高速光通訊信號的消光比測試

下面我們來(lái)看看消光比這一參數的定義和影響結果的一些因素，如何來(lái)提高消光比的測試精度。
一：消光比的定義：
ER (Extinction Ratio) 為光模塊發(fā)射邏輯“1” 時(shí)的平均光功率和發(fā)送邏輯“0”時(shí)的平均光功率之比.一般用對數表示，ER 對于一個(gè)線(xiàn)性衰減的系統，消光比應該是一個(gè)常數，消光比越高，傳輸系統對外部噪聲的抗敏感度越高,魯棒性越好

–在光眼圖的中心的20%的位置測量直方圖的平均值

圖1

下面是其中一個(gè)9.953Gbps光眼圖和消光比測試的實(shí)例圖片：

圖2

二：消光比應該在什么范圍內才是合理的呢？
一般來(lái)說(shuō)，信號速率越高，信號的消光比就會(huì )越低，因為信號速率高了以后，信噪比更加難控制，同時(shí)由于光信號的衰減以及傳輸中的損耗的差異也會(huì )導致消光比變低，所以2.5Gbps的光信號可以做到17-18dB，但10Gbps的光信號能做到13-14dB已經(jīng)很不錯了。但消光比并不是要求無(wú)限大，越高越好的。ER 可以說(shuō)明有多少光被浪費 (相對暗電平的偏置的光功率沒(méi)有承載任何信息)，在ER小于5dB后光功率損耗急劇加大，也就是說(shuō)額外還需要光功率，但如果ER大于15以后，則消光比對性能影響就非常小了。所以如果你將產(chǎn)品的消光比定義要求為大于20dB，其實(shí)是沒(méi)有太大意義的，只會(huì )無(wú)辜增加調試難度和產(chǎn)品成本而并沒(méi)有提高多少產(chǎn)品的性能。這從下面這個(gè)圖表可以看出：

圖3

三，哪些因素會(huì )影響到消光比的測試呢？
1.儀器和光模塊的本底噪聲。因為本底噪聲會(huì )影響到P1/P0的準確計算。所以主機和模塊的溫度補償校準是必須的，有時(shí)候光模塊使用時(shí)間長(cháng)了以后，會(huì )有一些灰塵，所以輸入光纖和被測光纖都可以使用無(wú)塵試紙擦拭，可以提高消光比的測試精度。

2.直流電平的校準，或者我們稱(chēng)為暗電平（Dark level）校準，ER: ,
因為P0是作為分母的，所以如果P0有任何的細微偏移，都會(huì )造成測試結果有較大的差異，因此模塊的暗電平校準是必不可少的。

3.光模塊的頻率響應曲線(xiàn)，在光信號測試中，按照規范要求不同速率的光信號需要使用不同帶寬的4階貝瑟爾－湯姆遜濾波器（Bassel-Thompson），我們通常稱(chēng)其為光參考接收機，因為光信號的接收端都會(huì )使用這一光參考接收機，所以?xún)x器也必須使用同一標準的參考接收機來(lái)保證儀器所“看到”的信號跟真正的光接收端“看到”的信號是一致的。但是濾波器的頻響曲線(xiàn)在規范中是有一定容限的，即便儀器廠(chǎng)家號稱(chēng)自己的光模塊是符合規范的，也有可能其不同模塊的頻響曲線(xiàn)有一定的差異，所以頻響曲線(xiàn)的一致性是比較難保證的。

傳統上，一個(gè)模塊中要支持不同的速率，必須將不同的濾波器進(jìn)行級聯(lián)，并且切換不同的級聯(lián)方式來(lái)實(shí)現不同的帶寬，由于多極級聯(lián)的硬件很難保證不同的模塊的響應曲線(xiàn)的一致性，下圖是泰克的測試40Gbps的光模塊80C10B的頻響曲線(xiàn)可以實(shí)現下面的頻響曲線(xiàn)效果，可以看到14個(gè)不同的光模塊的頻響曲線(xiàn)非常的一致，整個(gè)曲線(xiàn)在很小的一個(gè)范圍內變化。這是因為泰克采用了一個(gè)專(zhuān)利的濾波器實(shí)現技術(shù)。通過(guò)精確調節采樣頭的脈寬來(lái)實(shí)現帶寬和頻響曲線(xiàn)。由于采樣脈寬是精確可調，所以能夠嚴格控制其頻率響應曲線(xiàn)。

圖4

傳統的光測試模塊濾波器的實(shí)現方法

圖5

泰克的最新80C10B光模塊的實(shí)現方法。

圖6

4：光模塊的瞬態(tài)響應特性也會(huì )影響到測試精度和一致性：
下面是泰克比較舊的光模塊的響應特性，可以看到，不同的模塊的響應特性的差異會(huì )影響到1電平和0電平的計算結果，從而影響到測試差異。

圖7

四：如果我想得到很精確的消光比測試結果如何實(shí)現呢？
泰克可以提供一個(gè)ER calibration選項，這時(shí)在示波器的測試項目中會(huì )多加一個(gè)選項，如下圖，Extinction Ratio(dB)-Calibrated.提供經(jīng)過(guò)ER校準后的測量結果。那這個(gè)ER校準的結果是如何得到的呢？在泰克美國總部有美國國家標準實(shí)驗室提供的標準光源，它可以輸出不同的已知的消光比的光信號，然后由DSA8200+相應的光模塊進(jìn)行測試，然后將不同消光比下測出的偏差填進(jìn)光模塊中進(jìn)行相應的補償，就可以得到和標準光源所對應的準確的消光比的測量值了。

圖8

經(jīng)過(guò)校準后的消光比測試可以提供非常好的可重復性和測試精度：

圖9

圖10