引用本文:
肖刚,马洪勇,胡毅,等. 一种用于400 Gb/s光模块测试的低成本PAM4信号BERT[J]. 光通信技术,2021,45(10):19-23.
肖 刚,马洪勇,胡 毅,杨俊麒,宋 耕
(武汉光迅科技股份有限公司,武汉 430205)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对400 Gb/s光模块在研发和生产等环节中的测试需求,提出一种低成本四阶脉冲幅度调制(PAM4)信号比特率误码测试仪(BERT)的设计方案。首先,介绍了BERT的总体方案和实现原理,并分析了400 Gb/s光模块测试对BERT的需求和光模块内部数字信号处理(DSP)芯片的特点;其次,根据不同的应用场景,详细说明了BERT的2种硬件实现形式和软件设计要点;最后,对该BERT进行了实际测试,给出了PAM4电信号和光信号的实测结果,结果表明该BERT可以满足实际应用的需求。
关键词:400 Gb/s以太网;四阶脉冲幅度调制;比特误码率测试仪;码型发生器;误码检测器
中图分类号:TN256 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)10-0019-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.10.005
0 引言
比特误码率测试仪(BERT)是一种测量数据传输系统中比特误码率(BER)的电子测试设备,其中包含码型发生器(PG)和误码检测器(ED)。在光模块和光器件的研发和生产制造等环节中,BERT是对其进行设计验证、特性表征和一致性测试所必配的测试设备。
当前,数据中心内部光互联主要采用的是25 Gb/s和100 Gb/s技术,即将向采用100 Gb/s和400 Gb/s技术互联的向下一代网络演进;同时,随着5G规模建设的展开和各类应用的落地,400 Gb/s光模块也将在5G回传及核心网上得到应用。在目前业界主流的光模块封装标准中,QSFP28[1]对100 Gb/s光模块电接口(金手指)中的高速电信号的定义是4路25 Gb/s非归零码(NRZ)差分信号,而QSFP-DD[2]和OSFP[3]对400 Gb/s光模块电接口(金手指)中的高速电信号的定义都是8路25 GBaud四阶脉冲幅度调制(PAM4)差分信号。
目前,针对100 Gb/s光模块测试需求的BERT产品已经非常成熟,但只能提供4路25 Gb/s NRZ差分信号,显然不能满足400 Gb/s光模块对于8路
25 GBaud PAM4差分信号的测试需求。同时,国内外的文献对于100 Gb/s速率以上的高速BERT的介绍大部分都是仪器厂家发布的设备手册,专注于高速BERT内部结构和实现方式的资料非常少。2017年,华中科技大学[4]提出了一种4×25 Gb/s低成本NRZ信号BERT,给出了相关的测试结果,并于2019年又提出了一种PAM4信号BERT[5],但是并未完成样机的实现和实际应用场景下的性能测试。在针对PAM4信号的BERT产品中,知名测试设备厂商Keysight公司[6]推出的M8040A不仅可以实现PAM4信号输出速率连续可调和波形任意可调(如幅度、线性度和眼高等),还可以提供抖动信号的注入功能,但缺点是设备中的PG只能配置2路差分信号,ED只能配置1路差分信号,且价格昂贵,仅适用于光模块与光器件的早期设计验证和对PAM4信号的压力测试。因此,本文提出一
种用于400 Gb/s光模块测试的低成本PAM4信号BERT。
4 结束语
本文基于400 Gb/s光模块开发技术提出了一种低成本PAM4信号BERT,充分使用了400 Gb/s光模块中DSP芯片的PRBS信号诊断功能,以较低的成本实现了BERT的核心功能且简单实用,为400 Gb/s光模块和光器件的测试提供了一种简便有效和切实可行的途径。本文所提BERT结构简单、成本低廉,可以广泛地用于研发测试、生产测试和工程现场测试,其不足之处在于速率不是连续可调,但对于目前400 Gb/s光模块测试所需的25.78125 GBaud和26.5625 GBaud 这2种速率已经可以满足需求。如果有条件,可以与不同品牌的BERT产品进行参数比对测试,以进一步验证性能。此外,还可以根据客户的需求,在此基础之上增加必要的功能模块,实现便携式或者机架式的BERT产品形式。