眼图常用知识介绍

眼图常用知识介绍 关于眼图及其测量大家已经做了较多的讨论 最经典的文章是 传输指标测试大全 中有关 眼图部分 其侧重于眼图的定义和测量 光眼图分析 张轩/22336著 其侧重点在于眼图产生 的机理 以及色散对长距离传输后的眼图的影响 我们本次讨论的侧重点是如何来从眼图的中看出一些量化的数据 如 信号的上升 下降时 间 交叉点位置 消光比 Q因子 信噪比 抖动等 以及如何从各个方面来衡量一个眼图的优 劣 最后简单介绍一下CSA8000及其使用注意事项 现在我们公司常用的测量眼图的仪器为CSA8000 我们主要以CSA8000来讨论 1 眼图与常用指标介绍 下图为一个10G光信号的眼图 左边是眼图的形状以及10G眼图的模板 右边一栏为这个光信 号的一些测量值 从上而下分别为消光比 ExdB 交叉点比例 Crs Q因子 QF 平均光 功率 AOP 上升时间 Rise 下降时间 Fall 峰 峰值抖动 PFJi 均方根值抖动 RMSJ 消光比定义为眼图中 1 电平比 0 电平的值 在建议中根据不同的速率 传输距离又不 同的要求 对于我们直接外购的光模块要根据ITU-T G.957 G.691 的建议 以及厂家的器件资 料的测试 衡量器件是否符合要求 对于我们自己开发的光模块 除了满足建议要求之外 不同的 激光器的类型有不同的要求 一般的对于FP/DFB直调激光器要求 消光比不小于8.2dB EML电吸 收激光器消光比不小于10dB ITU-T中对于消光比没有规定一个最大值 但是这并不意味着消光比 可以无限大 消光比太高了 将导致激光器的啁啾系数太大 导致通道代价超标 不利于长距传 输 一般建议实际消光比实际光接口类型 与速率 传输距离有关 的最低要求消光比大 0.5~1.5dB 这不是一个绝对的数值 之所以给出这么一个数值是害怕消光比太高了 传输以后信 号劣化太厉害 导致误码产生或通道代价超标 如果一个光模块传输传输其标称距离以后 没有产 生误码并且通道代价满足指标要求 只要消光比大于ITU-T建议的最低值 多大都可以 交叉点比例反映信号的占空比大小 由于传输过程中 光信号的脉冲宽度将会展宽 导致接 收侧的交叉点相对于发送侧上移 为了有利于长距离传输 保证接收侧的交叉点比例在大约50 左 右 使得接收侧的灵敏度最佳 我们一般建议在发送侧把交叉点的位置稍微下移一些 一般发送侧 交叉点比例建议控制在40 45 Q因子综合反映眼图的质量问题 Q因子越高越好 表明眼图的质量越好 Q因子一般受噪 声 光功率 电信号是否从始端到终端阻抗匹配等因素影响 一般来说 眼图中 1 电平的这条 线越细 越平滑 Q 因子越高 在不加光衰减的情况下 发送侧光眼图的Q因子不应该小于12 越 高越好 接收测的Q因子不应该小于6 越高越好 CSA8000可以近似测量平均光功率 如果需要准确地测量光功率 建议最好使用光功率计 信号的上升时间 下降时间反映了信号的上升 下降的快慢 一般指整个信号幅度的20 80 的变化的时间 一般要求其上升 下降时间不能大于信号的周期的40 如9.95G信号要求其 上升 下降时间不大于40ps 峰 峰值抖动和均方根值抖动 可以定性反映信号的抖动大小 做为比较参考 这两个测量 值是越小越好 定量地测量输出抖动还是要专门的测试抖动的仪表 如Agilint 的37718 ACTERNA 的ANT20-SE 在测量抖动的时候 仪表一般需要预热30分钟以上 才能保证测量值相 对准确 信噪比同样可以定性反映信号的质量好坏 做为一个比较参考 这个测量值是越大越好 一 般在发送侧的测量值都大于30dB 定量地测量需要使用光谱分析仪 部门内公开眼图常用知识介绍 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第2页 共13页 2 典型的眼图介绍 接下来我们来看一些典型的较好的眼图和一些有问题的眼图 并分析这些眼图的问题在哪 里 以下的为一个较好的622M的眼图 我们可以看出眼图比较对称 眼线很细 消光比适中 Q因子很高 达到24 以下为不加STM-4滤波器的622M的眼图 可以看出眼图的眼线较细 特别是上升 下降沿 1 电平有点波纹 这是因为不加低通滤波器以后 信号的高频谐波没有被虑掉 各谐波分量叠 加起来成为有波纹的方波 我们看到即使 1 电平不平坦 其Q因子仍然达到21.7 部门内公开眼图常用知识介绍 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第3页 共13页 以下为一个较好的2.5G的 眼图比较对称 眼线比较细 0 1 电平都比较平滑 消 光比适中 Q因子较高 以下为较好的10G的眼图 眼图对称 眼图比较细 特别是 0 1 电平 上升 下降沿 稍粗一点 可见信号的抖动较大 消光比适中 Q因子较高 