在IEEE802.3規(guī)范中,針對數(shù)據(jù)中心和云計算等應用,規(guī)范規(guī)定了一系列高速接口標準。從較早的10G、40G以太網(wǎng)規(guī)范,到現(xiàn)在的100G以及正在制訂中的400G以太網(wǎng)規(guī)范中,都要求一項重要的測試項目:接收機的壓力容限(俗稱 “壓力眼” )。因此作為100G/400G測試重頭戲之一,沒做過壓力眼,怎么能說測試是完整的呢?
可是因為壓力眼測試定義的復雜程度以及搭建的復雜程度,對很多小伙伴而言幾乎是一個只在傳聞中存在的項目。
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本文分為
1. 100G/400G壓力眼規(guī)范介紹
2. 壓力眼測試的挑戰(zhàn)
3. 是德科技100G/400G壓力眼測試方案
1)100G壓力眼測試系統(tǒng)
2)400G壓力眼測試系統(tǒng)
3)儀表配置和特點
4. 方案總結(jié)
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100G/400G壓力眼規(guī)范和測試要求
1.1
壓力眼測試的含義及必要性
在IEEE802.3規(guī)范中,針對數(shù)據(jù)中心和云計算等應用,規(guī)范規(guī)定了一系列高速接口標準。從較早的10G、40G以太網(wǎng)規(guī)范,到現(xiàn)在的100G以及正在制訂中的400G以太網(wǎng)規(guī)范中,都要求一項重要的測試項目:接收機的壓力容限。
在光通信收發(fā)設(shè)備和鏈路測試中,常見的測試參數(shù)包括眼圖測試、誤碼率測試、靈敏度測試等。在光通信速率較低時,光接收機對鏈路誤碼的影響還不明顯,通常只需要檢測發(fā)射機眼圖合格,接收功率正常而不是過低即可保證鏈路正常工作。隨著通信速率的提升,設(shè)計人員會遇到不同接收機的性能差異越來越大,而單純的靈敏度指標已經(jīng)無法保證光接收機可互換適配使用。為了對接收機一致性進行衡量,IEEE規(guī)范提出了接收機壓力容限一致性的要求。
壓力眼測試的含義
壓力容限測試的含義是測試接收機在惡劣的輸入信號情況下,是否能夠正常工作。具體的測試原理是使用測試儀表產(chǎn)生一個劣化的光眼圖信號,稱為壓力眼信號。
壓力眼信號的參數(shù)有明確規(guī)定,例如VECP,J2,J9等。在不同的規(guī)范中壓力眼的具體指標會有不同。通過校準后的壓力眼會輸入被測接收機,在這種情況下對接收機靈敏度和抖動容限進行測試。
壓力眼測試的必要性
與常用的靈敏度測試不同,壓力眼測試使用了精確添加抖動和噪聲等干擾的發(fā)射信號,來模擬實際通信鏈路中接收機所收到的信號失真。在靈敏度測試中一般只使用干凈的發(fā)射信號,這時得到的靈敏度會更高,也不包含接收機對信號失真的響應變化。
壓力眼測試更能說明接收機在最差工作條件下的性能,也更貼近實際工作場景。然而壓力眼一致性測試比靈敏度測試的搭建難度更高,測試速度慢,是之前壓力眼測試的實際數(shù)量遠少于靈敏度測試的原因。
隨著測試技術(shù)發(fā)展以及光通信速率的提升,壓力眼測試的重要性和必要性也在不斷提升,業(yè)界也越來越關(guān)注壓力眼測試這項指標。
以下會以100GBASE-LR4/ER4以及400GBASE-FR8 / LR8為例,介紹100G/400G壓力眼的定義和測試規(guī)范。
1.2
100G壓力眼測試規(guī)范
下表中標出了100GBASE-LR4和100GBASE-ER4中,對于接收機壓力測試的要求。
圖 1
規(guī)范定義的測試點在TP3,即接收機的輸入端口。在這個測試點輸入壓力眼信號后,要求接收機在靈敏度功率下達到10^-12以下的誤碼率。
圖 2
