【儀測高下】224Gbps高速線(xiàn)纜測試方案

01.

高速傳輸速率發(fā)展歷程

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標準演進(jìn)

IEEE 802.3系列標準作為以太網(wǎng)技術(shù)的基礎，近年來(lái)不斷推動(dòng)著(zhù)數據傳輸速率的提升。從2010年代的100Gbps（802.3bj）和200Gbps（802.3cd），到2020年代的400Gbps（802.3ck）乃至當今的1.6Tbps（802.3dj），以太網(wǎng)技術(shù)經(jīng)歷了飛速的發(fā)展，目前IEEE 802.3dj單通道支持的最大速率超過(guò)200Gbps。與此同時(shí)，調制技術(shù)也從傳統的NRZ（非歸零碼）向PAM4（四電平脈沖幅度調制）轉變，這一轉變使頻譜效率提升了一倍，為未來(lái)實(shí)現更高的速率傳輸提供了可能。

OIF（Optical Internetworking Forum）的CEI框架同樣在推動(dòng)著(zhù)高速互連技術(shù)的發(fā)展。從CEI-56G到CEI-112G，再到CEI-224G，這些標準不僅支持了單通道224Gbps的速率，還面向芯片至光引擎（D2OE）、背板及銅纜互連等多種應用場(chǎng)景，為高速互連技術(shù)的發(fā)展提供了有力的支撐。

InfiniBand（無(wú)限帶寬，縮寫(xiě)為IB）是另一個(gè)用于高性能計算的電腦網(wǎng)絡(luò )通信標準，它具有極高的吞吐量和極低的延遲，用于電腦與電腦之間的數據互連，也用作高速存儲系統之間的互連。最新推出的Infiniband XDR互連產(chǎn)品的單通道速率高達200Gbps，同樣也采用PAM4編碼調制技術(shù)。

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技術(shù)驅動(dòng)因素

AI與5G/6G技術(shù)的快速發(fā)展，對數據傳輸速率提出了更高的要求。AI大模型的訓練與推理、5G基站回傳等場(chǎng)景，都需要高速、穩定的數據傳輸支持。此外，隨著(zhù)數據中心規模的擴大，對800G/1.6T以太網(wǎng)的支持也成為必然。同時(shí)，高密度SerDes設計在追求更高傳輸速率的同時(shí)，也需要兼顧功耗效率，以實(shí)現綠色、節能的數據中心運營(yíng)。

02.

224Gbps技術(shù)背景與應用場(chǎng)景

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技術(shù)背景

由于PAM4調制技術(shù)的引入，高速信道在112 GBd波特率下實(shí)現了224Gbps的傳輸速率。然而，這一轉變也對傳輸信號的信噪比（SNR）提出了更高的要求。相較于NRZ調制，PAM4的SNR需求提升了9.5 dB。為了提升糾錯能力，低密度奇偶校驗碼（LDPC）與級聯(lián)編碼（如RS+Hamming編碼）等技術(shù)被廣泛應用。

在材料與工藝方面，高頻低損耗PCB基材（如Dk≤3.5，Df≤0.003）的推出以及高頻連接器（如1.85 mm同軸接口）的廣泛應用，為224Gbps傳輸速率的實(shí)現提供了有力的保障。

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典型應用場(chǎng)景

224Gbps高速互連的應用場(chǎng)景非常廣泛，包括但不限于芯片至光引擎（D2OE）封裝基板走線(xiàn)、背板互連高速PCB和高速無(wú)源銅纜、機架內互連高速有源銅纜（AEC）以及數據中心光模塊（如OSFP可插拔模塊）。在這些場(chǎng)景中，對傳輸介質(zhì)的性能、傳輸距離以及關(guān)鍵要求都有著(zhù)嚴格的規定，以確保數據傳輸的穩定性和可靠性。

03.

