實時示波器在新一代光接口時域測試上的應(yīng)用

西安安泰Agitek

前言

談到光接口的時域指標(biāo)測試，工程師言必稱取樣示波器 (sampling scope)。因為取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、量化誤差小（垂直分辨率高），美中不足是需要同步觸發(fā)時鐘，以至于光工程師都漸漸遺忘了實時示波器 (real time scope)。

挑戰(zhàn)

長久以來，工程師們在進(jìn)行光接口測試（尤其是光模塊測試）時都不擔(dān)心同步觸發(fā)時鐘，要么從碼型發(fā)生器（Pattern Generator）引過來、要么使用時鐘恢復(fù)（Clock Recovery）從被測信號上恢復(fù)時鐘。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。但是隨著光接口速度的不斷提升，尤其是 25GBps 以上的多路光接口。每個信號通路上都加入了 re-timer 單元，也就是說同一個光接口（光模塊）中的不同路信號其實是不同源的。也就是說來自于 PG 的同步時鐘和信號已經(jīng)未必同步了，這一點在現(xiàn)時的 PAM4 光模塊測試上尤其明顯。經(jīng)過實際對比測試發(fā)現(xiàn)，使用時鐘回復(fù)進(jìn)行測試時結(jié)果要比使用 PG 同步時鐘作為觸發(fā)更加好。當(dāng)工程師需要進(jìn)行更高速度的測試時，時鐘恢復(fù)設(shè)備的價格就會非常高。

新的嘗試

眾所周知，取樣示波器的不便之處正是實時示波器的天生優(yōu)勢！在捕獲信號的時候?qū)崟r示波器使用內(nèi)部時基，無需外部的同步觸發(fā)時鐘！但是實時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！所幸的是隨著技術(shù)的不斷革新，實時示波器發(fā)生了翻天覆地的變化，帶寬不再是問題、噪聲越來越低，而且最重要的是配合實時示波器的高帶寬光探頭出現(xiàn)了！于是，工程師們可以嘗試使用高性能實時示波器來進(jìn)行新一代光接口的測試了。實時示波器 + 光探頭的組合完全無需考慮外部的同步觸發(fā)信號，直接完成信號的捕獲。而時鐘恢復(fù)用軟件實現(xiàn)，鎖相環(huán)帶寬更加精準(zhǔn)，也更加彈性（在研發(fā)場合可以任意的設(shè)置鎖相環(huán)帶寬）。而且測試連接及其簡單，只需一根光纖而無需任何的電纜。

圖 2：全新的實時光接口測試方案

圖 3：實時分析軟件的簡潔配置界面

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、誤碼定位以及誤碼率預(yù)估。

圖 4：除了 IEEE 要求的一致性測試項目之外，更支持眾多研發(fā)分析類項目

圖 5. 誤碼檢測與定位

測試結(jié)果對比

如下圖，測試結(jié)果非常一致。

圖 6. 使用實時示波器的 53GBd PAM4 測試結(jié)果

圖 7：使用取樣示波器的 PAM4 測試結(jié)果

討論 & 結(jié)束語

實時示波器方案已經(jīng)嶄露頭角，無論從測試連接的便利性還是測試結(jié)果的相關(guān)性上都展示出正面的結(jié)果實時取樣孰優(yōu)孰劣？

實時取樣哪個測試結(jié)果更真實？或者說更能反映一個真實接收機(jī)的接收效果？這是每個工程師心中的問題。

覺得實時方案不靠譜的基本上都是擔(dān)心示波器的垂直分辨率以及底噪聲。覺得實時方案好的主要基于觸發(fā)抖動以及更精準(zhǔn)的時鐘恢復(fù)設(shè)定。