QSFP测试方案.doc

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QSFP+ 模块测试方案

Infiniband测试
Tektronix Beijing. Nov.

一．方案构架

QSFP+模块测试方案分为发送端测试( Transmitter) 和接收端测试( Receiver) 。
l Transmitter测试
n 用作Tx测试的电信号必须足够好, 满足标准定义的眼图和模板要求。在测试之前, 必须对电信号进行验证
n Tx端光输出经过光眼图、 OMA、 消光比等测试
l Receiver测试
n Rx端测试需要一个带压力的光信号来模拟现实中信号的输入。这个光信号同样在Rx端测试之前必须经过抖动和功率的校准
n Rx端的电输出性能必须进行测试, 有以下三种测试要求:
u 模板测试: 保证足够的眼图张开度。一般在某一定BER的要求下。
u 抖动分量测试: 确保不同类型的抖动满足一定的要求
u 抖动容限测试: 确定Rx端的容限能力

二． 方案设备组成
误码率分析仪: BSA260C
BSA260C是当今业内数据率最高的单机误码率分析仪。码型发生器( PG) 和误码检测器( ED) 的速率高达26Gbps。无需再使用多台设备或在外部经过额外的Mux将数据率提高。BSA260C能够充分发挥其最高的数据率分析能力, 充分地对DUT进行测试和性能分析。

而经过通道复用模式( Mux) 而达到的28.4Gbps的方案( JBert) , 有很多不确定的问题。第一, Mux本身的抖动定时性能如何, 是否会影响到合成后信号的抖动特性。理论上, 在多通道复用系统中, 参考时钟的抖动会传递到被合成的信号当中去( 其实, 一些工业规范中, 专门有类似的抖动测试: F/2 jitter。例如在10GBase-KR) 。另外, 对于PG的jitter generation在Mux模式下的精度和功能是否会受到影响, 都没有明确的给出答案。
对于ED而言, 却没有类似的DeMux, 而是直接将28.4Gbps信号输入到原有额定指标只有14.2Gbps的误码检测器中。很显然, 测试结果无法接受。如下图所示: 25Gbps信号的该设备中进行的眼图测试。能够看到非常明显的ISI, 以及在眼图内部分散着很多原因不明采样点( 不知是PG发出的信号抖动过大, 还是ED接收时产生的问题) 。

在ED中, 由于采样时钟仅为数据率的一半, 因此, 每两个bit中就会漏掉一个bit。无法保证对整个数据流无漏失的检测, 甚至连基本的BER都无法保证。例如, 如果在bit6位置处出现误码, ED是无法检测到的。
所谓的”28.4Gbps”误码仪, 只是在当前产品无法升级, 为了应对市场竞争时, 推出的折中方案, 用户如果选择, 后果风险极大。
在系统调试时, 需要对误码出现的规律进行分析, 用以确定故障来源。因此, 对误码仪而言, 不但仅能够测量误码, 而且还要对误码进行分析。BSA260C首先能够经过眼图观测待测信号的质量, 还能够经过抖动测试分析其抖动来源, 进而确定是否是由于SI的问题引起误码; 接着, 对于误码出现的规律进行分析, 能够经过Error Location功能对误码出现的频率、 间隔的时间、 码型的相关性以及同Burst和Block甚至外部输入信号之间的关联, 从而帮助测试人员快速的确定故障来源。

左上是快速眼图测试, BSA260C经过专利的双判决器技术, 实现了快速眼图测试, 在短短几秒之内, 能够积累10-9误码率的眼图。
左下是抖动分离
右上是浴盆曲线。同示波器测试浴盆曲线最大的区别在于BSA能够真实的测量到很低误码率时的抖动, 精度高, 而示波器是估算出来的。
右下是误码率相关分析。直方图显示出误码出现的位置呈现某种周期特性, 进而对其分析可知误码重复出现周期及时数据帧重复的周期, 因此, 误码率和数据帧结构相关。

