【是德征文】光通信指标测试好帮手——Agilent DCA和BERT

mikeliujia

【是德征文】光通信指标测试好帮手——Agilent DCA和BERT [复制链接]

多年前误打误撞进入光通信领域，至此和安捷伦仪器都结下了不解之缘。虽然在那很久以前用过泰克的示波器，也一直听闻安捷伦和泰克双雄争霸，但是真正接触到Agilent的 DCA和BERT，才感觉到安捷伦的强大。那个时候正是光通信的鼎盛时期，从运营商到设备商都跟着吃肉喝汤，我所在的光模块实验室也是如土豪般不差钱，十几万的安捷伦仪器领导眼睛都不眨一下就买了，更别说小几万的泰克和安利的仪器。不怕不识货，就怕货比货，自从实验室多了Agilent的 DCA和BERT，大家都抢着用，将泰克和安利的仪器冷落在一边，以至于不得不请领导出面调停
所幸我在的10G ER/ZR组可以优先使用Agilent仪器，因此有幸用过Agilen_t86100D的DCA、Agilen_N4903B（带CDR）的BERT、Agilent_Agilent 81250的BERT。注：DCA——数字通信分析仪示波器，数字通信分析仪可以覆盖电、光和 TDR 测量。BERT——误码分析仪是一种在通信系统中对误码率进行测试分析，并具有仿真功能的仪器。误码率测试本质上就是输出一个已知的数据位流给被测设备，然后捕获并分析以被测设备返回的数据流。 为了使不同仪器有相同的测试结果，常常应用一种特别的伪随机序列，这是一种源於通讯行业定义的标准。

1、Agilen_t86100D的DCA

这款86100D现已停产，当年小几十万，传闻一位带此仪器出差的小哥一度想跑路，意图将此仪器卖掉去换一套房
现在是德科技推出了新款的86100D Infiniium DCA-X 宽带宽示波器，貌似做了很大的升级，主要特性和功能：

• 90 GHz 带宽
• 定制主机以进行光、电和 TDR/S 参数分析
• 100 fs RMS 超低抖动和低至 250 μV 确保执行快速、精确和一致的抖动测量
• 获得超过 50 种内置标准模板和自动模板裕量分析
• 轻松地同时测量多个信号；同时分析和采集多达 16 个信号
• 主机可升级并且向后兼容
• 获得先进的抖动、眼图和波形分析
• InfiniiSim 可以对夹具、电缆、探头及其他电路元件进行去嵌入/嵌入
• 测试包括 OIF CEI 3.1、IEEE 802.3（以太网）、SFF-8431（SFP+）等
• 支持用户定义的应用
  

     
2、Agilen_N4903B（带CDR）的BERT

这款误码仪是我们实验室当时最好的一台BERT，感觉甩了安利同类型的好几条街。不同的误码等级，报不同的声音出来，话说有时误码较多时，简直像弹奏音乐一样，我想设计这个BERT的工程师一定对音律很有造诣。其主要特性与技术指标：

• 码型发生器和误码检测器的数据速率为150 Mb/s 至 7 Gb/s 或 150 Mb/s 至 12.5 Gb/s
• >0.5 UI 经校准、综合一致的抖动注入：RJ、RJ-LF、RJ-HF、PJ1、PJ2、SJ、BUJ、ISI、正弦干扰、SSC 和剩余 SSC
• 出色的信号性能和灵敏度
• 内置时钟数据恢复功能和可调节、一致的环路带宽
• 用于正向时钟设备的半速率时钟和可变占空比
• 可测量 BER、BERT 扫描、RJ/DJ 分离的 TJ、眼图、眼图模板、BER 轮廓、自动抖动容限，并可捕获码型
• 使用 60 种模块码型序列发生器产生 PRBS 和码型
• 所有选件都可以从 N4903A 进行改型和升级
  