交叉点稍高 实际调试中 可以将交 叉点调低一点点 部门内公开眼图常用知识介绍 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第4页 共13页 总的来说 速率越高 眼图质量将越差 这主要由两个方面引起 第一是抖动 速率越高 抖动越难控制 第二是噪声 由于测试过程一般都要加相应的低通滤波器 10G信号的低通滤波器 的带宽大约为8GHz 622M信号的低通滤波器的带宽大约为500MHz 从500MHz 8GHz这个频率 范围的噪声 被622M信号的滤波器滤掉了 却没有被10G信号的滤波器滤掉 所以从眼图看了 10G信号的噪声更大一下 部门内公开眼图常用知识介绍 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第5页 共13页 3 有问题的眼图分析 以下为一个有问题的622M眼图 这个眼图问题比较多 我们来一一分析 首先 眼图有非常明显的两个上升 下降沿 俗称双眼皮 0 电平 1 电平不平 坦 信号有过冲 下冲 消光比偏低只有4.1dB 产生这些现象的原因怀疑是信号的阻抗不匹配 导致信号的过冲 下冲和多径 这个眼图还说明了另一个问题 眼图要能够套住模板只是眼图的最 基本的要求 而不是唯一的要求 我们看一下 这个眼图的边的离模板还是有一定的余量的 我们再来看看以下622M眼图 其问题在于噪声非常大 估计是信号的滤波没有处理好 部门内公开眼图常用知识介绍 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第6页 共13页 以下为2.5G眼图 总的质量还不错 存在的问题是眼图有点歪 不对称 这个跟激光器的调 制特性有一定的关系 以下2.5G眼图 存在的问题是抖动较大 注意与上一个眼图比较 其上升 下降沿都较粗 特别注意比较其峰峰值抖动 均方根抖动 下图都比上图的大 部门内公开眼图常用知识介绍 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第7页 共13页 以下2.5G的眼图就比较糟糕 眼图扭来扭去的 上升 下降都很缓 信号质量不好 Q因子只 有6.4 消光比也很低 只有6.6dB 其原因可能是驱动器 激光器本身问题 或者阻抗非常不匹 配 以下一个为2.5G眼图 可以明显看出眼图的上升沿有振铃 可能两个原因引起的 第一是信 号线上面阻抗不匹配 第二是直调激光器的张驰振荡引起的振铃 部门内公开眼图常用知识介绍 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第8页 共13页 以下为10G眼图 眼图存在两个问题 第一消光比太低 只有10dB 眼图 1 电平很粗 不 平坦 可能 的原因是 信号不匹配引起的 以下10G眼图没有其测量数据 但是从眼图的上升 下降沿比较粗可以看出来 其信号的抖动 比较大 部门内公开眼图常用知识介绍 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第9页 共13页 以下为10G眼图 这个眼图的问题是噪声比较大 这从那里看出来呢 请注意 眼图的上升 下降 1 电平都比较粗 整个眼图散点比较多 很不干净 以上三个眼图我们分析了导致眼图不好的三种情况 阻抗不匹配 抖动 噪声 这三种情况 如何从眼图看出来呢 如果眼图的 1 电平线比较粗 不平坦 上面 那么就是阻抗不匹配引起的 解决问题要 从保证从始端到终端阻抗匹配 部门内公开眼图常用知识介绍 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第10页 共13页 如果眼图的上升 下降沿比较粗 中间 那么就是抖动引起的 解决问题要从减小信号抖 动 如 提高输入时钟质量 合理 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 锁相环 特别是低通滤波器部分着手 如果眼图的都比较粗 全部 那么就是噪声引起的 一般来说是电源噪声 地回路不通畅 或者信号周围有大的干扰源引起的 解决问题也是要从这几方面着手 对于眼图 不能以一把尺子来衡量 速率越高 眼图质量越难保证 目标传输距离越远 要 求的眼图质量也好 同时有数据 时钟输入的光模块比只有数据输入的光模块的眼图质量会更好一 些 特别在抖动方面 EA调制方式的眼图比直接调制方式的眼图表现会好一些 部门内公开眼图常用知识介绍 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第11页 共13页 4 CSA8000简介与使用注意事项 4.1 CSA8000简介 CSA8000为TEKTRONIX公司最新的通讯分析仪 主要侧重于信号的眼图测量 