100 Gb/s通信系統物理層測試應用指南
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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測試.
[圖示內容：]
Stressed Signal: 加壓的信號
Other signals: 其它信號
Tunable Laser: 可調諧激光器
Optical MUX: 光復用器
Attenuator: 衰減器
Receiver under test: 被測接收機
如果接收機能夠計數自己的BER，那么可以完成測試。否則，把接收機輸出連接到BERTScope。如果接收機沒有提供時鐘輸出，那么應使用時鐘恢復單元，為誤碼檢測器提供定時。如果沒有時鐘恢復單元，那么可能可以使用BERTScope時鐘輸出，因為接收機的輸出已經被重新定時，應該是原始干凈的。
把加壓的信號施加到接收機，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的抖動轉函測量功能會自動完成這一操作。
如果接收機對所有測試在BER ≤10-12下運行，那么它滿足標準。
表5. 典型的電接口發(fā)射機要求匯總表。
3.3. 電接口發(fā)射機測試
表5列出了典型的電接口發(fā)射機要求。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的差異：Serdes→Serdes，Serdes→收發(fā)機，收發(fā)機→Serdes。圖2底部的Serdes→Serdes形狀的距離最長，要求最嚴格。Serdes→收發(fā)機的要求最松，收發(fā)機→Serdes的要求中等。
可以在DSA8300或BERTScope上測量發(fā)射機特點。不管是哪種情況，都要求黃金標準PLL的參考接收機，如時鐘恢復單元CR286A。
發(fā)送信號幅度指標用相對于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，因為它與TJ有關，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。
[圖示內容：]
-1.75 to -1.25 dB at Nyquist frequency: 內奎斯特頻率處-1.75到-1.25 dB
由于這些速率下的電接口發(fā)射機應用信號預加重，以部分校正通道響應，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)射機輸出和測試設備之間。表5給出了一致性測試電路板典型的內奎斯特速率(fdata/2)損耗值，圖12顯示了典型的差分響應。
就像每種規(guī)范在不同應用和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后的軌跡長度。在某些情況下，還可以自動實現一致性測試電路板的角色。
至少要求三階預加重。三階表示要修改構成跳變的比特電壓電平以及之前和之后的電壓電平，以補償通道頻響。階值C-1、C0、C1從至少8 UI的通道脈沖響應中導出?？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展到多個UI上。典型的25+ Gb/s規(guī)范要求至少在8 UI上進行優(yōu)化。
使用中間的一般預加重值測試發(fā)射機是合理的。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)射機預加重方案。如果得到的預加重電平不到允許值的一半，那么使用略長一點的軌跡。如果得到的值遠遠大于允許值的一半，那么換一條略短的軌跡試試。
記住，這些數據速率下的眼圖，即使只是在幾厘米的PCB中傳輸后，即使采用預加重，在接收機上仍然可能會閉上。因此，某些規(guī)范還要求測試設備應用連續(xù)時間線性均衡(CTLE)方案。通過這種方式，測試中會包括發(fā)射機預加重和最小接收機均衡之間的相互影響。CTLE一般是單零雙極濾波器，在內奎斯特速率fdata/2處達到峰值。
不同的規(guī)范要求不同的測試碼型。對發(fā)射機測試，PRBS9碼型通常足夠了。當然，所有其它系統通道都應該活動，以便在測試中包括串擾。串擾匯總器應傳送不同的碼型，基于上面討論的原因，匯總器應盡可能同步。
可以使用從信號中恢復的時鐘觸發(fā)DSA8300或BERTScope，執(zhí)行測試。與這些數據速率對應的時鐘恢復模塊是CR286A，應檢查技術規(guī)范，確保應用正確的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。統計樣點數量越大，效果越好。
EH(10-15)是眼圖中心內部BER=10-15輪廓的垂直隔離度。類似的，EW(10-15)是眼圖中心內部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. 電接口接收機測試
加壓接收機容限測試是指對接收機應用最壞情況信號。如果接收機(包括內部均衡方案)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)，那么接收機滿足標準。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)介紹的標準中代表性的壓力，典型值請參見表6。一定要檢查正在測試的技術規(guī)范，以保證測試滿足標準。
圖14. 加壓電接口接收機測試設置。
[圖示內容：]
BERTScope Pattern Generator: BERTScope碼型發(fā)生器
Sinusoidal Jitter: 正弦曲線抖動
Random Jitter: 隨機抖動
BUJ-Crosstalk: BUJ串擾
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
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，應用DJ，外加一致性測試電路板的DJ。
使用附錄 – BUJ串擾仿真中描述的BUJ串擾。
把信號幅度設置成指定水平，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看到您已經配置的信號。最好使用測試設置中使用的相同電纜，把接收機連接到一致性測試電路板上。
如果接收機能夠計數自己的BER，那么可以繼續(xù)測試。否則，把接收機輸出連接到BERTScope誤碼檢測器上。如果接收機沒有提供時鐘輸出，應使用時鐘恢復單元為誤碼檢測器提供定時。如果沒有時鐘恢復單元，您可能要使用BERTScope數據速率時鐘，因為接收機的輸出已經被重新定時。
先使用超過滾降頻率的低幅度SJ，把加壓的信號應用到接收機，如圖7所示。如果接收機在啟動和優(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頻率幅度模板內繼續(xù)執(zhí)行測試，保證接收機能夠追蹤低頻抖動，并應用所有其它壓力。BERTScope的抖動轉函測量功能可以自動完成這些操作。
如果接收機在SJ頻率范圍內在等于或好于指定BER下運行，那么接收機滿足標準。
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。為了確定系統的哪些單元或組件可能導致問題，應戰(zhàn)略性地規(guī)劃診斷測試，找到特定弱點。它們應該內置復雜性和綜合測試，以找到問題，確定余量。
4.1. 如果發(fā)射機測試失敗怎么辦
如果發(fā)射機測試失敗，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)射機輸出，簡化測試。然后執(zhí)行抖動和噪聲分析。在應用更復雜的碼型時分析分類結果，引入更長的PCB，應用預加重，打開串擾匯總器。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 →串擾屏蔽不足。
DCD →發(fā)射機失真。
ISI →輸出路徑問題。
高RJ →發(fā)射機時鐘問題。
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，如可能的開關電源。通過研究抖動頻率頻譜，可以識別干擾來源。時鐘恢復單元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?
4.2. 如果接收機測試失敗怎么辦
考察接收機對每個壓力的響應。使用BERTScope的碼型發(fā)生器功能。先從干凈的碼型入手，然后提高復雜程度。
應用低標記密度的測試碼型，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，測試時鐘恢復電路。碼型的結構化越強，在應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，經過接收機，在不同幅度下為時鐘恢復頻響。確定時鐘恢復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，測試接收機的均衡器。通過結合使用不同復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串擾和BJ，測試接收機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。
找到接收機的靈敏方面，然后應用不同的壓力組合。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可能會特別強健。
小結
以100 Gb/s速率傳輸信號并不簡單。您需要高性能測試設備，評估每個組件及整個系統的性能。在DSA8300、BERTScope和CR286A時鐘恢復單元之間，泰克為光接口和電接口發(fā)射機和接收機一致性測試和診斷測試提供了一套完整的工具。
附錄 – BUJ串擾仿真
串擾是電接口接收機的一項重要壓力，通過應用PRBS有界不相關抖動(BUJ)，可以簡便地仿真這種壓力。在過去十年中，HSS標準一直使用這種技術，在BERTScope上也可以簡便地實現這種技術。仿真串擾及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，但在位周期的整數倍時出現，像規(guī)范中要求的串擾一樣。
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