100 Gb/s通信系統(tǒng)物理層測試應(yīng)用指南
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圖10. 在BERTScope上測量的抖動峰值及J9。
圖11. 加壓的光接口接收機(jī)測試.
[圖示內(nèi)容：]
Stressed Signal: 加壓的信號
Other signals: 其它信號
Tunable Laser: 可調(diào)諧激光器
Optical MUX: 光復(fù)用器
Attenuator: 衰減器
Receiver under test: 被測接收機(jī)
如果接收機(jī)能夠計數(shù)自己的BER，那么可以完成測試。否則，把接收機(jī)輸出連接到BERTScope。如果接收機(jī)沒有提供時鐘輸出，那么應(yīng)使用時鐘恢復(fù)單元，為誤碼檢測器提供定時。如果沒有時鐘恢復(fù)單元，那么可能可以使用BERTScope時鐘輸出，因為接收機(jī)的輸出已經(jīng)被重新定時，應(yīng)該是原始干凈的。
把加壓的信號施加到接收機(jī)，首先在圖7模板中滾降頻率以上施加低幅度SJ。如果接收機(jī)在BER ≤10-12下工作，那么施加所有其它壓力，在圖7中SJ頻率幅度模板上繼續(xù)執(zhí)行測試。BERTScope的抖動轉(zhuǎn)函測量功能會自動完成這一操作。
如果接收機(jī)對所有測試在BER ≤10-12下運行，那么它滿足標(biāo)準(zhǔn)。
表5. 典型的電接口發(fā)射機(jī)要求匯總表。
3.3. 電接口發(fā)射機(jī)測試
表5列出了典型的電接口發(fā)射機(jī)要求。表5的要求范圍很廣，演示了圖2所示的三種不同電接口信令子系統(tǒng)的差異：Serdes→Serdes，Serdes→收發(fā)機(jī)，收發(fā)機(jī)→Serdes。圖2底部的Serdes→Serdes形狀的距離最長，要求最嚴(yán)格。Serdes→收發(fā)機(jī)的要求最松，收發(fā)機(jī)→Serdes的要求中等。
可以在DSA8300或BERTScope上測量發(fā)射機(jī)特點。不管是哪種情況，都要求黃金標(biāo)準(zhǔn)PLL的參考接收機(jī)，如時鐘恢復(fù)單元CR286A。
發(fā)送信號幅度指標(biāo)用相對于BER, EH(BER)確定的眼圖高度給出。眼圖寬度也使用BER, EW(BER)確定，用戶可能會更熟悉這個指標(biāo)，因為它與TJ有關(guān)，TJ也是相對于是BER確定的。在TJ是眼圖閉合時，EW則是眼圖張開。
圖12. 典型一致性測試電路板的差分頻響。
[圖示內(nèi)容：]
-1.75 to -1.25 dB at Nyquist frequency: 內(nèi)奎斯特頻率處-1.75到-1.25 dB
由于這些速率下的電接口發(fā)射機(jī)應(yīng)用信號預(yù)加重，以部分校正通道響應(yīng)，而不是隨意地測試發(fā)送的信號，因此一致性測試電路板被插到發(fā)射機(jī)輸出和測試設(shè)備之間。表5給出了一致性測試電路板典型的內(nèi)奎斯特速率(fdata/2)損耗值，圖12顯示了典型的差分響應(yīng)。
就像每種規(guī)范在不同應(yīng)用和PCB傳輸長度推動下有不同要求以外，還要求一致性測試電路板有不同的損耗和頻響特點。泰克可以提供各種校準(zhǔn)后的軌跡長度。在某些情況下，還可以自動實現(xiàn)一致性測試電路板的角色。
至少要求三階預(yù)加重。三階表示要修改構(gòu)成跳變的比特電壓電平以及之前和之后的電壓電平，以補(bǔ)償通道頻響。階值C-1、C0、C1從至少8 UI的通道脈沖響應(yīng)中導(dǎo)出?？梢园淹ǖ酪氲腎SI看作折疊通道頻響對每個發(fā)送的比特的配置文件的影響。得到的每個比特的波形可以擴(kuò)展到多個UI上。典型的25+ Gb/s規(guī)范要求至少在8 UI上進(jìn)行優(yōu)化。
使用中間的一般預(yù)加重值測試發(fā)射機(jī)是合理的。引入一致性測試電路板，選擇一條長度約等于最短規(guī)定長度的軌跡，優(yōu)化發(fā)射機(jī)預(yù)加重方案。如果得到的預(yù)加重電平不到允許值的一半，那么使用略長一點的軌跡。如果得到的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于允許值的一半，那么換一條略短的軌跡試試。
