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前言：談到光接口的時(shí)域指標測試，工程師言必稱(chēng)采樣示波器（sampling scope）。因為采樣示波器擁有不可比擬的信號完整性方面的優(yōu)勢：帶寬高、噪聲低、量化誤差�。ù怪狈直媛矢撸�，美中不足是需要同步觸發(fā)時(shí)鐘，以至于光工程師都漸漸遺忘了實(shí)時(shí)示波器（real-time scope）。 挑戰：長(cháng)久以來(lái)，工程師們在進(jìn)行光接口測試（尤其是光模塊測試）時(shí)都不擔心同步觸發(fā)時(shí)鐘，要么從碼型發(fā)生器（Pattern Generator）引過(guò)來(lái)、要么使用時(shí)鐘恢復單元（Clock Recovery）從被測信號上恢復時(shí)鐘。前者在生產(chǎn)測試上是極具成本優(yōu)勢的，后者多用于研發(fā)，追求極致的測試效果。但是隨著(zhù)光接口速度的不斷提升，尤其是25GBps以上的多路光接口。每個(gè)信號通路上都加入了re-timer單元，也就是說(shuō)同一個(gè)光接口（光模塊）中的不同路信號其實(shí)是不同源的。也就是說(shuō)來(lái)自于碼型發(fā)生器（Pattern Generator）的同步時(shí)鐘和信號已經(jīng)未必同步了，這一點(diǎn)在當前的PAM4光模塊測試上尤其明顯。經(jīng)過(guò)實(shí)際對比測試發(fā)現，使用時(shí)鐘恢復單元（Clock Recovery）進(jìn)行測試時(shí)結果要比使用碼型發(fā)生器（Pattern Generator）同步時(shí)鐘作為觸發(fā)更加好。不過(guò)，當工程師需要進(jìn)行更高速度的測試時(shí)，時(shí)鐘恢復設備的價(jià)格就會(huì )非常高，大大增加測試成本。 
圖一：一個(gè)典型的多路25GBps光收發(fā)器，每一路都有retimer 新的嘗試：總所周知，采樣示波器的不便之處正是實(shí)時(shí)示波器的天生優(yōu)勢：在捕獲信號的時(shí)候實(shí)時(shí)示波器使用內部時(shí)基，無(wú)需外部的同步觸發(fā)時(shí)鐘。但是實(shí)時(shí)示波器給人的印象總是：帶寬低、噪聲高、量化誤差大。還有更要命的是：只支持電輸入。所幸的是隨著(zhù)技術(shù)的不斷革新，實(shí)時(shí)示波器發(fā)生了翻天覆地的變化，帶寬不再是問(wèn)題、噪聲越來(lái)越低，而且最重要的是配合實(shí)時(shí)示波器的高帶寬光探頭出現了。于是，工程師們可以嘗試使用高性能實(shí)時(shí)示波器來(lái)進(jìn)行新一代光接口的測試了。 實(shí)時(shí)示波器+光探頭的組合完全無(wú)需考慮外部的同步觸發(fā)信號，直接完成信號的捕獲。而時(shí)鐘恢復用軟件實(shí)現，鎖相環(huán)帶寬更加精準，也更加彈性（在研發(fā)場(chǎng)合可以任意的設置鎖相環(huán)帶寬）。而且測試連接及其簡(jiǎn)單，只需一根光纖而無(wú)需任何的電纜。
圖二：全新的實(shí)時(shí)光接口測試方案
圖三：實(shí)時(shí)分析軟件的簡(jiǎn)潔配置界面 完善的測試項目的支持：除了支持IEEE要求的一致性測試項目之外，更支持眾多研發(fā)測試項目：如抖動(dòng)、誤碼定位以及誤碼率預估。
圖四：除了IEEE要求的一致性測試項目之外，更支持眾多研發(fā)分析類(lèi)項目
圖五：誤碼檢測與定位 測試結果對比：測試結果非常一致。
圖六：使用實(shí)時(shí)示波器的53GBd PAM4測試結果
圖七：使用采樣示波器的PAM4測試結果 討論&結束語(yǔ)：實(shí)時(shí)示波器方案已經(jīng)嶄露頭角，無(wú)論從測試連接的便利性還是測試結果的相關(guān)性上都展示出正面的結果。 實(shí)時(shí)Vs取樣 ：優(yōu)孰劣？
實(shí)時(shí)Vs取樣：哪個(gè)測試結果更真實(shí)？或者說(shuō)更能反映一個(gè)真實(shí)接收機的接收效果？這是每個(gè)工程師都非常關(guān)心的問(wèn)題。
覺(jué)得實(shí)時(shí)方案不靠譜的基本上都是擔心示波器的垂直分辨率以及底噪聲。覺(jué)得實(shí)時(shí)方案好的主要基于觸發(fā)抖動(dòng)以及更精準的時(shí)鐘恢復設定。 不過(guò)泰克全新的ATI示波器采用 異步時(shí)序交織結構，實(shí)現了 70 GHz和 200 GS/s（5 ps/樣點(diǎn)）實(shí)時(shí)采集性能。這種已獲專(zhuān)利的對稱(chēng)結構本身的噪聲要遠遠優(yōu)于傳統帶寬交織方法。DPO70000SX 提供了最低的噪聲、最高的保真度和最大的性能。圖中顯示了應用到ATI 輸入的60 GHz 正弦波抖動(dòng)分析。 結果顯示干凈的眼圖，隨機抖動(dòng)RJ <80 fsRMS
正式基于泰克ATI示波器的高性能，ATI示波器已經(jīng)廣泛應用于進(jìn)行復雜的光調制分析，對高速串行信令和頻率進(jìn)行抖動(dòng)和噪聲分析，對寬帶 RF 信號進(jìn)行相位和調制分析。比如最近長(cháng)春光機所中德綠色光子學(xué)研究中心，采用泰克的ATI示波器進(jìn)行“低能耗VECSEL 200+ Gbps 光互聯(lián)”研究，下圖來(lái)自Gunter Larisch 論文《Energy-efficient VCSELs for 200+ Gb/s optical interconnects》
圖八：實(shí)時(shí)示波器幫助低成本低功耗50GBps激光器件的研究 文中使用實(shí)時(shí)示波器用于多模低成本、低功耗激光器件的研究。從圖中的DUT速率為50GBps且經(jīng)過(guò)了2米長(cháng)的OM5多模光纖的傳輸。出色的信號完整性以及靈活而全面的抖動(dòng)分析功能是Larisch博士選擇實(shí)時(shí)示波器的原因。 |