     
3、Agilent 81250的BERT

ParBERT 13.5 Gb/s模块使Keysight ParBERT 81250最适合下列应用：

• 10-Gigabit Ethernet (10.3 Gb/s 和 9.953 Gb/s)
• 10-Gigabit Fiber Channel (10.51875 Gb/s)
• 6.25 - 6.4 Gb/s的计算和数据分配 (标准包括: Infiniband, Serial ATA, PCI-Express, Firewire, Rapid I/O, 背板, 存储器总线)
• OC-768/STM-256 (4x10.8 Gb/s)
• OC-192/STM-64 (1x10.8 Gb/s 和 16x675 Mb/s)
• 并流制造中的多串行OC-192 器件
• 产生伪随机字序列 (PRWS), 基于存储器的码型和高达231-1 的标准PRBS
• 用用户定义数据、PRBS或来自并行端口的混合数据分析误码率
• 产生和分析500 Mb/s 至13.5 Gb/s数据率的差分和单端信号
  

发生器模块:

• 数据范围: 500 Mb/s 至 13.5 Gb/s
• 幅度: 0.1 至 1.8V (2.0V ，在连接器)
• 跃变时间 (10%-90%): <12ps
• 抖动: < 7ps
• 抖动发生器输入: 1GHz DC, 200ps
• 外时钟输入: 500 MHz - 13.5 GHz
• 渡越点调整: 20% - 80%
  

分析仪模块:

• 数据范围: 500 Mb/s 至 13.5 Gb/s
• 最小可检测宽度: 25ps，典型值
• 相位容限: > 1 UI - 12ps (> 5 Gb/s)
• 输入灵敏度: < 50mV
• 外时钟输入: 500 MHz - 13.5 GHz
• 时钟数据恢复范围: 2.45-3.2 GHz, 4.8-6.4 GHz 和 9.9-10.9 GHz
  

很不幸，这款误码仪也停产了。当时唯一一台需要使用上位机配置的误码仪，个人感觉不如N4903B好用，有时会抽风，不得不请售后过来做校准。


当年做光模块得感谢这几个好帮手，全靠这几台仪器做指标测试，才做出很多精彩的测试记录和分析报告，并推出多款量产的产品。时至今日看到Agilent的仪器都是满满的回忆。下面分享一下使用Agilent仪器的测试用例，还望大家见笑。

一、XFP ZR headroom测试
1、测试系统：DCA-Agilen_t86100D、BERT-Agilen_N4903B（带CDR）、光功率计-JDSU OLP-5S                                                
2、测试速率和码型：9.95Gbps 、2^31-1                                                                                                               
3、测试模块型号：LTX1502A-BC-ZR                                                                                                               
4、说明：测试模块ZR4,ZR5                                                                                                               
5、测试方法：在常温和高温下，调节APC，使Ibias分别为50mA和100mA左右，Agilen_N4903B（带CDR）BERT设定9.95Gbps速率 、2^31-1伪随机码型，万用表测不同Ibias下LD ANODE和ISNK处的电压（V），并比较其差值变化，同时用DCA记录眼图变化。
6、涉及到电路的原理图：

拿出Ibias支路分析，查DS得知FB208和FB209两颗磁珠的额定电流都是250mA，LD最大操作电压1.8V

GN2010E管脚最大耐压值如下：

XFP ZR的Txbias电路上采用的两颗磁珠BLM15HG102和BLM15HD102，其直流电阻最大值分别为1.1ohm和1.25ohm（共最大为2.35ohm，当电流极限值120mA下，压降0.282V）。根据GN2010E DS第95页描述，采用source模式时最小的Fault电压值为Vcc-0.8V.(如果VCC为极限3.1V时，该电压为2.3V)，即留给LD工作的电压极限为2V，即只要LD的工作电压最大值小于等于2V即可（针对ER产品比2V稍大也可）。而下表的根据各激光器的DS给出的LD工作电压均在要求的范围之内。