同时可以测量 信号的其他一些指标 包括光功率 消光比 Q因子 信噪比 抖动等等 CSA8000为 WINDOWS界面 操作方便 支持鼠标 键盘 面板按键 触摸屏等操作方式 操作界面方便快 捷 可以方便地眼图的存储 拷贝 可以通过软盘拷贝或网络拷贝 CSA8000仪表包括主机以及测 量模块 目前我们已使用过的测量模块有如下几种 80C01-CR 光测量模块 输入光功率不能超过7dBm 即 5mW 建议输入光功率在 0dBm左右 带宽为20GHz 可以以时钟恢复方式 不需要外加触发时钟 测量622M 2.488G信 号 可以用时钟触发方式测量622M 2.488G 9.95G 10.66G 10.71G等信号 滤波器的可以选择 622M 2.488G 9.95G三种 80C02-CR 光测量模块 输入光功率不能超过7dBm 即 5mW 建议输入光功率在 0dBm左右 带宽可选择30GHz和20GHz两种 可以以时钟恢复方式 不需要外加触发时钟 测量 9.95G信号 一般只用于测量9.95G信号 或者以外触发方式测试10.66G 10.71G信号 滤波器只有 9.95G一种 80C03-CR 光测量模块 输入光功率不能超过7dBm 即 5mW 在测量过程中输出光 光模块输出的 可以直接输入给测量模块 带宽为2.3GHz 可以以时钟恢复方式 不需要外加 触发时钟 测量1.063G 1.25G 2.488G 2.500G信号 滤波器的可以选择1.063G 1.25G 2.488G三种 80C04-CR 光测量模块 输入光功率不能超过7dBm 即 5mW 建议输入光功率在 0dBm左右 带宽可选择30GHz和20GHz两种 可以以时钟恢复方式 不需要外加触发时钟 测量 9.95G 10.66G信号 或者以外触发方式测试10.71G信号 滤波器有9.95G 10.66G两种 80C09-CR 光测量模块 输入光功率不能超过7dBm 即 5mW 建议输入光功率在 0dBm左右 带宽可选择30GHz和20GHz两种 可以以时钟恢复方式 不需要外加触发时钟 测量 9.95G 10.71G信号 或者以外触发方式测试 10.66G信号 滤波器有9.95G 10.71G两种 80C05 80C06为高带宽光测量模块 可以测量40G信号 80C07为多速率光测量模块 可以测 量155M 622M 2.488G信号 这些模块我们暂时没有 基本工作原理与其他光测量模块类似 这 里不做更进一步的介绍 80E01 单通道电测量模块 用与测量电信号眼图 输入信号的幅度不能大于3Vp-p 建议 输入信号幅度为500mV左右 其为高带宽的电测量模块 带宽高达50G 只能用外触发方式测量 特别注意的是 其输入接头比普通SMA接头粗 需要专门的转接头才能使用 80E04 双通道电测量模块 用与测量电信号眼图 输入信号的幅度不能大于3Vp-p 建议 输入信号幅度为500mV左右 只能用外触发方式测量 其带宽为20G 并且 80E04模块还有一个 独特的功能 可以测量传输线的阻抗 部门内公开眼图常用知识介绍 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第12页 共13页 另外还有80E02 80E03模块 其能实现的功能 80E04都能实现 不单独介绍 4.2 使用CSA8000的注意事项 1 光测量模块的输入光功率不能超过允许的范围 电测量模块的输入幅度不能超过允许的范 围 否则可能造成测量模块的永久损坏 2 使用中要注意防静电 要注意仪表与被测设备共地 特别是以外触发方式测量的时候 3 为了测量的数据准确可靠 需要对仪表进行校正 包括暗电流校正和温度补偿校正 暗电流的校正方法 首先把测量模块的光接口盖上 然后按照如下步骤操作 Setup-->Vertical-->Optical-->Dark Level 温度补充校正方法 首先要将测量仪表打开 预热时间不小于30分钟 然后对仪表进行温度 补偿校正 注意校正过程较长 大约为5分钟 具体操作如下 Utilities-->Compensation-->Execute 4 要选择选择好相应的速率的滤波器和模板 如STM-4号就选择STM-4的滤波器与模块 GE信号就选择GE的滤波器与模板 特别注意的是在读取消光比 交叉点比例等数值时候 一定要 正确选择好滤波器和模块 选择滤波器操作步骤如下 Setup-->Vertical-->Optical-->Filter 选择正确的滤波器 选择模板操作步骤如下 Setup-->Mask-->选择正常的通道 C1 C8 -->Comm Standand(选择正确的标准模板 部门内公开眼图常用知识介绍 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第13页 共13页