采樣示波器 VS 實時示波器
2019/4/8  15:01:22

談到光接口的時域指標(biāo)測試,工程師言必稱采樣示波器(sampling scope)。因為采樣示波器擁有不可比擬的信號完整性方面的優(yōu)勢:帶寬高、噪聲低、量化誤差。ù怪狈直媛矢撸乐胁蛔闶切枰接|發(fā)時鐘,以至于光工程師都漸漸遺忘了實時示波器(real-time scope)。


一、挑戰(zhàn)

長久以來,工程師們在進(jìn)行光接口測試(尤其是光模塊測試)時都不擔(dān)心同步觸發(fā)時鐘,要么從碼型發(fā)生器(Pattern Generator)引過來、要么使用時鐘恢復(fù)單元(Clock Recovery)從被測信號上恢復(fù)時鐘。前者在生產(chǎn)測試上是極具成本優(yōu)勢的,后者多用于研發(fā),追求極致的測試效果。但是隨著光接口速度的不斷提升,尤其是25GBps以上的多路光接口。每個信號通路上都加入了re-timer單元,也就是說同一個光接口(光模塊)中的不同路信號其實是不同源的。


也就是說來自于碼型發(fā)生器(Pattern Generator)的同步時鐘和信號已經(jīng)未必同步了,這一點在當(dāng)前的PAM4光模塊測試上尤其明顯。經(jīng)過實際對比測試發(fā)現(xiàn),使用時鐘恢復(fù)單元(Clock Recovery)進(jìn)行測試時結(jié)果要比使用碼型發(fā)生器(Pattern Generator)同步時鐘作為觸發(fā)更加好。不過,當(dāng)工程師需要進(jìn)行更高速度的測試時,時鐘恢復(fù)設(shè)備的價格就會非常高,大大增加測試成本。


二、新的嘗試
眾多周知,采樣示波器的不便之處正是實時示波器的天生優(yōu)勢:在捕獲信號的時候?qū)崟r示波器使用內(nèi)部時基,無需外部的同步觸發(fā)時鐘。但是實時示波器給人的印象總是:帶寬低、噪聲高、量化誤差大。還有更要命的是:只支持電輸入。
所幸的是隨著技術(shù)的不斷革新,實時示波器發(fā)生了翻天覆地的變化,帶寬不再是問題、噪聲越來越低,而且最重要的是配合實時示波器的高帶寬光探頭出現(xiàn)了。于是,工程師們可以嘗試使用高性能實時示波器來進(jìn)行新一代光接口的測試了。

實時示波器+光探頭的組合完全無需考慮外部的同步觸發(fā)信號,直接完成信號的捕獲。而時鐘恢復(fù)用軟件實現(xiàn),鎖相環(huán)帶寬更加精準(zhǔn),也更加彈性(在研發(fā)場合可以任意的設(shè)置鎖相環(huán)帶寬)。而且測試連接及其簡單,只需一根光纖而無需任何的電纜。

完善的測試項目的支持:除了支持IEEE要求的一致性測試項目之外,更支持眾多研發(fā)測試項目:如抖動、誤碼定位以及誤碼率預(yù)估。


三、實時Vs采樣 :優(yōu)孰劣?


實時示波器方案

采樣示波器方案

波形捕獲速度

快,毫秒級

慢,秒級

外部觸發(fā)時鐘

不需要

需要

時鐘恢復(fù)鎖相

環(huán)帶寬

軟件實現(xiàn),

設(shè)置靈活

硬件CDR,

設(shè)置范圍有限制

垂直軸分辨率

8bit

14bit

低噪聲

稍高

觸發(fā)系統(tǒng)抖動底噪

100fs級

400fs級

實時Vs采樣:哪個測試結(jié)果更真實?或者說更能反映一個真實接收機的接收效果?這是每個工程師都非常關(guān)心的問題。


實際接收機

實時示波器

采樣示波器

信號采集

連續(xù)

連續(xù)

間隔

時鐘恢復(fù)

硬件

軟件

硬件

信號采集

單次

單次

重復(fù)

幅度漂移的敏感度

不敏感

不敏感

敏感

對低頻抖動的敏感度

不敏感

不敏感

不敏感

對高頻抖動的敏感度

敏感

敏感

敏感

覺得實時方案不靠譜的基本上都是擔(dān)心示波器的垂直分辨率以及底噪聲。覺得實時方案好的主要基于觸發(fā)抖動以及更精準(zhǔn)的時鐘恢復(fù)設(shè)定。


不過泰克全新的ATI示波器采用異步時序交織結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了70GHz和200GS/s(5ps/樣點)實時采集性能。這種已獲專利的對稱結(jié)構(gòu)本身的噪聲要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)帶寬交織方法。DPO70000SX提供了最低的噪聲、最高的保真度和最大的性能。圖中顯示了應(yīng)用到ATI輸入的60GHz 正弦波抖動分析。結(jié)果顯示干凈的眼圖,隨機抖動RJ<80fsRMS

正是基于泰克ATI示波器的高性能,ATI示波器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于進(jìn)行復(fù)雜的光調(diào)制分析,對高速串行信令和頻率進(jìn)行抖動和噪聲分析,對寬帶RF信號進(jìn)行相位和調(diào)制分析。比如最近長春光機所中德綠色光子學(xué)研究中心,采用泰克的ATI示波器進(jìn)行“低能耗VECSEL200+Gbps 光互聯(lián)”研究。


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