光收发一体模块SFP测试方法详解.doc

深 圳 飞 通 光 电 股 份 有 限 公 司
SHENZHEN PHOTON TECHNOLOGY CO.，LTD

测试规范
Test Specification
(光电性能方面)

项目名称/产品型号 SFP光收发一体模块
SUBJCT（MODEL）：
项目阶段
SUBJCT PHASE
拟制/日期：
PREPARED BY/DATE：
审核/日期：
CHECKED BY：
批准/日期：
APPROVED BY/DATE：

一、 目的：
根据要求对于SFP模块在各种条件下进行性能指标测试、功能测试及可靠性测试，对产品的设计质量及可生产性进行综合评价。

二、 引用行业标准或协议：
l ITU-T G.957 (1999/06)
l ITU-T G.695 (2004/02)
l IEEE802.3 (1998)
l SFP MSA (2000/09)
l SFF-8472 (V9.3)

三、 仪表名称：（厂家）
l 光可变衰减器：GSK-02(光讯)
l 数字示波器：86130A (Agilent)
l 光示波器：86130A (Agilent)
l 直流稳压电源：MPS-3003
l 光功率计：M712
l 误码仪： 86130A (Agilent)
l 误码仪(抖动测试)：ANT-20SE(WWG)
l 光谱仪：Q8381(HP)
l 光回损仪：RM3750(JDSU)

四、 测试框图
1. 接收灵敏度、饱和光功率
SDH Analyzer
Agilent A86130
SFP Rx
SFP Tx
Opt Attenuator
WRI GSK-02
Optical Pot
M712

图1 接收误码测试框图

SDH Analyzer
Agilent A86130
SFP Rx
SFP Tx
Opt Attenuator
WRI GSK-02
Fiber
Optical Pot
M712
2. 传输代价

图2 传输代价测试框图

3. 回波损耗：
APC
PC
SFP Rx
SFP Tx
RM3750

图3 回波损耗测试框图

4. 发射光波长、谱宽：
SDH Analyzer
Agilent A86130
SFP Rx
SFP Tx
HP Q8381

图4 发射光谱测试框图

5. 发射光功率：
SDH Analyzer
Agilent A86130
SFP Rx
SFP Tx
Optical Pot
M712

图5 发射光功率测试框图

6. 发射光眼图及消光比：
SDH Analyzer
Agilent A86130
SFP Rx
SFP Tx
Oscilloscope
Agilent A86100

图6 发射眼图测试框图

7. 抖动测试
TD+/-
RD+/-
Fiber
SFP Rx
SFP Tx

ANT-20SE
Opt Attenuator
WRI GSK-02

图7抖动测试框图

8. TxDisable时序
SDH Analyzer
Agilent A86130
SFP Rx
SFP Tx
54833A DSO
I2C Master
Test Computer
TxDisable

图7 发射时序测试框图

SDH Analyzer
Agilent A86130
SFP Rx
SFP Tx
54833A DSO
Power supply
9. 初始化时间t_init

图9 初始化时序测试框图

SDH Analyzer
Agilent A86130
SFP Rx
SFP Tx
54833A DSO
I2C Master
Test Computer
TxDisable
Los
10. RxLos时序

图10 接收时序测试框图
五、 定义及测试步骤
(一) 光电电光参数
1. 接收灵敏度：Pr
定义：在一定的误码率条件下，接收组件能接收的最小输入平均光功率。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开测试台电源，系统连接参见图1。
(2) 按屏幕右边的“PG Setup”按键，点屏幕左侧的“Bit Rate Setup”软按钮。再在弹出的窗口中选择测试的码速率，再按“OK”软按钮。
(3) 将模块放入测试位置，将测试灵敏度跳线插入接收光端口。
(4) 旋转衰减器的旋钮，按屏幕右边的“Auto Align”按键，按“Results”按键，再按屏幕左侧的“Accumulated Results”软按钮，查看“Current Period”栏下的“Error Ratio”是否为零。循环本步骤，直至显示为零。
(5) 减小模块的输入光功率，找到“Error Ratio”显示为零的最小光功率点，按面板上侧的“Start Accum”，计时所需时间没有误码后，用功率计测试模块的输入光功率大小则为灵敏度。

