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53G 波特率CDR 在高速光模块测试中应用
2022.07.17 


2022年2月,联讯仪器(Semight Instrument)宣布推出53Gbaud PAM4/NRZ时钟恢复单元 CR6256,为400G/800G光模块测试提供新的选择,也为其眼图测试系列产品增加新成员。


根据市场调研机构LightCounting 2021年最新预测,2022年-2026年,全球200G/400G光模块市场规模,年复合增长率(CAGR)分别达到20%和16%。随着网络流量呈现爆发式增长,2022年200G光模块数量会翻3倍,达到6.58亿美金, 400G光模块数量会翻1倍,达到17亿美金。这些高速光模块,光口侧已经逐步从单波28Gbaud向53Gbaud PAM4进行转变,未来53Gbaud PAM4将成为主流。

用于评估高速信号波形质量的采样示波器需要与数据信号同步的时钟信号触发,在28Gbaud速率及以下速率光模块眼图测量中,虽然行业标准(如图 1 IEEE802.3cd规范要求的TDECQ一致性测试框图)一直推荐采用标准时钟恢复单元(CRU)从信号中提取时钟作为采样示波器的同步触发。但是考虑到成本,大部分光模块用户还沿用原来的驱动光模块的误码仪时钟输出作为采样示波器外部触发。其原因在于低速光模块基本上都采用基于模拟电路实现的内置时钟锁定(以下简称CDR),其延时比较小,比较容易保证输入和输出信号的同步,因此采用误码仪时钟触发(图 4)和采用时钟恢复单元提取时钟触发采样示波器测试眼图差异不大。

图 1  IEEE802.3cd 规范要求眼图测试框图(CRU时钟恢复单元)

图 2 内置模拟CDR的光模块可以采用误码仪时钟触发测试眼图
(4x25G NRZ或4x28Gbaud PAM4)


但随着符号速率进一步提升到53Gbaud,光模块内部芯片都是采用基于DSP技术的数字CDR对信号进行整形,而数字DSP CDR的时延相对于模拟CDR高一千倍,其高时延特性难以保证输入信号和输出信号之间的相位匹配,也就是说改变了光口测信号相位,使得驱动光模块误码仪的时钟输出已经不能满足光口侧53Gbaud PAM4信号眼图测试同步要求。



图 3 内置数字DSP CDR的光模块必须要时钟恢复提取时钟

(4x56Gbaud或8x56Gbaud PAM4)


在这种情况下,使用时钟恢复从数据信号中生成触发信号成为了必须。不过,53Gbaud速率PAM4的时钟恢复单元,原先只有美国、日本3家测试仪表公司具备相关产品,其测试成本非常高,限制了200G/400G光模块大规模批量生产对降低成本的需求。



图 4  联讯仪器眼图测试及时钟恢复单元系列产品


为了解决此问题并帮助降低开发和制造成本,联讯仪器在2020年推出的CR6201 28Gbaud PAM4时钟恢复单元基础上,提升速率,最新推出CR6256 53Gbaud PAM4时钟恢复单元,该产品可以从53Gbaud PAM4光信号中提取时钟,可以配合业界标准采样示波器使用,成为针对单波106Gbps(53Gbaud PAM4)光眼图测试时钟提取的又一个选择。


图 5  53Gbaud 信号CR6256时钟提取后眼图(TDECQ=1.51dB)


图 6  26Gbaud 信号CR6256时钟提取后眼图(TDECQ=1.04dB)


联讯仪器CR6256 功能特点:
多速率:支持50~53Gbaud/25~28Gbaud速率时钟提取,完全能够满足200G
/400G和未来800G光模块的测试要求;
符合IEEE802.3以太网、光纤通道及OIF标准规范对TDECQ指标的要求;
使用便捷:可以方便快捷地配合业内其它采样示波器一起使用,内置触摸屏显示和控制,无需外部电脑可以实现时钟恢复所有功能;
高灵敏度:-14dBm@26.5625Gbaud/-12dBm@53Gbaud(PRBS15,TDECQ=2.0dB)十分利于硅光这种小光功率下的应用场景;



图 7  CR6256时钟恢复单元灵敏度

(输入功率对26Gbaud PAM4信号TDECQ的影响)


图 8  CR6256时钟恢复单元灵敏度
(输入功率对53Gbaud PAM4信号TDECQ的影响)


TDECQ测试结果一致性高:完全可以满足53Gbaud PAM4信号TDECQ测试要求;


测试条件
53Gbaud PAM4
联讯仪器CR6256时钟恢复
TDECQ结果

K公司N1078A 时钟恢复
TDECQ结果

一致性
(绝对偏差)

DUT1@PRBS15
1.94dB
1.84dB
0.1dB
DUT2@PRBS15
1.89dB
1.8dB
0.09dB
DUT1@SSPRQ
2.51dB
2.42dB
0.09dB
DUT2@SSPRQ
2.47dB
2.37dB
0.1dB

多种调制信号:支持PMA4 和NRZ 不同的调制模式;

支持单模或多模:一台时钟恢复单元可以同时支持单模或多模信号时钟提取;
内置光功率监测:支持输入光功率实时监控;
时钟自动锁定:支持时钟锁定判断指令,同时自动完成锁定判断;
多种分频输出:支持1/2、1/4、1/8输出时钟分频输出,可以配合业界各种采样示波器对触发带宽的要求; 
远程控制:支持上位机远程控制指令。



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