記住，這些數(shù)據(jù)速率下的眼圖，即使只是在幾厘米的PCB中傳輸后，即使采用預(yù)加重，在接收機(jī)上仍然可能會閉上。因此，某些規(guī)范還要求測試設(shè)備應(yīng)用連續(xù)時間線性均衡(CTLE)方案。通過這種方式，測試中會包括發(fā)射機(jī)預(yù)加重和最小接收機(jī)均衡之間的相互影響。CTLE一般是單零雙極濾波器，在內(nèi)奎斯特速率fdata/2處達(dá)到峰值。
不同的規(guī)范要求不同的測試碼型。對發(fā)射機(jī)測試，PRBS9碼型通常足夠了。當(dāng)然，所有其它系統(tǒng)通道都應(yīng)該活動，以便在測試中包括串?dāng)_。串?dāng)_匯總器應(yīng)傳送不同的碼型，基于上面討論的原因，匯總器應(yīng)盡可能同步。
可以使用從信號中恢復(fù)的時鐘觸發(fā)DSA8300或BERTScope，執(zhí)行測試。與這些數(shù)據(jù)速率對應(yīng)的時鐘恢復(fù)模塊是CR286A，應(yīng)檢查技術(shù)規(guī)范，確保應(yīng)用正確的3 dB帶寬，通常是fdata/1667。
可以使用配有80SJNB BER分析軟件中的BER眼圖(參見圖13)或BERTScope中的BER輪廓，簡便地測量相對于BER確定的眼圖高度和眼圖寬度EH(BER)和EW(BER)。
圖13. 使用BER眼圖測量EH(10-15)和EW(10-15)。
在使用一致性測試電路板及優(yōu)化預(yù)加重后，把CTLE增益配置成規(guī)范規(guī)定的值，一般為1 - 3 dB，得到最大EH(BER)。如果您正在使用DSA8300，那么至少要采集1200萬樣點；如果您正在使用BERTScope，那么至少要采集200萬個比特。統(tǒng)計樣點數(shù)量越大，效果越好。
EH(10-15)是眼圖中心內(nèi)部BER=10-15輪廓的垂直隔離度。類似的，EW(10-15)是眼圖中心內(nèi)部BER=10-15輪廓的水平隔離度。
垂直眼圖閉合(VEC)是平均電壓擺幅與眼圖高度之比：
3.4. 電接口接收機(jī)測試
加壓接收機(jī)容限測試是指對接收機(jī)應(yīng)用最壞情況信號。如果接收機(jī)(包括內(nèi)部均衡方案)在小于等于規(guī)定的BER下運行(對100 GbE和32GFC，BER ≤10-12；對OIF-CEI，BER ≤10-15)，那么接收機(jī)滿足標(biāo)準(zhǔn)。每種規(guī)范要求不同的壓力水平和壓力類型。某些規(guī)范只要求SJ。在本節(jié)中，我們使用第二節(jié)介紹的標(biāo)準(zhǔn)中代表性的壓力，典型值請參見表6。一定要檢查正在測試的技術(shù)規(guī)范，以保證測試滿足標(biāo)準(zhǔn)。
圖14. 加壓電接口接收機(jī)測試設(shè)置。
[圖示內(nèi)容：]
BERTScope Pattern Generator: BERTScope碼型發(fā)生器
Sinusoidal Jitter: 正弦曲線抖動
Random Jitter: 隨機(jī)抖動
BUJ-Crosstalk: BUJ串?dāng)_
Sinusoidal Interference: 正弦曲線干擾
Compliance Test Board: 一致性測試電路板
Receiver Under Test:被測接收機(jī)
為配置加壓的信號，在BERTScope的碼型發(fā)生器輸出與誤碼檢測器輸入之間連接一致性測試電路板，如圖14所示。生成一個PRBS31測試碼型，一個長碼型，包括31個符號的每個置換，生成每個想得到的比特軌道。
圖15. 加壓的信號。
在剛剛高于圖7滾降頻率的頻率上方增加一個低通濾波器和0.05 UI的SJ，應(yīng)用DJ，外加一致性測試電路板的DJ。
使用附錄 – BUJ串?dāng)_仿真中描述的BUJ串?dāng)_。
把信號幅度設(shè)置成指定水平，大約600 mV。
在有抖動的信號中增加正弦曲線干擾，仿真超出一致性測試電路板損耗的PCB損耗，以便測試信號擁有要求的EH(10-15)，大約240 mV。
增加RJ，直到TJ(10-15)達(dá)到指定水平。
在圖15中，可以看到壓力對信號的影響。為執(zhí)行測試，盡最大努力保證接收機(jī)看到您已經(jīng)配置的信號。最好使用測試設(shè)置中使用的相同電纜，把接收機(jī)連接到一致性測試電路板上。
如果接收機(jī)能夠計數(shù)自己的BER，那么可以繼續(xù)測試。否則，把接收機(jī)輸出連接到BERTScope誤碼檢測器上。如果接收機(jī)沒有提供時鐘輸出，應(yīng)使用時鐘恢復(fù)單元為誤碼檢測器提供定時。如果沒有時鐘恢復(fù)單元，您可能要使用BERTScope數(shù)據(jù)速率時鐘，因為接收機(jī)的輸出已經(jīng)被重新定時。
