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光通信 | 揭秘100G BASE-LR4!你知道光模块的内部结构吗?

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  • TA的每日心情
    大哭
    2019-12-12 10:11
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    发表于 2018-3-14 00:30:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
    本文将以100GBASE-LR4光模块为例为大家揭秘100G光模块的内部结构测试中的关键点:

    100G光模块的组成结构

    光模块由光电子器件、功能电路等组成其中光电子器件包括发射和接收两部分。
    发射端Tx将待传输的电信号转换为对应的光信号发送到光纤链路中;
    光模块的接收端Rx把接收到的光信号转换为电信号输出传送给数据终端。
    在光模块的整个测试过程中,围绕模块的发射端信号质量和接收端灵敏度进行测试。
    以100G CFP光模块为例,基本组成框图如下:

    (100G CFP光模块结构框图)


    光学指标

    CFP2 100GBASE-LR4 100G OTU以太网标准参考:


    接收端测试指标讲解:

    ● Equivalent sensitivity接收端等效灵敏度,代表了PD的接收能力。表示能正确接收,识别信号的最小输入光功率。一般来说,速率越高灵敏度越差,即最小接收到的光功率就需要越大,对光模块接收端要求就越高。定义在特定误码率(eg:BER=10-12)条件下接收端检测到的光功率值;
    ● LOS 表征信号丢失 LOSS of signal 当接收光信号功率在给定的时间内(10us或更长)一直低于某一设定的门限值Pd(Pd对应的BER≥10-3),则光模块进入LOS状态。
    ● Los Assert信号丢失指示,模块接收端反映光信号强度的电信号电位与预设电位比较,判别信号丢失的指值,通常用预设电信号对应的光功率作为指示;
    ● Los De-Assert信号丢失恢复指示,由于电位比较是采用具有一定回滞效应的比较器实现,一般LOS Dessert对应的光功率值比Los Assert对应的值要大;
    ● Los Hysteresis信号丢失滞后,比较器为回滞比较器,反应到功率值上表征信号丢失及丢失恢复的功率差值。

    (接收端灵敏度示意图)


    发射端眼图测试

    眼图是一系列数字光信号在示波器上叠加而形成的一种波形图,它涵盖了光模块发射端性能的大部分信息。从眼图上可以观察出光模块发射端信号受码间串扰和噪声的影响,体现了光模块光信号的特征,从而判断光信号的优劣。在理想情况下波形无失真每个码元将重叠在一起,最终看到的是一个边际线清晰的图形。当信号码间串扰大,波形失真,码元不能完全重合,边际线就会增大,加上噪声的影响,眼图会变得模糊。

    (QSFP28-LR4光眼图)


    发射端眼图测试参数名词解释:

    ● Bit Rate光模块调制光信号的速率,从眼图上表示为一个bit周期的倒数。

    (眼图速率示图)

    ● Eye Ampl眼眶信号幅度,眼图的逻辑1电平和逻辑0电平直方图平均 值之间的差。

    (眼图信号幅值示意)

    ● Jitter 抖动是眼图的上升和下降边缘的时间方差的度量,信号抖动的边缘影响眼图的交叉点。而在交叉点位置,抖动的宽度不受上升和下降时间的影响,故在交叉点进行抖动测量最为精确。一般用峰峰值抖动和均方抖动进行度量。
    ● Jitter_p-p峰峰值抖动,在眼图上为直方图在眼睛交叉点的全宽。
    ● Jitter_RMS均方根抖动,定义为交叉点直方图的±1σ(标准偏差)。
    ( 眼图抖动示意图)

    ● OMA (Optical ModulationAmplitude)光调制幅度,为交叉点垂直位置的所测量到的1功率值和0功率值的差值。

    (光信号调制幅度)

    ● Average Power: 平均光功率,是连续光合调制光的光强总和,单位为W、mW或dBm,W、mW为线性单位,dBm为对数单位,在通信中,通常使用dBm来表示光功率:
    P(dBm)=10Log(P/1mW)
    平均光功率表示为:
    Pavg=(P0+P 1) /2

    ● Average Power: 消光比,激光功率在逻辑“1”的功率和在逻辑“0”的功率之比一般用对数式表示为:
    ER(dB)=10Log(P1/P0)

    以上对光模块发射端及接收端各项测试参数名词做了比较详细的介绍。
    在实际生产测试中,低速的光模块测试设备已普遍比较成熟,而高速的100G光模块的研发过程还依赖于进口产品,生产测试还很少有公司能够提供高性价比的整套国产测试方案及设备。

    (由于篇幅较长,100G测试方案请见明日推送)


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