Розуміння оптичних ресиверів

Оптичні ресивери перетворюються на електричні сигнали назад. Вони є кінцевою стадією в волоконно-оптичній посилання, відповідальних за виявлення оптичного сигналу, посилюючи його, і кондиціювання його для струмової електроніки. Ядро компонента є фотодетектором, як правило, PIN фотодіод або авальанч фотодіодом (APD) для більш високої чутливості. Після фотодетектора, підсилювача трансимпедансу (TIA) перетворює фотопоточну на напругу, і обмежує підсилювач або годинникове відновлення даних (CDR) перезаплітає сигнал. Кожен компонент вводить шум і спотворювстановки, що робить характеризацію про тезацію про те, що необхідноїки, що приймача

Параметри продуктивності ключа

Чутливість

Чутливість є мінімальною середньооптичним потужністю, що вимагається при вході ресивера, щоб досягти заданого біту швидкості помилки (БЕР), як правило, 10−12 для більшості телекомунікаційних систем. Вона вимірюється в dBm. Висока чутливість дозволяє довше досягати і ослабшати джерела. Чутливість залежить від чутливості фотодетектора, шуму підсилювача і формат модуляції сигналу. Для когерентних ресиверів чутливість також включає місцеву потужність генератора і фазитний шум. Тестова чутливість включає варіюватися від потужності введення до досягнення мети БЕР.

Простір

Ширина смуги визначає діапазон частот, над яким ресивер може вірно відтворювати сигнал. Недостатня пропускна здатність викликає пульсове розширення і міжсимбольове втручання (ISI). Для неперевершень-до-нуль (NRZ) модуляції, смуга ресивера зазвичай 0,7–1.0 разів на швидкість біту. Для PAM4 потрібна більша пропускна здатність. Ширина смуги вимірюється, даючи невелику передачу модуляції на оптичному носії або шляхом аналізу зворотного зв'язку з використанням коротко імпульсу лазера.

Динамічний діапазон

Динамічний діапазон є співвідношенням максимальної допустимої потужності введення (до насиченості або нелінійного спотворення) до мінімальної виявлятиймальної потужності (чутливість). Він вказує, наскільки добре приймач ручок різниться сигнальних сил, важливо в системах з коливанням зв'язку. Тестування передбачає збільшення потужності введення до значного підвищення потужності БЕР або хвильової деформації.

Нойс Малюнок

Нойсовий показник квартує деградацію співвідношення сигналу до шуму (SNR) викликаного приймачем електроніки. Він впливає на ударний шум, тепловий шум і підсилювач шуму. Нижня шумова фігура покращує загальний бюджет зв'язку. Носійна фігура зазвичай виводиться з оптичного співвідношення сигналу (OSNR) або вимірюється безпосередньо за допомогою електроаналізатора.

Загальні методи тестування

1. Біт-Помилка (БЕР) Тестування

Тестування БЕР є найбільш прямим способом оцінки продуктивності ресивера. Послідовність біту псевдорандом (PRBS) модулязує лазерне джерело, ресівер виявляє його, і трохи тестувальник помилок (BET) порівнює отримані біти з перезапущеним малюнком. Результати приділяють як БЕР проти отриманої оптичної потужності (крива водоспаду БЕР). Тестування повинні враховуватися для залежності шаблону, оскільки певні біт послідовності стресу часового поясу і вирівнювання ресивера. Для PAM4 модель подвійного діраку зазвичай використовується для оцінки БЕР вимагає ретельного калібрування. Сучасні BER тестери підтримують багаторівневе модуляцію і можуть виміряти попередній ФЕКЦ і після FEC БЕРЕЦ БЕРЕЦ БЕРЕЦ БЕРЕЦ.

2. Тестування чутливості

Тест чутливості - це підмножина тестів БЕР, спрямованих на виявлення потужності на цільовому БЕР. Він використовує оптичний осаджувач для різних вхідних живлення, зберігаючи постійний коефіцієнт відключення та якість сигналу. Встановлення тесту повинна бути калібрована: оптичний лічильник потужності повинен бути точним, а лазерне джерело має мати стабільну довжину хвилі і низький рівень шуму. Чутливість впливає на електричну смугу приймача, тому вона часто вимірюється за номінальною швидкістю біт. Стандартна процедура тестування (наприклад, GR-468-CORE) визначає умови, такі як температура над діапазоном роботи.

3. Вимірювання пропускної здатності

Ширина смуги може вимірюватися в зоні частоти (S21 відповідь) або домені часу (іноземний / вихідний час). Вектор мережі аналізатор (VNA) з оптично-електричним перетворювачем ковтає невелику передачу модуляції з низької частоти до за межами приймача. Зафіксовано електроперепускну смугу 3 dB. Крім того, швидкісний осцилограф може виміряти час (10% до 90%) відповіді на покроковий імпульс; пропускна здатність ≈ 0.35 / час підйому. Обидва методи вимагають посилання на фотоприймач і ретельне збирання періодичної реакції тестового обладнання.

4. Аналіз діграми очей

Схеми очей забезпечують візуальне представлення якості сигналу. Накладки на несцилографіку мають численні бітові періоди для відображення шуму амплітуди, часових Джиттера та ISI. Ключові метрики включають висоту очей, ширину очей, спотворення циклу мита та Q-фактор (з яких БЕР може бути оцінено). Для когерентних ресиверів, очні діаграми є більш складними, оскільки як і I, так і компоненти Q присутні. Тестування маски для очей забезпечує надходження сигналу в межах прийнятих обмежень за стандартами, як IEEE 802.3bs.

