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() ;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 ,我们主要以CSA8000来讨论 。
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 ); 峰值抖动( PFJi );均方根值抖动( RMS)
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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; 测试光模块的眼图时候,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10dBITU-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。
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。
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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。
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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。
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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。
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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。
有问题的眼图介绍
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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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
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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。
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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。
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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 ,那么就是阻抗不匹配引起的
如果眼图的上升 ,下降沿比较粗 , 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 ,合理设计锁相环 ,特别是低通滤波器部分着手。
如果眼图的都比较粗;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。
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