224Gbps高速線(xiàn)纜測試關(guān)鍵指標

高速線(xiàn)纜的測試指標主要由常規指標和部分后處理指標組成。常規指標分為頻域指標和時(shí)域指標，其結果可由VNA直接測量得到。后處理指標，通過(guò)對VNA測量數據進(jìn)行算法處理后得到。

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頻域指標

頻域指標是衡量高速線(xiàn)纜性能的重要參數。差分插入損耗（如Sdd21）反映了信號在傳輸過(guò)程中的衰減情況，是評估通道性能的關(guān)鍵指標。差分回波損耗（如Sdd11）則表征了線(xiàn)纜的阻抗匹配程度，降低Sdd11對于減少反射干擾具有重要意義。模式轉換（如Scd21）反映了差分信號轉為共模噪聲的能力，近/遠端串擾（NEXT/FEXT）分別反映了近端Tx信號(或遠端Tx信號)對此條Lane接收端(Rx位置)的耦合噪聲情況。224Gbps高速線(xiàn)纜的典型頻域指標如下所示。

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時(shí)域指標

時(shí)域指標同樣對高速線(xiàn)纜的性能評估至關(guān)重要。時(shí)域阻抗分布，反映了高速線(xiàn)纜的阻抗隨長(cháng)度分布的均勻性。時(shí)延差（Skew）反映了差分對內或差分對間傳輸延遲的差異，對于保持信號同步具有重要意義。224Gbps高速線(xiàn)纜的典型時(shí)域指標如下所示。

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后處理測試指標

高速線(xiàn)纜的測試指標還有一些后處理測試指標。以IEEE802.3dj為例，其后處理指標包括信道工作裕量、有效回波損耗和插入損耗偏差等。

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信道工作裕量（COM） ： COM是品質(zhì)因數，基本上是插入損耗和隔離度之間的差值，可粗略地描述為信噪比。它綜合了插入損耗、串擾與均衡能力的信噪比指標，是評估通道性能的綜合指標。在分析每條Lane的信道裕量時(shí)，需要用到對應該條Lane所有的NEXT/FEXT測試數據。

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有效回波損耗（ERL） ： ERL 則將回波損耗與均衡效果以及發(fā)射器噪聲和接收器頻率響應結合到類(lèi)似信噪比的品質(zhì)因數中。它結合了均衡與噪聲影響的反射抑制能力，對于提升信號質(zhì)量具有重要意義。ERL是時(shí)域計算的結果，通過(guò)PTDR 時(shí)域響應計算而來(lái)。

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插入損耗偏差(ILD) :：插入損耗偏差 ILD(f) 是插入損耗測量值IL(f) 與插入損耗擬合值IL fitted (f)之間的差值, IL fitted (f)是通過(guò)多項式線(xiàn)性預測的結果。

除了上述指標，CEI-224G和Infiniband XDR 200Gbps高速線(xiàn)纜各自還有一些特有的后處理測試指標。CEI-224G還有FOM ILD (又叫ILD RMS )和ICN(綜合串擾噪聲)等指標，Infiniband XDR還有ILD RMS （有效插損偏差）、ICN(綜合串擾噪聲) 和ICMCN（綜合共模轉換噪聲）等指標。FOM ILD (ILD RMS )是對ILD(f)數學(xué)加權后的運算結果，ICMCN是對S cd21 數學(xué)加權后的運算結果，ICN則是由MDNEXT和MDFEXT運算而成。若需了解更深入的含義解釋?zhuān)堃?jiàn)各自的產(chǎn)品規范，在此不再贅述。

04.

夾具去嵌的應用和典型去嵌方法

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夾具去嵌的必要性

網(wǎng)絡(luò )分析儀在測試高速線(xiàn)纜時(shí)，經(jīng)常需要對夾具進(jìn)行去嵌。通過(guò)去嵌可消除夾具對DUT測試結果的影響，從而獲得更加準確的測試結果。對于IEEE 802.3dj、CEI-224G和Infiniband XDR高速線(xiàn)纜的測試，當前產(chǎn)品標準不強制要求對夾具進(jìn)行去嵌，線(xiàn)纜測試結果通常會(huì )包含夾具的影響。但終端用戶(hù)有時(shí)會(huì )要求線(xiàn)纜制造商對夾具進(jìn)行去嵌后再進(jìn)行測試，因此有必要介紹一些與去嵌相關(guān)的知識。

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典型去嵌方法

VNA常見(jiàn)的去嵌方法包括基本去嵌方法、高級時(shí)域去嵌方法。

基本去嵌方法是網(wǎng)絡(luò )分析儀的基本功能，包括Auto length and Loss、Time Gate、Direct Compensation等。這類(lèi)方法只適合于低頻應用，不適合于高速線(xiàn)纜的夾具去嵌。