2. 饱和光功率：Ps
定义：在一定的误码率条件下，接收组件能接收的最大输入平均光功率。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开测试台电源，系统连接参见图1。
(2) 按屏幕右边的“PG Setup”按键，点屏幕左侧的“Bit Rate Setup”软按钮。再在弹出的窗口中选择测试的码速率，再按“OK”软按钮。
(3) 将模块放入测试位置，将测试灵敏度跳线插入接收光端口。
(4) 旋转衰减器的旋钮，按屏幕右边的“Auto Align”按键，按“Results”按键，再按屏幕左侧的“Accumulated Results”软按钮，查看“Current Period”栏下的“Error Ratio”是否为零。循环本步骤，直至显示为零。
(5) 增大模块的输入光功率直到功率计显示的数值大于Ps时，按面板上侧的“Start Accum”，计时一分钟没有误码，则饱和光功率合格。

3. 告警开启：PH-L
定义：在模块的工作速率下，由大到小改变输入模块的输入光功率，当光功率改变到某一数值时，模块的告警输出信号电平出现反转，这时的光功率即为告警开启。
测试步骤：
(1) 测告警值时，旋转衰减器的旋钮，增加衰减量，由大到小改变输入模块的输入光功率，直到测试板上电压表指示的电压值发生翻转，此时接收输入的光功率为告警开启光功率。

4. 告警关闭：PL-H
定义：在模块的工作速率下，由小到大改变输入模块的输入光功率，当光功率改变到某一数值时，模块的告警输出信号电平出现反转，这时的光功率即为告警关闭。
测试步骤：
(1) 测告警值时，旋转衰减器的旋钮，减少衰减量，由小到大改变输入模块的输入光功率，直到测试板上电压表指示的电压值发生翻转，此时接收输入的光功率为告警关闭光功率。

5. 告警滞后
定义：告警信号阈值PL-H和PH-L的差值。
测试步骤：
(1) 将测得两告警值相减，即得告警滞后的值。

6. 接收端回波损耗：RL
定义：入射光功率Pin和反射光功率Pback的比值，以dB为单位，表达式如下:
RL=10*lg(Pin/Pback)
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，设置回损仪，将测试跳线插入到模块的接收光端口，系统连接参见图3。
(2) 等待回损扫描完毕，从回损仪上读取数值。

7. 输出信号：Vpp
定义：模块接收信号输出的峰峰值
测试步骤：
(1) 按照测试灵敏度方法连接系统。
(2) 将连接在误码仪的模块输出电信号电缆断开并通过50Ω的电探头连接到数字示波器的电输入接口上，读取数值。

8. 中心波长： l
定义：在发射光谱中，连接50℅最大幅度值线段的中点所对应的波长。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，打开测试台电源，系统连接参见图4。
(2) 按屏幕右边的“PG Setup”按键，点屏幕左侧的“Bit Rate Setup”软按钮。再在弹出的窗口中选择测试的码速率，再按“OK”软按钮。
(3) 将模块放入测试位置。
(4) 按光谱仪上的“AUTO”键，再按键盘顶端的“USER”按钮，继续按屏幕右上角的“FP”软按钮(当测试DFB激光器时，按“DFB”软按钮)。
(5) 记录光谱仪荧屏上自动显示的中心波长参数值。

9. 谱宽：Dl
定义：均方根谱宽是指在标准工作条件下所测得的光发射器件光谱分布的均方根宽度。-20dB谱宽是指在标准工作条件下，激光器所发射峰值波长最大幅度下降20dB时，光谱线两边所对应的波长间隔。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，打开测试台电源，系统连接参见图4。
(2) 按屏幕右边的“PG Setup”按键，点屏幕左侧的“Bit Rate Setup”软按钮。再在弹出的窗口中选择测试的码速率，再按“OK”软按钮。
(3) 将模块放入测试位置。
(4) 按光谱仪上的“AUTO”键，再按键盘顶端的“USER”按钮，继续按屏幕右上角的“FP”软按钮(当测试DFB激光器时，按“DFB”软按钮)。
(5) 记录光谱仪荧屏上自动显示的谱宽值。

10. 边模抑制比：SMSR
定义：最坏反射条件时，全调制条件下，SLM激光器所发射的主纵模最大功率(或幅度)与其邻近最大纵模光功率(或幅度)之比。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，打开测试台电源，系统连接参见图4。
(2) 按屏幕右边的“PG Setup”按键，点屏幕左侧的“Bit Rate Setup”软按钮。再在弹出的窗口中选择测试的码速率，再按“OK”软按钮。
(3) 将模块放入测试位置。
(4) 按光谱仪上的“AUTO”键，再按键盘顶端的“USER”按钮，继续按屏幕右上角的“DFB”软按钮。
(5) 光谱仪荧屏上自动显示SMSR参数值，无须设置参数直接读SMSR的值，测试时间30秒，记录这段时间中的最大值。

