高速光通訊信號(hào)的消光比測(cè)試

下面我們來(lái)看看消光比這一參數(shù)的定義和影響結(jié)果的一些因素，如何來(lái)提高消光比的測(cè)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(duì)數(shù)表示，ER 對(duì)于一個(gè)線性衰減的系統(tǒng)，消光比應(yīng)該是一個(gè)常數(shù)，消光比越高，傳輸系統(tǒng)對(duì)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(cè)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(cè)試的實(shí)例圖片：

圖2

二：消光比應(yīng)該在什么范圍內(nèi)才是合理的呢？
一般來(lái)說(shuō)，信號(hào)速率越高，信號(hào)的消光比就會(huì)越低，因?yàn)樾盘?hào)速率高了以后，信噪比更加難控制，同時(shí)由于光信號(hào)的衰減以及傳輸中的損耗的差異也會(huì)導(dǎo)致消光比變低，所以2.5Gbps的光信號(hào)可以做到17-18dB，但10Gbps的光信號(hào)能做到13-14dB已經(jīng)很不錯(cuò)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(fèi) (相對(duì)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(duì)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(diào)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(cè)試呢？
1.儀器和光模塊的本底噪聲。因?yàn)楸镜自肼晻?huì)影響到P1/P0的準(zhǔn)確計(jì)算。所以主機(jī)和模塊的溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)是必須的，有時(shí)候光模塊使用時(shí)間長(zhǎng)了以后，會(huì)有一些灰塵，所以輸入光纖和被測(cè)光纖都可以使用無(wú)塵試紙擦拭，可以提高消光比的測(cè)試精度。

2.直流電平的校準(zhǔn)，或者我們稱為暗電平（Dark level）校準(zhǔn)，ER: ,
因?yàn)镻0是作為分母的，所以如果P0有任何的細(xì)微偏移，都會(huì)造成測(cè)試結(jié)果有較大的差異，因此模塊的暗電平校準(zhǔn)是必不可少的。

3.光模塊的頻率響應(yīng)曲線，在光信號(hào)測(cè)試中，按照規(guī)范要求不同速率的光信號(hào)需要使用不同帶寬的4階貝瑟爾－湯姆遜濾波器（Bassel-Thompson），我們通常稱其為光參考接收機(jī)，因?yàn)楣庑盘?hào)的接收端都會(huì)使用這一光參考接收機(jī)，所以儀器也必須使用同一標(biāo)準(zhǔn)的參考接收機(jī)來(lái)保證儀器所“看到”的信號(hào)跟真正的光接收端“看到”的信號(hào)是一致的。但是濾波器的頻響曲線在規(guī)范中是有一定容限的，即便儀器廠家號(hào)稱自己的光模塊是符合規(guī)范的，也有可能其不同模塊的頻響曲線有一定的差異，所以頻響曲線的一致性是比較難保證的。

傳統(tǒng)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(jí)聯(lián)，并且切換不同的級(jí)聯(lián)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的帶寬，由于多極級(jí)聯(lián)的硬件很難保證不同的模塊的響應(yīng)曲線的一致性，下圖是泰克的測(cè)試40Gbps的光模塊80C10B的頻響曲線可以實(shí)現(xiàn)下面的頻響曲線效果，可以看到14個(gè)不同的光模塊的頻響曲線非常的一致，整個(gè)曲線在很小的一個(gè)范圍內(nèi)變化。這是因?yàn)樘┛瞬捎昧艘粋€(gè)專利的濾波器實(shí)現(xiàn)技術(shù)。通過(guò)精確調(diào)節(jié)采樣頭的脈寬來(lái)實(shí)現(xiàn)帶寬和頻響曲線。由于采樣脈寬是精確可調(diào)，所以能夠嚴(yán)格控制其頻率響應(yīng)曲線。

圖4

傳統(tǒng)的光測(cè)試模塊濾波器的實(shí)現(xiàn)方法

圖5

泰克的最新80C10B光模塊的實(shí)現(xiàn)方法。

圖6

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

圖7

四：如果我想得到很精確的消光比測(cè)試結(jié)果如何實(shí)現(xiàn)呢？
泰克可以提供一個(gè)ER calibration選項(xiàng)，這時(shí)在示波器的測(cè)試項(xiàng)目中會(huì)多加一個(gè)選項(xiàng)，如下圖，Extinction Ratio(dB)-Calibrated.提供經(jīng)過(guò)ER校準(zhǔn)后的測(cè)量結(jié)果。那這個(gè)ER校準(zhǔn)的結(jié)果是如何得到的呢？在泰克美國(guó)總部有美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室提供的標(biāo)準(zhǔn)光源，它可以輸出不同的已知的消光比的光信號(hào)，然后由DSA8200+相應(yīng)的光模塊進(jìn)行測(cè)試，然后將不同消光比下測(cè)出的偏差填進(jìn)光模塊中進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，就可以得到和標(biāo)準(zhǔn)光源所對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確的消光比的測(cè)量值了。

圖8

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

圖9

圖10