適合于高速線(xiàn)纜去嵌的是高級去嵌方法，這類(lèi)方法本質(zhì)上是時(shí)域算法軟件。R&S VNA提供了三種高級去嵌選件：R&S ISD、R&S SFD、R&S EZD。使用這些高級去嵌方法，用戶(hù)可對夾具的影響進(jìn)行精確去除。

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測試夾具設計

測試夾具的設計對于確保去嵌精度同樣至關(guān)重要。IEEE P370標準規范了夾具設計、去嵌方法與S參數驗證流程，以確保去嵌測試結果的準確性和可靠性。

05.

R&S公司測試方案

針對IEEE 802.3dj、CEI-224Gbps和Infiniband XDR高速線(xiàn)纜的測試，R&S公司可提供全套軟硬件測試解決方案。該方案可實(shí)現對CR4(4 lanes)/CR8（8 lanes）高速線(xiàn)纜的自動(dòng)化測試。

方案

硬件部分：

由矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀（R&S ZNA67）、矩陣開(kāi)關(guān)系統（R&S OSP320 + OSP-B121VL + OSP-B122VL）和自動(dòng)校準單元（R&S ZN-Z156）等組成。這些硬件共同構成了高精度、多端口的測試平臺。該系統支持從10MHz到67 GHz的寬頻帶測量，性能指標完全滿(mǎn)足224Gbps高速線(xiàn)纜的測試需求。

針對224Gbps高速線(xiàn)纜的測試，R&S提供兩種OSP開(kāi)關(guān)方案：24端口方案和48端口方案。其中24端口方案用作CR4線(xiàn)纜的測試，而48端口方案用作CR8線(xiàn)纜的測試。以CR8線(xiàn)纜測試為例，R&S測試方案由2臺OSP320矩陣開(kāi)關(guān)（內含2x OSP-B121VL+8x OSP-B122VL開(kāi)關(guān)模塊）以及1臺R&S ZNA67高端矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀組成。

方案

軟件部分：

R&S?ZNrun 矢網(wǎng)自動(dòng)化測試平臺軟件支持IEEE 802.3dj、OIF CEI-224G等標準，可一鍵生成COM、ERL等關(guān)鍵指標報告。同時(shí)，該軟件內部還可集成MATLAB腳本，便于對其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，從而對測試數據的處理和分析更加高效、便捷。

R&S?ZNrun軟件套件采用了包含多個(gè)客戶(hù)端的服務(wù)器架構。測試開(kāi)發(fā)人員可以使用R&S?ZNrun Workbench工具配置和控制測試裝置。R&S?ZNrun為測量客戶(hù)端提供控制面板，便于測試操作員一鍵開(kāi)始測量并驗證結果。R&S?ZNrun提供全自動(dòng)一致性測試解決方案，能夠準確、快速地對高速線(xiàn)纜組件等執行自動(dòng)化測試。

R&S?ZNrun以其高度集成化、多客戶(hù)端控制與同步測量、全自動(dòng)一致性測試解決方案以及靈活定制與擴展性等技術(shù)特點(diǎn)，為用戶(hù)提供了高效、準確、便捷的測試解決方案。

總 結

224Gbps高速互連系統是支撐下一代數據中心與通信網(wǎng)絡(luò )的核心技術(shù)之一?；赗&S高精度矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀和高性能多端口開(kāi)關(guān)矩陣的R&S ZNrun自動(dòng)化軟件平臺，可以全面評估各類(lèi)高速互連線(xiàn)纜的插入損耗、串擾、時(shí)延差等關(guān)鍵指標。該軟件平臺還內置了后處理算法，可以輕松實(shí)現COM、ERL和ICN等指標的計算。

未來(lái)，隨著(zhù)數據傳輸速率的不斷提升與光電融合技術(shù)的發(fā)展，高速線(xiàn)纜測試技術(shù)將不斷向更高帶寬、更高集成度和智能化方向演進(jìn)。隨著(zhù)PAM6/PAM8等調制技術(shù)的引入，傳輸速率將進(jìn)一步提升至448Gbps乃至更高。