11. 传输代价：OPP
定义：模块发射器在传输特定长度光纤后性能劣化的程度。
测试步骤：
(1) 按“接收灵敏度”测试项目(以模块发射器的光作为测试接收端的光源)测试模块灵敏度Sens1，系统连线参见图1。
(2) 按上述方法，在衰减器前面串联增加所需长度的光纤，测试经光纤传输后的模块灵敏度Sens2，系统连线参见图2。
(3) 将上述测得的两个灵敏度相减：Sens2-Sens1，即为传输代价。

12. 平均输出光功率：Po
定义：在模块正常工作条件下，模块输出的平均光功率。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，打开测试台电源，系统连接参见图5。
(2) 按屏幕右边的“PG Setup”按键，点屏幕左侧的“Bit Rate Setup”软按钮。再在弹出的窗口中选择测试的码速率，再按“OK”软按钮。
(3) 将模块放入测试位置，将测试光功率跳线插入模块发射光端口。
(4) 通过光功率计上的按钮选择所需波长，等功率稳定后从光功率计上直接读取。

13. 消光比：Er
定义：全调制条件下，逻辑“1”高电平时的输出光功率与逻辑“0”低电平时的输出光功率之比的对数。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，打开测试台电源，系统连接参见图6。
(2) 按屏幕右边的“PG Setup”按键，点屏幕左侧的“Bit Rate Setup”软按钮。再在弹出的窗口中选择测试的码速率，再按“OK”软按钮。
(3) 将模块放入测试位置，将测试眼图跳线插入模块发射光端口。
(4) 在光示波器上按屏幕右边的“Eye/Mask Mode”按键；再按屏幕左侧的“Msk Test”软选项卡；按其下面的“Filter…”软按钮，在弹出的窗口中选择对应的速率滤波器，打上勾；再按“Open Mask…”软按钮，在弹出的窗口中选择对应速率，按“Open”按钮。
(5) 按屏幕右边的“Auto Scale”按键。对准完成后，按屏幕右边的“Quick Measure”调出消光比显示，读取消光比数值。

14. 发射眼图：
定义：将输出光输入到示波器的垂直放大器，把产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图像，称为眼图。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，打开测试台电源，系统连接参见图6。
(2) 按屏幕右边的“PG Setup”按键，点屏幕左侧的“Bit Rate Setup”软按钮。再在弹出的窗口中选择测试的码速率，再按“OK”软按钮。
(3) 将模块放入测试位置，将测试眼图跳线插入模块发射光端口。
(4) 在光示波器上按屏幕右边的“Eye/Mask Mode”按键；再按屏幕左侧的“Msk Test”软选项卡；按其下面的“Filter…”软按钮，在弹出的窗口中选择对应的速率滤波器，打上勾；再按“Open Mask…”软按钮，在弹出的窗口中选择对应速率，按“Open”按钮。
(5) 按屏幕右边的“Auto Scale”按键。等待示波器采样不少于500个波形。

15. 发射眼图余量：
定义：在测试发射眼图时，发射眼图能够符合眼图模板扩大的余量。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，打开测试台电源，系统连接参见图6。
(2) 按屏幕右边的“PG Setup”按键，点屏幕左侧的“Bit Rate Setup”软按钮。再在弹出的窗口中选择测试的码速率，再按“OK”软按钮。
(3) 将模块放入测试位置，将测试眼图跳线插入模块发射光端口。
(4) 在光示波器上按屏幕右边的“Eye/Mask Mode”按键；再按屏幕左侧的“Msk Test”软选项卡；按其下面的“Filter…”软按钮，在弹出的窗口中选择对应的速率滤波器，打上勾；再按“Open Mask…”软按钮，在弹出的窗口中选择对应速率，按“Open”按钮；再按“Mask Test Margins…”软按钮，在弹出的窗口中调节所需的Margins值，再在“Margins On”上打勾，后关闭窗口。
(5) 按屏幕右边的“Auto Scale”按键。等待示波器采样不少于500个波形。

16. 抖动：
定义：反映数字信号在特定时刻(例如最佳抽样时刻)相对其理想时间位置的短时间偏离。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，打开测试台电源，系统连接参见图7。
(2) 测试仪器启动完成后，点测试软件的菜单“Instruments”下的“Add&Remove”菜单项，在弹出的窗口中选择“0.172 Jitter Generator/Analyzer”项，再按“Add”按钮，弹出抖动测试结果窗口。
(3) 将模块放入测试位置。
(4) 在抖动测试结果窗口中根据测试需要选择“Filter”下面的“HP1+LP”(B1抖动)或“HP2+LP” (B2抖动)，测试一分钟后，查看“Jitter peak-peak”栏中显示的测试最大值“Max. Values”。