相比之下, JBert也能够进行一些分析功能, 可是分析项目较少, 能力较弱, 速度慢。而Anritsu同样其产品定位于Telecom一致性测量, 因此, 并没有丰富的无码分析能力。
时钟恢复仪: CR286A
在高速串行总线中, 时钟是被嵌入在数据流中的, 而不是随着数据同步在链路中传输。因此, 在Rx端进行接收时会经过CDR( Clock Data Recovery) 将时钟从数据流中提取出来, 作为采样的依据。对于测试而言, 同样也需要进行CDR, 作为测量仪器进行抖动分析、 眼图测试的时间参考。
特别的, 对于测试时的CDR还有特殊的要求, 即: 可调节的PLL环路带宽、 可调节增益、 可调节的数据率等等。CR286A作为仪器级的时钟恢复仪, 具有无可比拟的性能。数据速率连续可调, 最高28.6Gbps、 PLL带宽连续可调100KHz~12M, 可扩展到24MHz、 peaking增益连续可调到6dB。
CR280A是外置的独立的仪器, 不会依存其它设备。能够灵活方便的运用在任何高速串行测试系统中。CR280A还能够完成信号的均衡、 抖动频谱分析功能。
相比较CR280A, 其它的CDR方案都是在ED中的一个选件, 即固化在ED中, 只能用于自己的系统中。另外, 对于Anritsu的CDR, 其带宽、 增益都是无法调节的。因为其产品主要是定位在Telecom标准的一致性测试中, 如ITU等, 没有提供调谐能力, 意味着无法对产品进行debug。毕竟QSFP+模块会应用在不同的场合, 其Serdes的CDR能力不尽相同, 为了满足最大的一致性和互操作性, 需要考察在不同CDR的情况下信号或系统的性能。CR280A能够最大程度的满足模拟接收端CDR的需求。
40G/100G光模块: 80C10B
80C10B是一款光接收机模块, 用于对光信号物理层特性的测试, 例如眼图、 抖动、 模板等。80C10B模拟带宽大于80GHz, 最高测试光信号速率>112Gbps。光模块中标配了40G光参考接收机滤波器, 专用对40G的光信号进行标准测试。80C10B具有一下特点和优点:
l 40G光信号测试标准参考, 具有最好的噪底性能。
l 具有最好光参考接收机滤波器一致性, ±0.5dB
l ER Calibration功能能够解决ER测试一致性的问题, 大大增加了测试的稳定度
l 可选配opt.CRTP, 可将O/E的电输出, 进行时钟恢复或误码测试
l 内置光功率计, 能够直接测量光功率
l DSA8200示波器主机, 能够同时进行光、 电、 码型同步等功能。能够一台主机内实现。

有关40G/100G测试的辅助模块: 82A04相位参考模块, 能够将DSA8200触发抖动减小到100fs, 有利于得到张开度更大的眼图, 以更大的余量经过模板测试。
抖动、 噪声分析套件: 80SJNB

80SJNB是构架在DSA8200上的分析软件, 能够对输入DSA8200所采集的光、 电信号进行眼图测试、 抖动和噪声分析、 抖动和噪声分离等复杂的分析过程。目的是为了对引起误码率的抖动和噪声进行调试, 经过分析发现规律, 从而找到问题的根源, 即是一款对高速总线特性debug的工具。

图: 测试结果举例。还能够分析抖动随码型的变化规律及趋势等。

另外, 80SJNB还能够完成对信号的均衡(\EQ)仿真、 链路仿真以及对测试夹具、 线缆进行反嵌(de-embedded)。

左图为均衡仿真, 能够对DFE、 FFE和CTLE进行仿真, 其参数可自由调节。之后示波器会对信号进行均衡算法, 对计算得到的波形再进行测量
右图为测量夹具、 线缆的反嵌。在反嵌之前需要提供夹具和线缆的S-parameter。80SJNB会将夹具和线缆引入的衰减补偿, 之后再对补偿的数据进行测试而夹具和线缆的S-parameter能够经过80E10进行TDR和TDT测试之后, 经过IConnect软件计算得到S-parameter。
三． 测试步骤
Tx端测试

