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(Fal)、峰一峰值抖动(PF)、均方根值抖动 (RMSJ) ExdB C1x√ 1130065d 2 Crs% C1 2 x 41.36087% 3QF C1 ZA 15.16931 4AOP C1 2 8512785W 5 Rise C1 A 2820000ps 7PPJ C1 2 1830000s 8RMSJ C1 A 301956ps 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(G957、G691)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82dB,EML电吸 收激光器消光比不小于10 dB, 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
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
s 眼图常用知识介绍 部门内公开 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4096~45% 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995G信号要求其 上升、下降时间不大于40ps 峰一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 Agilent的3778 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 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。 版权所有,侵权必究 第2页;共13页
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 眼图常用知识介绍 部门内公开 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第2页 共13页
s 眼图常用知识介绍 部门内公开 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 以下的为一个较好的62M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 C1 127.8uw/div n c Mask2 0 asks 0 #Wms27332 1 EXdB C1 A 2OF C1 2 24.11851 3 AOPd C1 2X 4 Eye C1z√ 5PKPK C1 2A 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 版权所有,侵权必究 第3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 眼图常用知识介绍 部门内公开 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第3页 共13页
眼图常用知识介绍 部门内公开 C12543Wv WfmDB1(Main C Mask(Mn C1) Mask2 0 Masks 0 Wms13729 1C1 AOP 823.2uw c1 ExDb 12. 46dB 3c1cs%357% 5C1 PkPk 1787m 6c1QF2177 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。 Mask1 0 Masks 0 #Wfms 657 1C1 AOP 1. 580r 2C1 ExDb 11.05dB 3C1crs%4238% 5C1 PkPk 3.097m 6C1QF2250 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。 版权所有,侵权必究 第4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 眼图常用知识介绍 部门内公开 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第4页 共13页
眼图常用知识介绍 部门内公开 701mw vetor C1335.4uW/div Mask2 0 Masks 0 #wfms 306 1c1 ExDb 11.42dB 2c1QF2217 3C1 AOP 1. 105m 4C1crs%48.10% 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, 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8GHz622M信号的低通滤波器的带宽大约为500MH,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。 版权所有,侵权必究 第5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 眼图常用知识介绍 部门内公开 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第5页 共13页
s 眼图常用知识介绍 部门内公开 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4ldB3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 wimDB1(Main C ask(ln C1) 0c.125TM4 Mask1 0 Mask2 0 Masks 0 Total 0 #Wfms 5499 1C1 AOP 628.0uw 3C1 ExDb 4.085dB 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。 版权所有,侵权必究 第6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 眼图常用知识介绍 部门内公开 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第6页 共13页
眼图常用知识介绍 部门内公开 581mW 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 689mw Mask1 0 Mask2 0 #Wms10251 1C1 Ex 8.814dB 2c1crs%4966% 3c1QF2022 IC1 AOP 2.756ml BC1 Low 641.9uw C1 RMSJ 7.689ps 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ε 版权所有,侵权必究 第7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 眼图常用知识介绍 部门内公开 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第7页 共13页
眼图常用知识介绍 部门内公开 2c1 4C1AOP1.390 5C1 Rise NaN 6C1 LoW 302. 1uw 7C1 PPJi74 10ps 8C1 RMSJ 9. 186ps 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64。消光比也很低,只有66dB。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 Mask1 12 Masks 0 Total 223 Wms10232 C1 ExDb 6.645dB 2c1crs%3793% 3C1QF6429 6C1 Low 538.5uw C1 PPJi 1003ps I 8C1RMSJ1315 以下一个为25G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。 版权所有,侵权必究 第8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 眼图常用知识介绍 部门内公开 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第8页 共13页
眼图常用知识介绍 部门内公开 风▲区 WfmDB1 (Main C1 askin C1) Mask2 0 Masks 0 Wms10778 C1 AOP 704.4u 2C1 ExDb NaN 3C1 Crs% NaN 4 C1 QF NaN 5C1 Low 1412uw 6C1 High 1.287mw 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 1 308.5HW/div fmDB1 (Main C MaskIn C1) 0c192sTM64 Mask 1 0 Mask2 0 Masks 0 s1685 1AOPd C1 2x 3196577md 2 EXdB c1x√ 1001610dB 3Crs% C1 2 3381619% 4QF C1 1151812 2.128905mW 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 版权所有,侵权必究 第9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 眼图常用知识介绍 部门内公开 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第9页 共13页
眼图常用知识介绍 部门内公开 2097rW C1 248. 1uw/div asKIn C Mask 1 0 Mask2 0 Masks 0 Total 0 #Wfms 3052 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、 降、“1”电平都比较粗,整个眼图散点比较多,很不干净。 C14207wv 1C1 Ex Db 1023dB 3C1 AOP 1.313m 4C1 QF NaN 0C-192/sTM-64 Mask1 0 Masks 0 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。 版权所有,侵权必究 第10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 眼图常用知识介绍 部门内公开 2002-05-29 版权所有 侵权必究 第10页 共13页