17. 关断后模块发射光功率：
定义：将模块的TxDisable管脚置高电平，模块关断自身的激光器驱动电路，此时模块的输出光功率即为关断后模块光功率。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开测试台电源，打开SFP测试软件。
(2) 将模块放入测试位置，将测试光功率跳线插入模块发射光端口。
(3) 点击测试软件上“发射工作(硬)”下面的“发射禁止”按键，以将TxDisable管脚置高电平，读取此时的光功率计显示值。

18. 输入信号：Vpp
定义：连接到模块输入信号管脚TD+和TD-上面的差分信号的峰峰值的大小。
测试步骤：
(1) 按测试发射眼图将系统连接好。
(2) 按误码仪屏幕右边的“PG Setup”，再点屏幕右侧的“Vamptd”输入框，利用误码仪面板右上角的旋钮调节差分信号峰峰值大小。
(3) 测试模块眼图是否符合要求。

19. 工作电流：Icc
定义：模块正常工作时的电流。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开测试台电源。
(2) 从直流稳压电源上读取未插上模块时的电流值。
(3) 插上模块，再从直流稳压电源上读取模块工作时的显示电流值。
(4) 后者减去前者即为模块的工作电流大小。

(二) MSA时序定义及测试步骤
表1：输入输出接口的时序要求
参数
符号
最小值
最大值
单位
说明
发射关断时间
t_off

10
μs
1
发射开启时间
t_on

1
ms
2
初始化时间(包括发射故障复位)
t_init

300
ms
3
LOS开始时间
t_loss_on

100
μs
4
LOS禁止取消时间
t_loss_off

100
μs
5

1. 发射关断时间：t_off
定义：从TxDisable的上升沿开始到激光器光功率下降到正常发射功率的10%时的时间。见下图：
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，打开测试台电源，系统连接参见图8。
(2) 将模块放入测试位置，设置TxDisable信号为示波器的单次上升触发信号。
(3) 点击SFP测试软件上的“发射工作(硬)”下面的“发射禁止”按键，将TxDisable管脚从低电平变为高电平。
(4) 读取示波器上的TxDisable上升沿与发射光功率下降的时间差即为t_off。

2. 发射开启时间：t_on
定义：从TxDisable的下降沿开始到激光器光功率上升到正常发射功率的90%时的时间。见下图：
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，打开测试台电源，系统连接参见图8。
(2) 将模块放入测试位置，设置TxDisable信号为示波器的单次下降触发信号。
(3) 点击SFP测试软件上的“发射工作(硬)”下面的“发射禁止”按键，将TxDisable管脚从高电平变为低电平。
(4) 读取示波器上的TxDisable下降沿与发射光功率上升的时间差即为t_on。

3. 初始化时间(包括发射故障复位)：t_init
定义：电源开启时间或TxDisable进行TxFault复位时间。见下图：

测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，系统连接参见图9。
(2) 将模块放入测试位置，设置电源电压Vcc为示波器的单次上升触发信号。
(3) 打开测试台电源，Vcc将从低电平变为高电平。
(4) 读取示波器上的Vcc上升沿与发射光功率上升的时间差即为t_init。

定义：模块由出现故障到模块正常工作的时间。
由于TxFault正常工作情况无不产生，所以暂无法进行测试，只提供t_init测试。

4. LOS开始时间：t_loss_on
定义：接收开始无光信号时刻到RXLOS输出的时间。
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，打开测试台电源，系统连接参见图10。
(2) 将模块放入测试位置，设置LOS信号为示波器的单次上升触发信号。
(3) 点击SFP测试软件上的“发射工作(硬)”下面的“发射禁止”按键，将TxDisable管脚从低电平变为高电平。
(4) 读取示波器上接收光功率下降与LOS上升沿的时间差即为t_loss_on。

5. LOS禁止取消时间：t_loss_off
定义：接收开始有光信号时刻到RXLOS去告警的时间
测试步骤：
(1) 检查测试系统后，打开各仪器电源，打开测试台电源，系统连接参见图10。
(2) 将模块放入测试位置，设置LOS信号为示波器的单次下降触发信号。
(3) 点击SFP测试软件上的“发射工作(硬)”下面的“发射禁止”按键，将TxDisable管脚从高电平变为低电平。
(4) 读取示波器上接收光功率上升与LOS下降沿的时间差即为t_loss_off。