实时示波器在新一代光接口时域测验上的使用

前言

谈到光接口的时域指标测验，工程师言必称取样示波器 (sampling scope)。因为取样示波器拥有不可比拟的信号完整性方面的优势：带宽高、噪声低、量化误差小（垂直辨别率高），美中不够是需要同步触发时钟，以至于光工程师都渐渐遗忘了实时示波器 (real time scope)。

挑战

长久以来，工程师们在进行光接口测验（尤其是光模块测验）时都不担心同步触发时钟，要么从码型发生器（Pattern Generator）引过来、要么运用时钟恢复（Clock Recovery）从被测信号上恢复时钟。前者在生产测验上是极具成本优势的，后者多用于研究，追求极致的测验效果。但是随着光接口速度的不断提升，尤其是 25GBps 以上的多路光接口。每个信号通路上都加入了 re-timer 单元，也就是说同一个光接口（光模块）中的不一样路信号其实是不一样源的。也就是说来自于 PG 的同步时钟和信号已经未必同步了，这一点在现时的 PAM4 光模块测验上尤其显著。经过实际对比测验发现，运用时钟回复进行测验时结果要比运用 PG 同步时钟作为触发更加好。当工程师需要进行更高速度的测验时，时钟恢复设备的价格就会非常高。

新的尝试

众所周知，取样示波器的不便之处正是实时示波器的天生优势！在捕获信号的时候实时示波器运用内部时基，无需外部的同步触发时钟！但是实时示波器给人的印象总是：带宽低、噪声高、量化误差大。还有更要命的是：只支持电输入！所幸的是随着技术的不断革新，实时示波器发生了翻天覆地的变化，带宽不再是问题、噪声越来越低，而且最重要的是配合实时示波器的高带宽光探头出现了！于是，工程师们可以尝试运用高性能实时示波器来进行新一代光接口的测验了。实时示波器 + 光探头的组合完全无需考虑外部的同步触发信号，直接完成信号的捕获。而时钟恢复用软件实现，锁相环带宽更加精准，也更加弹性（在研究场合可以任意的设置锁相环带宽）。而且测验连接及其简单，只需一根光纤而无需任何的电缆。

图 2：全新的实时光接口测验方案

图 3：实时分析软件的简洁配置界面

完善的测验项目的支持：除了支持 IEEE 要求的一致性测验项目之外，更支持众多研究测验项目：如抖动、误码定位以及误码率预估。

图 4：除了 IEEE 要求的一致性测验项目之外，更支持众多研究分析类项目

图 5. 误码检测与定位

测验结果对比

如下图，测验结果非常一致。

图 6. 运用实时示波器的 53GBd PAM4 测验结果

图 7：运用取样示波器的 PAM4 测验结果

讨论 & 结束语

实时示波器方案已经崭露头角，无论从测验连接的方便性还是测验结果的相关性上都展示出正面的结果实时 / 取样孰优孰劣？

实时 / 取哪个测验结果更真实？或者说更能反映一个真实接收机的接收效果？这是每个工程师心中的问题。

觉得实时方案不靠谱的基本上都是担心示波器的垂直辨别率以及底噪声。觉得实时方案好的主要基于触发抖动以及更精准的时钟恢复设定。

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