Optisten vastaanottajien ymmärtäminen

Optiset vastaanottimet muuntavat moduloidut valosignaalit takaisin sähkösignaaleiksi. Ne ovat viimeinen vaihe kuituoptisessa linkissä, joka vastaa optisen signaalin havaitsemisesta, sen vahvistamisesta ja sen säädöstä jatkoelektroniikassa. Ydinkomponentti on fotodetektori, tyypillisesti PIN-valodiodi tai lumivyöryvalodiodi (APD) suurempaan herkkyyttä varten. Valodetektorin jälkeen transimpedanssivahvistin (TIA) muuntaa valovirran jänniteeksi ja rajoittaa vahvistinta tai kello- ja datan talteenottoa (CDR) muuntaa signaalin. Jokainen komponentti tuottaa melua ja vääristymiä, jolloin koko vastaanotinketjun luonne muuttuu olennaiseksi. Moderneissa vastaanottimissa on myös tasaus, hajonta ja etuvirhekorjaus (FEC) logiikka, erityisesti yli 100 Gb/s:n datanopeuksilla. Arkkitehtuuri auttaa teknikoita valitsemaan sopivia testausstrategioita.

Tärkeimmät suorituskykyparametrit

Herkkyys

Herkkyys on vastaanottimen sisääntulossa vaadittavan keskimääräisen optisen tehon vähimmäisarvo, jotta saavutetaan määritelty bittivirhenopeus (BER), joka on tyypillisesti 10−12 useimmissa telejärjestelmissä. Se mitataan dBm:llä. Korkea herkkyys mahdollistaa pidemmän tavoittamisen ja heikompien lähteiden käytön. Herkkyys riippuu valoilmaisimen responsibility-, vahvistinmelu- ja signaalimodulaatiomuodosta. Johdonmukaisten vastaanottimien herkkyys sisältää myös paikallisen oskillaattoritehon ja vaihemelun. Testausherkkyys vaihtelee tulotehoa, kunnes BER-tavoite saavutetaan.

Kaapelinleveys

Kaapelinleveys määrittelee taajuusalueen, jolla vastaanotin voi uskollisesti toistaa signaalin. Riittämätön kaistanleveys aiheuttaa pulssin laajenemisen ja symbolin välisen häiriön (ISI). Vastaanotinkaistanleveys on yleensä 0,7.0 kertaa bittinopeus. PAM4:lle tarvitaan laajempaa kaistanleveyttä. Taajuudenleveys mitataan lakaisemalla optisen kantolaitteen pieni signaalimodulaatio tai analysoimalla impulssivaste käyttäen lyhytpulssilaseria.

Dynaaminen alue

Dynaaminen alue on suurimman sallitun tulotehon suhde (ennen kyllästymistä tai epälineaarista vääristymää) minimiin havaittavaan tehoon (herkkyys). Se osoittaa, kuinka hyvin vastaanotin käsittelee vaihtelevia signaalivahvuuksia, jotka ovat tärkeitä järjestelmissä, joissa on vaihteleva linkkihäviö. Testiin kuuluu tulotehon lisääminen, kunnes BER- tai aaltomuodon vääristymä kasvaa merkittävästi.

Melukuva

Meluluku määrittää vastaanotinelektroniikan aiheuttaman signaali-melusuhteen (SNR) hajoamisen. Siihen vaikuttavat laukausmelu, lämpömelu ja vahvistinmelu. Alempi meluluku parantaa kokonaislinkin budjettia. Meluluku on tyypillisesti johdettu optisen signaali-melusuhteen (OSNR) seuraamuksista tai mitattu suoraan sähköspektrianalysaattorilla.

Yhteiset testausmenetelmät

1. Bit virhenopeus (BER) Testaus

BER-testaus on suorin tapa arvioida vastaanotinten suorituskykyä. Pseudorandom bittisekvenssi (PRBS) moduloi laserlähdettä, vastaanotin havaitsee sen ja bittivirhetestaaja (BET) vertaa vastaanotettuja bittiä lähetettyyn kuvioon. Tulokset on piirretty BER vs. saatu optinen teho (BER vesiputouskäyrä). Testin on oltava merkki malliriippuvuudesta, koska tietyt bittisekvenssit korostavat vastaanotinta. PAM4:n osalta kaksoisdirac-malli, jota käytetään yleisesti BER-estimaatissa, edellyttää huolellista kalibrointia. Modernit BER-testerit tukevat monitasoista modulaatiota ja voivat mitata esifekti- ja jälkifekti-BER-sekvenssien.