先使用超過滾降頻率的低幅度SJ，把加壓的信號應(yīng)用到接收機(jī)，如圖7所示。如果接收機(jī)在啟動和優(yōu)化均衡方案的情況下在等于或好于指定BER下運行，那么在圖7中SJ頻率幅度模板內(nèi)繼續(xù)執(zhí)行測試，保證接收機(jī)能夠追蹤低頻抖動，并應(yīng)用所有其它壓力。BERTScope的抖動轉(zhuǎn)函測量功能可以自動完成這些操作。
如果接收機(jī)在SJ頻率范圍內(nèi)在等于或好于指定BER下運行，那么接收機(jī)滿足標(biāo)準(zhǔn)。
圖16. BERTScope上的抖動分解實例。
4. 診斷測試
一致性測試和診斷測試之間的差異是復(fù)雜程度。一致性測試包括的單元一般非常多，容易理解。為了確定系統(tǒng)的哪些單元或組件可能導(dǎo)致問題，應(yīng)戰(zhàn)略性地規(guī)劃診斷測試，找到特定弱點。它們應(yīng)該內(nèi)置復(fù)雜性和綜合測試，以找到問題，確定余量。
4.1. 如果發(fā)射機(jī)測試失敗怎么辦
如果發(fā)射機(jī)測試失敗，那么去掉任何一致性測試電路板，盡可能使用直接連接分析發(fā)射機(jī)輸出，簡化測試。然后執(zhí)行抖動和噪聲分析。在應(yīng)用更復(fù)雜的碼型時分析分類結(jié)果，引入更長的PCB，應(yīng)用預(yù)加重，打開串?dāng)_匯總器。對每套條件，分析眼圖、BER眼圖、BER輪廓以及抖動和噪聲分類。參見圖16。
裝有80SJNB軟件的DSA8300及配有抖動位置選項的BERTScope可以自動區(qū)分不同類型的抖動，幫助隔離問題：
非周期BUJ →串?dāng)_屏蔽不足。
DCD →發(fā)射機(jī)失真。
ISI →輸出路徑問題。
高RJ →發(fā)射機(jī)時鐘問題。
SJ和周期抖動(PJ)、正弦曲線和周期噪聲→附近元器件發(fā)出的電磁干擾，如可能的開關(guān)電源。通過研究抖動頻率頻譜，可以識別干擾來源。時鐘恢復(fù)單元CR286A可以測量實時抖動頻譜。任意頻譜峰值的頻率是否與其它組件的諧波對應(yīng)?
4.2. 如果接收機(jī)測試失敗怎么辦
考察接收機(jī)對每個壓力的響應(yīng)。使用BERTScope的碼型發(fā)生器功能。先從干凈的碼型入手，然后提高復(fù)雜程度。
應(yīng)用低標(biāo)記密度的測試碼型，檢查基線漂移。
使用擁有長串連續(xù)相同(CID)位和低跳變密度的碼型，測試時鐘恢復(fù)電路。碼型的結(jié)構(gòu)化越強(qiáng)，在應(yīng)用到一致性測試電路板或濾波器時其生成的ISI越多。
掃描SJ，經(jīng)過接收機(jī)，在不同幅度下為時鐘恢復(fù)頻響。確定時鐘恢復(fù)電路抖動追蹤能力失效的點。
引入更長的一致性測試電路板，測試接收機(jī)的均衡器。通過結(jié)合使用不同復(fù)雜程度的碼型和不同的軌跡長度，可以生成各種ISI電平，找到均衡器的余量。
逐漸提高BUJ串?dāng)_和BJ，測試接收機(jī)容忍抖動和噪聲的能力，即建立時間和保持時間。
引入正弦曲線干擾，檢查電壓靈敏度。
找到接收機(jī)的靈敏方面，然后應(yīng)用不同的壓力組合。有的壓力組合可能挑戰(zhàn)性特別大，有的壓力組合下接收機(jī)可能會特別強(qiáng)健。
小結(jié)
以100 Gb/s速率傳輸信號并不簡單。您需要高性能測試設(shè)備，評估每個組件及整個系統(tǒng)的性能。在DSA8300、BERTScope和CR286A時鐘恢復(fù)單元之間，泰克為光接口和電接口發(fā)射機(jī)和接收機(jī)一致性測試和診斷測試提供了一套完整的工具。
附錄 – BUJ串?dāng)_仿真
串?dāng)_是電接口接收機(jī)的一項重要壓力，通過應(yīng)用PRBS有界不相關(guān)抖動(BUJ)，可以簡便地仿真這種壓力。在過去十年中，HSS標(biāo)準(zhǔn)一直使用這種技術(shù)，在BERTScope上也可以簡便地實現(xiàn)這種技術(shù)。仿真串?dāng)_及BUJ的另一種方案是至少再購買三臺25+ Gb/s碼型發(fā)生器。
PRBS碼型可以應(yīng)用到碼型發(fā)生器的電壓延遲上，以便位移跳變定時。這種PRBS定時噪聲導(dǎo)致信號定時突然位移，這種位移與信號同步，但在位周期的整數(shù)倍時出現(xiàn)，像規(guī)范中要求的串?dāng)_一樣。
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