實(shí)時(shí)示波器在新一代光接口時(shí)域測(cè)試上的應(yīng)用

西安安泰Agitek

前言

談到光接口的時(shí)域指標(biāo)測(cè)試，工程師言必稱(chēng)取樣示波器 (sampling scope)。因?yàn)槿�樣示波器擁有不可比擬的信號(hào)完整性方面的優(yōu)勢(shì)：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(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(zhàn)

長(zhǎng)久以來(lái)，工程師們?cè)谶M(jìn)行光接口測(cè)試（尤其是光模塊測(cè)試）時(shí)都不擔(dān)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(fù)（Clock Recovery）從被測(cè)信號(hào)上恢復(fù)時(shí)鐘。前者在生產(chǎn)測(cè)試上是極具成本優(yōu)勢(shì)的，后者多用于研發(fā)，追求極致的測(cè)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(gè)信號(hào)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(hào)其實(shí)是不同源的。也就是說(shuō)來(lái)自于 PG 的同步時(shí)鐘和信號(hào)已經(jīng)未必同步了，這一點(diǎn)在現(xiàn)時(shí)的 PAM4 光模塊測(cè)試上尤其明顯。經(jīng)過(guò)實(shí)際對(duì)比測(cè)試發(fā)現(xiàn)，使用時(shí)鐘回復(fù)進(jìn)行測(cè)試時(shí)結(jié)果要比使用 PG 同步時(shí)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(cè)試時(shí)，時(shí)鐘恢復(fù)設(shè)備的價(jià)格就會(huì)非常高。

新的嘗試

眾所周知，取樣示波器的不便之處正是實(shí)時(shí)示波器的天生優(yōu)勢(shì)！在捕獲信號(hào)的時(shí)候?qū)崟r(shí)示波器使用內(nèi)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(xiàn)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(cè)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(hào)，直接完成信號(hào)的捕獲。而時(shí)鐘恢復(fù)用軟件實(shí)現(xiàn)，鎖相環(huán)帶寬更加精準(zhǔn)，也更加彈性（在研發(fā)場(chǎng)合可以任意的設(shè)置鎖相環(huán)帶寬）。而且測(cè)試連接及其簡(jiǎn)單，只需一根光纖而無(wú)需任何的電纜。

圖 2：全新的實(shí)時(shí)光接口測(cè)試方案

圖 3：實(shí)時(shí)分析軟件的簡(jiǎn)潔配置界面

完善的測(cè)試項(xiàng)目的支持：除了支持 IEEE 要求的一致性測(cè)試項(xiàng)目之外，更支持眾多研發(fā)測(cè)試項(xiàng)目：如抖動(dòng)、誤碼定位以及誤碼率預(yù)估。

圖 4：除了 IEEE 要求的一致性測(cè)試項(xiàng)目之外，更支持眾多研發(fā)分析類(lèi)項(xiàng)目

圖 5. 誤碼檢測(cè)與定位

測(cè)試結(jié)果對(duì)比

如下圖，測(cè)試結(jié)果非常一致。

圖 6. 使用實(shí)時(shí)示波器的 53GBd PAM4 測(cè)試結(jié)果

圖 7：使用取樣示波器的 PAM4 測(cè)試結(jié)果

討論 & 結(jié)束語(yǔ)

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

實(shí)時(shí)取樣哪個(gè)測(cè)試結(jié)果更真實(shí)？或者說(shuō)更能反映一個(gè)真實(shí)接收機(jī)的接收效果？這是每個(gè)工程師心中的問(wèn)題。

覺(jué)得實(shí)時(shí)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(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(zhǔn)的時(shí)鐘恢復(fù)設(shè)定。