高速光通訊信號的消光比測試

下面我們來看看消光比這一參數(shù)的定義和影響結果的一些因素，如何來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” 時的平均光功率和發(fā)送邏輯“0”時的平均光功率之比.一般用對數(shù)表示，ER 對于一個線性衰減的系統(tǒng)，消光比應該是一個常數(shù)，消光比越高，傳輸系統(tǒng)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9.953Gbps光眼圖和消光比測試的實例圖片：

圖2

二：消光比應該在什么范圍內才是合理的呢？
一般來說，信號速率越高，信號的消光比就會越低，因為信號速率高了以后，信噪比更加難控制，同時由于光信號的衰減以及傳輸中的損耗的差異也會導致消光比變低，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限大，越高越好的。ER 可以說明有多少光被浪費 (相對暗電平的偏置的光功率沒有承載任何信息)，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，其實是沒有太大意義的，只會無辜增加調試難度和產(chǎn)品成本而并沒有提高多少產(chǎn)品的性能。這從下面這個圖表可以看出：

圖3

三，哪些因素會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，有時候光模塊使用時間長了以后，會有一些灰塵，所以輸入光纖和被測光纖都可以使用無塵試紙擦拭，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，在光信號測試中，按照規(guī)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），我們通常稱其為光參考接收機，因為光信號的接收端都會使用這一光參考接收機，所以儀器也必須使用同一標準的參考接收機來保證儀器所“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在規(guī)范中是有一定容限的，即便儀器廠家號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，一個模塊中要支持不同的速率，必須將不同的濾波器進行級聯(lián)，并且切換不同的級聯(lián)方式來實現(xiàn)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的一致性，下圖是泰克的測試40Gbps的光模塊80C10B的頻響曲線可以實現(xiàn)下面的頻響曲線效果，可以看到14個不同的光模塊的頻響曲線非常的一致，整個曲線在很小的一個范圍內變化。這是因為泰克采用了一個專利的濾波器實現(xiàn)技術。通過精確調節(jié)采樣頭的脈寬來實現(xiàn)帶寬和頻響曲線。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。

圖4

傳統(tǒng)的光測試模塊濾波器的實現(xiàn)方法

圖5

泰克的最新80C10B光模塊的實現(xiàn)方法。

圖6

4：光模塊的瞬態(tài)響應特性也會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現(xiàn)呢？
泰克可以提供一個ER calibration選項，這時在示波器的測試項目中會多加一個選項，如下圖，Extinction Ratio(dB)-Calibrated.提供經(jīng)過ER校準后的測量結果。那這個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+相應的光模塊進行測試，然后將不同消光比下測出的偏差填進光模塊中進行相應的補償，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。

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經(jīng)過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：

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