在100GBASE-LR4/ER4中,對于壓力眼的參數(shù)具體定義包含J2,J9, VECP三個參數(shù),參數(shù)的含義見下圖3:
圖 3
VECP是垂直眼圖閉合代價的縮寫,其數(shù)值等于光調(diào)制幅度OMA和眼高A0的比值。VECP值越高,說明垂直方向上由噪聲和眼圖失真引起的眼圖閉合越大。
J2的定義是在眼圖交叉點位置水平方向上采樣的集合中,中央(1-10^-2)=99% 部分所占的時間長度。使用浴盆曲線進行抖動分析時,J2對應著BER=2.5*10^-3時的總抖動值。
同樣的,J9對應著抖動采樣集合中中央 (1-10^-9) 的部分。使用總抖動方式表示時,J9 = TJ (BER = 2.5*10^ - 10)。
為了產(chǎn)生符合要求的VECP、J2、J9參數(shù),IEEE802.3規(guī)范中還給出了參考的硬件系統(tǒng)框圖,見下圖4:
圖 4
其中stress conditioning的部分功能是產(chǎn)生帶壓力的電信號,將電信號通過E/O轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為壓力光信號,再經(jīng)過參考接收機的校準完成壓力眼信號的產(chǎn)生。
符合要求的光壓力眼信號之后被插入到被測接收機的一條lane中,另外三條lane傳輸正常通信的信號。
最后對插入壓力眼信號的lane進行接收機靈敏度,以及壓力抖動容限測試。
以上即為100G壓力眼測試的完整流程。
可以看到規(guī)范中對于壓力眼產(chǎn)生的系統(tǒng)描述很復雜,如果要自行搭建這樣的系統(tǒng),是很消耗時間和精力的。因此我們需要集成度高,易于調(diào)試的儀表來產(chǎn)生壓力眼電信號,例如集成噪聲注入,抖動注入,產(chǎn)生碼間干擾等功能的誤碼儀。
1.3
400G壓力眼測試規(guī)范
以下表格中是802.3bs draft文檔中關(guān)于400GBASE-FR8/LR8的壓力眼測試指標:
圖 5
測試點的定義和100G壓力眼類似,都是在TP3位置進行測試。靈敏度的測試要求FEC之前的誤碼率不高于2.4*10^-4。
圖 6
對于PAM4壓力眼,主要要求的兩個參數(shù)是outer OMA和SECQ。
Outer OMA的計算方法是從PAM4信號波形中,提取連續(xù)的7個“3”符號中央的2UI,以及連續(xù)的6個“0”符號中央2UI的平均值作為3電平和0電平的平均值。然后將3電平和0電平的平均值做差得到outer OMA。
SECQ參數(shù)的定義與PAM4發(fā)射機的TDECQ參數(shù)基本一致,只是將TDECQ測試中要求的測試光纖跳線(test fiber)去除了。TDECQ的測試由采樣示波器完成,其測試原理較復雜,不在本文檔介紹范圍之內(nèi)。
圖 7
上圖是PAM4壓力眼測試結(jié)構(gòu)框圖,其中stress conditioning部分相比于100G壓力眼有較大變化。在PAM4壓力眼中,使用一個正弦噪聲和一個高斯噪聲疊加在數(shù)據(jù)信號上,并通過低通濾波器來實現(xiàn)碼間干擾的注入。400G光壓力眼的校準使用采樣示波器,進行outer OMA和SECQ的測量。
與100G壓力眼測試系統(tǒng)相比,400G壓力眼系統(tǒng)主要有以下幾個變化:
誤碼儀從原本的NRZ格式變?yōu)镻AM4格式,需要支持PAM4信號的產(chǎn)生和誤碼分析;
PAM4壓力眼的指標與NRZ不同,需要新的產(chǎn)生壓力的功能來滿足400G壓力眼要求;
同時校準過程中使用的示波器也需要支持OOMA和SECQ等PAM4光眼圖測試項目。
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新聞來源:是德科技KEYSIGHT
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