5. Тестування Jitter

Jitter - відхилення переходів сигналів від своїх ідеальні позиції, що впливають на терміни дії ресивера. Вона відокремлена до випадкових Джиттера (RJ) і детермінативної Джиттера (DJ). Jitter test використовує генератор з відомими Джиттером стресу і jitter аналізатором або TIE (часова похибка інтервалу) вимірювання. Допуск ресивера до синусоїдних Джиттера, обмежений некоректний Джиттер, і інтерсимббол втручання повинні бути ввірені за стандартами, як ITU-T G.8251.

Кращі практики для тестування на Accurate

Використання каліброваного обладнання

Всі тестові інструменти – лічильники потужності, осцилоскопи, тестери БЕР, атетенуатори – повинні мати сертифікати по поточному калібруванню. Допомагає до національних стандартів (наприклад, NIST) забезпечити впевненість у вимірі. Проміжки калібрування залежать від використання, але рекомендується типове щорічне реферування. Для оптичних компонентів шляху, як парники і роз'єми, втрата вставки і втрата повернення.

Контроль екологічних факторів

Температура і вологість впливають як на ресивера під тестом, так і на випробувальне обладнання. Контрольне середовище (наприклад, 25°C ± 1°C, < 60% RH) запобігає дрейф. Механічні коливання можуть порушити зв'язок волокон, особливо в чутливих тестах з використанням одномодового волокна. Використовуйте коливання-ізоляційні столи або безпечні витоки волокон. Електромагнітні втручання (EMI) з сусідніх швидкісних ланцюгів повинні бути щитовидними; розмістити DUT в щитовидному корпусі, якщо це необхідно.

Дотримуйтесь стандартних процедур

Промислові стандарти, такі як Telcordia GR-468-CORE, IEC 60793 та IEEE 802.3 забезпечують рекомендації для тестування ресивера. Досягнення забезпечує компарабельність по лабораторіях та продуктах. Покрокові процедури повинні обкладинці часу, час налагоджування, кількість зразків помилок та рівні довіри. Наприклад, тест BER на 10−12 зазвичай вимагає тестування принаймні 100 секунд на 25 Gb/s для накопичення достатніх біт для статистичного значення.

Документація

Редакторні тестові схеми, такі як модель ресивера проти фактичної реалізації, бюджет втрати оптичних шляхів та серійні номери обладнання. У тому числі терміни калібрування, дати випробувань, умови навколишнього середовища та версії програмного забезпечення, що використовуються для аналізу даних. Хороша документація дозволяє аудитам та дозволяє аналізувати кореневу роботу, якщо пристрій пізніше не вдається в полі.

Регулярно оновити протоколи

Як зростає рівень даних (наприклад, 800 Гб/с і за її межами), методи тестування повинні розвиватися. Когерентні ресивери вимагають локального ін'єкційного генератора та управління поляризації; це не присутні в традиційних налаштованих насадках прямого виявлення. Увімкнути нові тестові візерунки, такі як PRBS13Q або SSPRQ для PAM4. Залишайтеся струм з ITU-T та IEEE оновлення, щоб забезпечити ваші тести залишаються актуальними.

Розширені дослідження тестування

Тестування когерентних ресиверів

Когерентні оптичні ресивери використовують локальний генератор лазерних і сигналів, що змішують в 90 ° гібрид, щоб відновити як амплітуду і фазу. Тестування вимагає оптичного модуляційного аналізу (ОМА), який може вимірювати схеми сузір'я, розмір помилки вектора (EVM), так і фази помилки. Ключові метрики включають толерантність до лінії, продуктивність регуляції носія і лазерний зсув. Тестування чутливості для когерентних ресиверів повинні враховувати для вирівнювання LO.

Висока якість тестування (≥ 400 Gb/s)

На 400 Gb / с, вище, електричний інтерфейс часто використовує роз'єм для хост-роз'єм, як QSFP-DD або OSFP. Тестування повинні включати до панелі розбиття і втрати кабелю до детектора помилок. Використовуйте адаптивні приймачі або золоті модулі для видалення ефектів дошки. Електричне розділення Джиттера стає більш складним; інструменти, такі як годинникові установки для відновлення з пропускною спроможністю. Термічне управління DUT є критичним, тому що електричне розсіювання зростає з швидкістю даних.

Тестування під стресом

Не ідеальний. Стрес тестує ресивера з оптичним зворотним зв'язком, дисперсією та дисперсією режиму поляризацій (PMD). Додавання попередньо відшаровувальних шаблонів (наприклад, з керованими ISI) або синусоїдним Джиттером, що підтверджує надійність CDR і еквалайзера. Тестування стресу зазвичай означають OIF MSA або IEEE 802.3 конформаційних документів.

Висновок

Точне оптичне тестування ресивера є основою надійної оптичної мережі. Докладно характеризуючи чутливість, пропускну здатність, шум і динамічний діапазон за допомогою методів, таких як тестування BER, аналіз очей та вимірювання джиттера, інженери можуть забезпечити компоненти, що відповідають вимогам суворої продуктивності. Дотримуючись кращих практик – каліброване обладнання, керовані середовища, стандартизовані процедури, строга документація, періодичні оновлення протоколу – результати повторення, довірливі. Як модуляційні формати заздалегідь і рівень даних, що залишаються струмом з методологією тестування є важливим для підтримки цілісності мережі і забезпечення подальших систем зв'язку.