Step1: 校准电激励信号。测试码型能够是PRBS或者一些特殊的抖动压力码型, 如JSPAT

测试结果举例:

图: 抖动结果需要符合规范要求

Step2: 将BERTScope电输出连接到QSPF电口, 使用光示波器DSA8200+80C10B进行光接口测试。

测试结果举例: 在DSA8200上进行眼图模板、 OMA、 ER等测试项目。

Rx端测试
Step1: 校准带压力信号

测试结果举例, 能够经过80SJNB将各个抖动分量的精确结果测试出来。根据测试结果, 调节BERTScope的stress, 从而达到规范要求值。在该步骤中, 需要一个标准的E/O, 将带压力的电信号转变为光信号。( E/O型号见方案配置列表)

Step2: 鉴定Rx端是否满足规范要求的抖动容限能力。

四． 方案配置列表
详细配置列表*
仪器/选项型号
方案配置优先级
仪器/选项名称
描述
BSA260C
1
误码率分析仪
数据率达到26Gbps的误码分析仪
BSA260C-STR
1
压力信号产生组合套件
产生RJ、 SJ、 BUJ等抖动; 完成Tx信号物理层分析, 包括眼图、 误码率等高线; 误码相关性分析套件; Rx端抖动容限测试选件; 以及SSC选件
BSA260C-JMAP**
2
抖动分离选件
在BERTScope上进行抖动RJ/DJ分离
CR286A
2
时钟恢复仪
恢复速率高达28.6Gbps的CDR
80C10B
2
40/100G光模块
完成光信号物理层参数测试
80C10B CPTR
2
电输入接口
能够从输入信号中提取时钟
82A04
3
高精度时基模块
提高DSA8200时集精度100fs
80A06
3
码型同步模块
提供帧同步信息
DSA8200-JNB01
3
80SJNB抖动、 噪声分析套件
在DSA8200上完成抖动、 噪声的测量以及分析; 链路、 均衡和反嵌
CSI V226/D150/D130
2
E/O模块
850um(MM)/1550um(SM)/1310um(SM)电光转换模块
80SSPARUP**
4
IConnect软件
经过80E10, 完成S-parameter测量
*配置以最终报价清单为准
**供参考
附录: 产品对比表
指标/性能
Anritsu
MP1800
Agilent
N4903B JBERT
Tektronix
BSA85C, 125C, 175C, 260C
最大数据率Gb/s
12.5/14.2/28/56
7.5/12.5/14.2/28(PG only)
8.5/12.5/17.5/26
最大可提供的时钟恢复Gb/s
12.5( 内部集成)
14.2( 内部集成)
28.6( 外部独立)
CDR带宽
固定带宽( Golden PLL) ; 分段, CDR参数不可调
500KHz~12MHz*
100HHz~4MHz
100KHz~12MHz
输出上升/下降时间, 抖动
25ps 20%-80%
Jitter<8ps
20ps 20%-80%
25ps 10%-90%
Jitter<9ps
25ps ,23ps(20%-80%)典型值
Jitter<10ps pk-pk
输出电压幅度
50mV-2.5V;
3.5V可选
50mV-1.8V
200mV-2V
抖动生成能力
SJ,RJ,BUJ,SI
部分
有, 完整
有, 完整
PCIe、 SFP+等工业高速串行信号抖动生成能力
没有
有
有
输入上升/下降时间
带宽
没有给出指标
25ps 20%-80%
12ps 20%-80%
>20GHz
输入灵敏度
<50mV,
<10mV( 可选)
<50mV
<50mV
集成的眼图分析能力
没有
弱、 受限、 速度慢
完整的眼图分析和模板测试, 而且还提供误码定位、 分析能力
BER眼图分析
受限, 几乎没有
弱、 受限、 速度慢
一键式测量, 完整的功能
确定性抖动分离
没有
没有
Jitter map支持完整的抖动分离