2. Herkkyystestaus

Sille on tehtävä testi, jossa on tarkoitus löytää teho kohteesta BER. Se käyttää optista vaimenninta, joka muuttaa tulotehoa säilyttäen samalla vakiosukupuuttosuhteen ja signaalin laadun. Testin asetukset on kalibroitava: optisen tehomittarin on oltava tarkka ja laserlähteen on oltava vakaa aallonpituus ja matala melu. Vastaanotin vaikuttaa herkyyteen sähköisen kaistanleveyden suhteena, joten se mitataan usein nimellisellä bittinopeudella. Vakiotestimenettely (esim. GR-468-CORE) määrittelee olosuhteet kuten lämpötilan toiminta-alueella.

3. Kaapelinleveysmittaus

Kaapelinleveys voidaan mitata taajuusalueella (S21-vaste) tai aikaalueella (nousu/laskuaika). Vektoriverkon analysaattori (VNA) jossa on optinen sähkömuunnin pyyhkii pienen signaalin modulaation matalasta taajuudesta vastaanottimen ulkopuolelle. . ... ...........................................................................................................................................................................................

4. Silmäkuva-analyysi

Silmäkaaviot antavat visuaalisen kuvan signaalin laadusta. Oskilloskoopin peitto on moninkertainen, koska siinä on amplitudiääni, ajoitusvietti ja ISI. Avainmittareita ovat silmien korkeus, silmien leveys, toimintasyklin vääristymä ja Q-tekijä (josta BER voidaan arvioida).

5. Jitter testaus

Jitter on signaalin siirtymien poikkeama niiden ihanteellisista paikoista, mikä vaikuttaa vastaanottimen ajoitusmarginaaliin. Se on erotettu satunnaiseen jitteriin (RJ) ja deterministiseen jitteriin (DJ). Jitter-testaus käyttää kuviogeneraattoria, jossa on tunnettu jitter-rasitus ja jitter-analysaattori tai TIE (aikavälivirhe) -mittaus. Vastaanotin. Vastaanotin. Vastaanotin kestää sinuoidisen jitterin, rajoittaa kortinulkoista jitteriä ja symbolien välinen häiriö on validoitava standardikohtaisesti, kuten ITU-T G.8251.

Parhaat käytännöt tarkka testaus

Käytä kalibroituja laitteita

Kaikilla testilaitteilla ... tehomittareilla, oskilloskoopilla, BER-testereillä, vaimentimilla ... on oltava nykyiset kalibrointitodistukset. Jäljitettävyys kansallisiin standardeihin (esim. NIST) takaa mittausvarmuuden. Kalibrointivälit riippuvat käytöstä, mutta suositellaan tyypillisiä vuosisertifiointia. Optisten reittien komponenttien, kuten liittimien ja liittimien, asennushäviöt ja palautushäviöt kirjataan.

Ympäristötekijöiden valvonta

Lämpötila ja kosteus vaikuttavat sekä testattavaan vastaanottimeen että testilaitteistoon. Hallittu ympäristö (esim. 25 °C ± 1 °C, < 60% RH) estää ajautumisen. Mekaaninen tärinä voi häiritä kuitukytkintä, erityisesti herkkyystesteissä, joissa käytetään yhden moodin kuitua. Käytä tärinäeristyspöytien tai suojatun kuidun reitityksen avulla. Sähkömagneettinen häiriö (EMI) lähipiirien suurnopeuspiireissä on suojattava; DUT on sijoitettava suojattuun koteloon tarvittaessa.

Seuraa standardoituja menettelyjä

Toimialastandardit kuten Telcordia GR-468-CORE, IEC 60793 ja IEEE 802.3 antavat ohjeet vastaanottimen testaamiseen. Tarkkuus takaa vertailukelpoisuuden laboratorioiden ja tuotteiden välillä. Vaiheittaisten menettelyjen tulisi kattaa lämmittelyaika, virrantasaus, virhenäytteiden määrä ja luotettavuustasot. Esimerkiksi BER-testi 10−12 edellyttää tyypillisesti vähintään 100 sekunnin ajan testausta 25 Gb/s:ssä, jotta saadaan riittävästi bittiä tilastollista merkitystä varten.

