如何提高光眼图的测试精度

1 光眼图精确测试的难点

光眼图的测试精度和重复性是许多光通信测试工程师在使用采样示波器中经常遇到的问题。图1是相同发射机通过不同的示波器模块(同等的光滤波器)测试后得到不同的眼图的例子。左边的眼图具有更好的模板富裕度，右边眼图有非理想的轨迹，针对这种结果，很容易想到的问题是：为什么眼图不一样？哪个是真实的眼图？

要回答这些问题，首先需要了解光眼图测试中仪表的差异。相关规范要求光眼图仪的“参考接收机”必须符合标准的频响特性，该参考接收机频响需要严格遵循规范标准所要求的4阶贝塞尔汤姆逊滤波器(-3 dB带宽=75% x数据速率)，在光眼图测试中，不同速率的光信号需要设置对应的光滤波器来实现上述“参考接收机”带宽。

由于每个光滤波器的实际频响曲线不可能完全一致，所以包括ITU，IEEE和Bellcore均规范了相同的标准频响范围，即位于两个标准模板之间。理想的接收机频响应在两个模板正中心，但考虑到实际的制造能力，规范允许接收机的频响有一定的容差，偏离理想的正中位置但不超过上下两个模板。但是，对于高频信号，即使很小的频响偏离在时域上也会如图2所示，有明显的反映，从而影响眼图形状和关键的分析指标(如眼图模板余量、消光比等)。

2 IRC：频响的修正方法

如果精确测试出每个测试模块光滤波器的频响特性，而且这种硬件的频响特性在正常使用的情况下是长期稳定的，那么我们就可以通过整个频段的频响校准将原来非理想位置的频响在整个频段上修正到理想位置，如图3所示。

安捷伦通过特殊的IRC(Impulse Response Correction)选件，来完成精确校准光滤波器的频响特性。建立起一整套的频响校准系统，其核心原理是通过一个非常窄的脉冲(小于1 ps的带宽)，测试不同示波器模块内置的光滤波器对该窄脉冲的响应。如果获得了光测试通道的脉冲响应，我们可以对任何不理想的频响进行修正，以获得理想的参考接收机。1 ps的窄脉冲可对应完成200 G以上带宽的频响测试。

3 IRC的应用

3.1 IRC提高光滤波器的理想频响特性

图4是针对10.3 Gbit/s信号，用86105C和86105D模块，分别关闭IRC和打开IRC的测试结果对比。

对于86105D，模板富裕度的改变会非常小，原因是86105D本身光带宽20 GHz，10.3 G硬件滤波器频响非常接近理想频响。但86105C影响较大，86105C光带宽8.5 G，IRC对10.3 G 光滤波器的修正较86105D大，因此其模板富裕度从44%提高到53%(打开SIRC)，而对于86105D基本上没变化(47%~49%)。

3.2 任意设置模块带宽内的光滤波器

安捷伦86105C一个测试模块提供了业界最多光滤波器组合(多达11个)，但仍然面临可能存在的新的滤波器需求和滤波器不足的挑战。利用IRC，可以灵活定义不同速率的标准光滤波器，提供了很大的灵活性并节省了硬件滤波器的成本，同时还保证了测试的精度。图5给出了利用IRC设置6.25 G滤波器的测试结果。

3.3 利用IRC拉长光滤波器带宽

安捷伦86105C的光带宽8.5G，并不能满足16×FC 14G的测试要求。但通过IRC，可以适当将滤波器带宽拐点延长，86105C也可以测试14 G的速率，如图6所示。

另外，针对下一代高带宽多模发射机(27 Gbit/s) 一致性测试非常困难。原因在于多模器件测试需要大光敏面光电探测器，但大光敏面探测器的寄生参数限制了更高的带宽。因此，比如安捷伦86105D单多模测试模块，标配的光带宽最多到20 GHz，难以测试27 Gbit/s的信号。但利用IRC，可以将测试带宽拉长50%以内，等效的86105D测试带宽可达30 G左右，因而可以测试27 Gbit/s的多模信号。

IRC允许对86116C参考接收机的光带宽扩展(从70 GHz 扩展到100 GHz)，而且使得86116C通道支持非常宽的参考接收机速率，一个86116C模块同时支持25 Gbit/s和28 Gbit/s(单模)以太网，39 Gbit/s和43 Gbit/s SONET/SDH，41.25 Gbit/s以太网新速率等。

4 IRC应用中的问题讨论

4.1 IRC带来的噪声和抖动的影响

利用IRC修正现有滤波器频响, 没有引入额外的噪声代价。DSP修正功能的应用(将实际滤波器响应修正成理想响应) 只会在滤波器全频率响应范围施加小于±1 dB的补偿修正。对应的噪声会被放大或衰减相同的数量，可以被忽略。表1、2是安捷伦光示波器工厂实测的IRC关闭和打开后信号抖动和噪声的测试结果对比，从中可以看到，这种影响是很小的。

另外，当扩展通道的带宽时，噪声通常会随着参考接收机带宽的增加而增加，因此打开IRC 以扩展带宽产生的噪声同样也会随着带宽扩展数量变化。如果扩展86105D带宽以获得27.8 Gbit/s参考接收机86105D 噪声从18 μW增加到29 μW 。考虑到仅仅是带宽的增加，噪声应该增加到26 μW，但是通过SIRC，噪声只是略有增多到29 μW。另外，如果增加86116C-025带宽50% 到60 GHz，实际的噪声增加从42~75 μW。噪声理论上应增加到63 μW，但SIRC 功能略有增高到75 μW。因此，IRC 噪声代价是存在，但是非常小，只有当扩展带宽达到极限才会有明显的影响。

4.2 IRC的几个注意事项

通过SIRC可以获得更准确的眼图以及更精确模板富裕度的测试。最后，在使用IRC时，还必须注意以下几个方面：

1) 必须在FLEXDCA 界面下操作,该界面用于安捷伦最新86100D平台，如果是86100C主机，需要在外置PC上安装FlexDCA软件，同时通过该PC控制86100C；

2) 必须使用Pattern Lock (需要重复的码型锁定和13G触发带宽)功能，因此主机必须配置86100D-ETR或86100C-001选件；

3) 重复码型的长度小于PRBS 16(对32位操作系统)或小于PRBS 23(对64位操作系统) ；

4) IRC对误码率、抖动和噪音没有明显的影响，为了保证误码率测试的一致性，建议仍然同时采用消光比修正因子ERCF(安捷伦出厂默认值)；

5) 为保证精度，IRC算法的最大适用带宽不能超过示波器光模块本身硬件带宽的50%；

6) SIRC 处理会降低系统捕获和处理效率，总体上降低大约4%测试吞吐率；

7) 如果原有的模块需要升级IRC，需要将该模块送回安捷伦做专门的校准，以充分保证光模块在整个带宽范围内的频响精度。

付军，安捷伦科技(中国)有限公司高级应用工程师，Fred-fj_fu@。