的幀丟失率(FLR)， IEEE規(guī)范對(duì)此有要求以確保400GBASE 設(shè)備之間的互操作性。
N4891A由M8040A高性能PAM4誤碼儀和A400GE-QDD分析儀組成，測(cè)試時(shí)在400G以太網(wǎng)鏈路中通過(guò)M8040A提供一個(gè)加壓的通道，同時(shí)利用A400GE-QDD在其他鏈路通道中依然保持傳輸FEC strip測(cè)試碼型數(shù)據(jù)。該方案提供了獨(dú)特的視角，深入洞察組件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)如何受到前向糾錯(cuò) (FEC) 需求的影響，并能夠預(yù)測(cè)真實(shí)條件下的系統(tǒng)裕量。
掃描下方二維碼，下載是德科技在PAM4測(cè)試上的最新方案介紹，白皮書(shū)鏈接，更可參與抽獎(jiǎng)活動(dòng)。
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