Dokumentoi kaikki

Tallenna testiasetukset kaaviot kuten vastaanotin malli vs. todellinen toteutus, optinen polku tappio budjetti, ja laitteiden sarjanumerot. Sisällytä kalibrointipäivät, testipäivät, ympäristöolosuhteet, ja ohjelmistoversiot käytetään data-analyysiin. Hyvä dokumentaatio mahdollistaa tarkastukset ja juuri-analyysin, jos laite myöhemmin epäonnistuu alalla.

Päivitä protokollat säännöllisesti

Kun datan määrä nousee (esim. 800 Gb/s ja sen jälkeen), testausmenetelmien on kehityttävä. Johdonmukaiset vastaanottimet vaativat paikallista oskillaattorin injektointia ja polarisaation säätöä; näitä ei esiinny perinteisissä suoratunnistusasetuksissa. Incorporate newer test models kuten PRBS13Q tai SSPRQ PAM4:lle. Pysy ajan tasalla ITU-T- ja IEEE-päivityksillä, jotta varmistetaan, että testit pysyvät merkityksellisinä.

Lisätestausta koskevat näkökohdat

Testit, jotka ovat yhdenmukaisia vastaanottajan kanssa

Koostuvat optiset vastaanottimet käyttävät paikallista oskillaattorilaseria ja signaalin sekoittumista 90° hybridissä sekä amplitudin että vaiheen palauttamiseksi. Testaus edellyttää optista modulaatioanalysaattoria (OMA), joka mittaa konstellaation kaavioita, virhevektorin suuruusluokkaa (EVM), ja vaihevirhettä. Keskeiset mittarit ovat line whiledth-toleranssi, operaattorin palautuksen suorituskyky ja lasertaajuuden offset. Johdonmukaisten vastaanottimien herkkyystestaus on otettava huomioon LO-tehon ja polarisaation linjauksessa.

Korkean nopeuden testaus (≥ 400 Gb/s)

400 Gb/s:n ja sitä korkeammalla sähköliitännällä on usein käytössä isäntäliitin, kuten QSFP-DD tai OSFP. Testissä on oltava katkaisulaudan ja kaapelin hävikit virheilmaisimeen asti. Käytä adaptiivisia vertailuvastaanottimia tai kultaisia moduuleja laudan vaikutusten poistamiseen. Sähköinen jitter-erotus tulee haastavammaksi; kaistanleveydensäätöisten kellojen kaltaiset työkalut ovat välttämättömiä. DUT:n lämpöhallinta on erittäin tärkeää, koska tehonhukanta lisääntyy datan avulla.

Testaus stressin alaisena

Reaalimaailman signaalit eivät ole ihanteellisia. Stressitesti vastaanotin optisella back-to-back-, dispersio- ja polarisaatiotilassa dispersio (PMD). Lisäämällä pre-korostettuja kuvioita (esim. controlled ISI) tai sinuoidi jitter validoiva kestävyys CDR ja tasauslaite. Stressitestaus tyypillisesti seuraa OIF MSA tai IEEE 802,3 conformance asiakirjoja.

Päätelmät

Tarkka optisten vastaanottimen testaus on selkäranka luotettavien nopeiden optisten verkkojen. Määrittelemällä perusteellisesti herkkyys, kaistanleveys, melu, ja dynaaminen alue käyttäen menetelmiä, kuten BER testaus, silmä-analyysi, ja jitterin mittaus, insinöörit voivat varmistaa komponentit täyttävät tiukat suorituskykyvaatimukset. Noudattamalla parhaita käytäntöjä . kalibroidut laitteet, valvotut ympäristöt, standardoidut menettelyt, tiukka dokumentaatio, ja määräajoin protokollapäivitykset . Saat toistettavissa, luotettava tuloksia. Koska modulaatiomuodot etukäteen ja datan nopeus nousu, pysyä ajan testaus menetelmiä on välttämätöntä ylläpitää verkon eheys ja mahdollistaa seuraavan sukupolven viestintäjärjestelmät.