型号	LD工作电压典型值（V）	LD工作电压最大值（V）
613REA-2M11	1.3	1.5
612REA-1M1	-	1.8
T510MRI8	1.3	2

由上所述，理论上该设计不存在Headroom 问题。

7、测试数据：
1）常温下

温度	25℃
电源	3.3V && 5V					3.1V && 4.75V					3.5V && 5.25V
指标	Ibias	V_ISNK	V_LD ANODE	δV	眼图	Ibias	V_ISNK	V_LD ANODE	δV	眼图	Ibias	V_ISNK	V_LD ANODE	δV	眼图
Z4	51.896	1.212	1.106	0.106	-	52.248	1.208	1.104	0.104	-	51.508	1.214	1.108	0.106	-
	101.434	1.566	1.354	0.212	图1-1	101.498	1.559	1.35	0.209	图1-2	101.536	1.572	1.358	0.214	图1-3
Z5	50.268	1.156	1.061	0.095	-	50.946	1.155	1.061	0.094	-	49.772	1.156	1.06	0.096	-
	102.248	1.51	1.31	0.2	图2-1	102.73	1.506	1.309	0.197	图2-2	101.988	1.509	1.311	0.198	图2-3

2）高温下

温度	70℃
电源	3.3V && 5V					3.1V && 4.75V					3.5V && 5.25V
指标	Ibias	V_ISNK	V_LD ANODE	δV	眼图	Ibias	V_ISNK	V_LD ANODE	δV	眼图	Ibias	V_ISNK	V_LD ANODE	δV	眼图
Z4	54.186	1.246	1.118	0.128	-	54.664	1.242	1.115	0.127	-	54.042	1.25	1.12	0.13	-
	102.92	1.614	1.363	0.251	图1-4	103.082	1.607	1.359	0.248	图1-5	102.972	1.621	1.368	0.253	图1-6
Z5	52.224	1.188	1.074	0.114	-	52.994	1.183	1.07	0.113	-	51.612	1.185	1.07	0.115	-
	102.018	1.548	1.316	0.232	图2-4	102.368	1.544	1.317	0.227	图2-5	101.576	1.547	1.314	0.233	图2-6

8、测试结论：
       1）Ibias环路前后压差在不同电源电压情况下基本一致，可见电压拉偏对压差影响较小                                                
       2）高温下压差比常温下高0.019V~0.039V                                                                                                                        
       3）高温大Ibias下，未见报TX_Fault                                                                                                               
总结：XFP ZR有一定的Headroom余量，现在的方案参数能够满足项目的要求。

附件：眼图
     
  
  
  
  
此内容由EEWORLD论坛网友mikeliujia原创，如需转载或用于商业用途需征得作者同意并注明出处

nmg

眼图，虽然不知道什么意思，看到就莫名的兴奋了起来
楼主竟然搞过光通讯，牛牛牛

mikeliujia

nmg 发表于 2017-3-30 07:16
眼图，虽然不知道什么意思，看到就莫名的兴奋了起来
楼主竟然搞过光通讯，牛牛牛

见笑了
眼图是用余辉方式累积叠加显示采集到的串行信号的比特位的结果，叠加后的图形形状看起来和眼睛很像，故名眼图。由于眼图是用一张图形就完整地表征了串行信号的比特位信息，所以成为了衡量信号质量的最重要工具，眼图测量有时侯就叫“信号质量测试（Signal Quality Test,SQ Test）”。 此外，眼图测量的结果是合格还是不合格，其判断依据通常是相对于“模板（Mask）”而言的。模板规定了串行信号“1”电平的容限，“0”电平的容限，上升时间、下降时间的容限。所以眼图测量有时侯又被称为“模板测试（Mask Test）”。可以看到我测试的眼图用的是STM64/OC192的MASK模版。
我们测试一般关注眼图中消光比ER、margin余量、抖动jitter、crossing等指标。附件中部分眼图上面双眼皮比较厉害，信号可能有串扰或预（去）加重，硬件电路还需要优化，尤其是Tbias高速信号传输部分。

nmg

mikeliujia 发表于 2017-3-30 12:54
见笑了
眼图是用余辉方式累积叠加显示采集到的串行信号的比特位的结果，叠加后的图形形状看起来和眼睛 ...

多谢讲解