eng
Выпуск #1/2015
В.Епифанов, В.Мораренко
Анализ высокоскоростных оптических сигналов c помощью стробоскопического осциллографа
Анализ высокоскоростных оптических сигналов c помощью стробоскопического осциллографа
Просмотры: 5330
В высокоскоростной передаче оптических сигналов, например системах DWDM, появляются побочные шумы, от которых сигнал может быть "очищен" только конвертированием оптического сигнала к электрическому виду и обратно. Существует вероятность появления и битовых ошибок, и накопления джиттера, приводящие к потери синхронизации. Для тестирования опических систем передачи данных и анализа волоконно-оптических компонентов, предназначенных для передачи данных со скоростью от 50 Мбит/с до 80 Гбит/с и более, предложен стробоскопический осциллограф.
Теги: digital communications analyzer dwdm-systems dwdm- системы sampling oscilloscope анализатор сигналов стробоскопический осциллограф
У
читывая динамичный рост потребностей в передаче информации, возрастание требований по качеству передачи, требований защищенности и управляемости соединений, МСЭ-Т (сектор стандартизации международного союза электросвязи) разрабатывает и совершенствует стандарты на передачу информации в оптических системах. Одним из основных направлений деятельности МСЭ-Т стало принятие концепции построения транспортных сетей, опубликованной в виде рекомендации G.805, и разработки моделей транспортных сетей, базирующихся на волоконно-оптических и радиорелейных системах передачи. При этом основная роль отводится, конечно, волоконно-оптическим системам. Стробоскопический осциллограф Keysight DCA-X 86100D позволяет проводить точные измерения характеристик цифровых устройств со скоростью передачи данных от 50 Мбит/с до 80 Гбит/с и более.
Типовые приложения такого осциллографа включают в себя:
измерение характеристик оптических сигналов при разработке и производстве приемопередатчиков;
измерение характеристик электрических сигналов при разработке и тестировании специализированных интегральных схем и ПЛИС;
измерение параметров отражения и передачи во временной области и S-параметров при разработке последовательных шин, кабелей и определение характеристик печатных плат.
В конструкции осциллографа Keysight 86100D DCA-X (рис.1) найдено удачное сочетание рабочих характеристик. Широкая аналоговая полоса пропускания, малое значение вносимого в сигнал джиттера и низкий уровень собственных шумов позволяют проводить точные измерения характеристик оптических и электрических устройств со скоростью передачи данных от 50 Мбит/с до 80 Гбит/с. Базовый блок обеспечивает основу для глубокого анализа разработки, включая функцию компенсации эффектов воздействия кабелей и тестовых приспособлений, что позволяет повысить точность измерений и дает возможность определить реальные характеристики разрабатываемых устройств.
Модульная конструкция позволяет наращивать возможности системы по мере необходимости. Осциллограф DCA-X поддерживает широкий набор модулей для тестирования оптических и электрических устройств. Можно выбрать подходящий модуль, обеспечивающий нужное значение полосы пропускания, фильтрацию и чувствительность. С базовым блоком DCA-X могут использоваться любые модули семейства DCA, при этом обеспечивается 100%-ная обратная совместимость с базовым блоком 86100C предыдущего поколения.
Система имеет типовые конфигурации (рис.2). Для удобства эксплуатации в осциллографе Keysight DCA-X 86100D имеются два пользовательских интерфейса. Один – классический интерфейс анализатора сигналов цифровой связи (DCA) для обеспечения полной обратной совместимости с ранее выпускавшимися моделями базовых блоков. Другой – новый интерфейс FlexDCA, который обеспечивает дополнительные измерительные функции и расширенные возможности анализа сигналов.
Используя различные сочетания базового блока и модулей, разработчики цифровых устройств могут получить четыре инструмента с лучшими в отрасли характеристиками:
полнофункциональный осциллограф с полосой пропускания до 80 ГГц, обеспечивающий точное измерение параметров сигнала;
анализатор сигналов цифровой связи с функцией автоматического анализа глазковой диаграммы при проведении испытаний на соответствие требованиям стандартов;
самый точный в отрасли анализатор джиттера и помех, обеспечивающий одноклавишные измерения субкомпонентов источников джиттера;
полнофункциональный рефлектометр во временной области для высокоточного анализа импеданса и S-параметров.
С помощью панели инструментов и выпадающих меню можно выполнить различные виды измерений, причем конкретные виды измерений зависят от режима работы DCA-X. Состав демонстрационной измерительной системы для анализа высокоскоростных оптических сигналов представлен на рисунке 3. В качестве источника сигнала в данной измерительной системе используется блок генератора цифровых последовательностей тестера коэффициента битовых ошибок (BERT) Keysight N4960A. Параметры сигнала: частота синтезатора тактового сигнала – 5 ГГц (таким образом, скорость сигнала составляет 10 Гбит/с), амплитуда сигнала 0,5 В. Тип последовательности сигнала – псевдослучайная (PRBS). Длина последовательности – 127 символов.
Электрооптический преобразователь Keysight 81490A (опорный передатчик), находящийся в измерительной оптической системе, настроен на длину волны преобразованного оптического сигнала – 1305,3 нм. В базовый блок стробоскопического осциллографа помещены два модуля: модуль восстановления тактового сигнала 83496B и модуль измерительный с оптическим и электрическим каналами 86105C. Заметим, что полоса пропускания соответственно оптического и электрического канала равна 9 и 20 ГГц.
Находясь в режиме осциллографа (тогда на передней панели подсвечена кнопка Scope или в левом верхнем углу экрана отображена надпись Oscilloscope в зеленом овале), на экране получают отображение сигнала. Так как система запуска не настроена, на экране осциллографа изначально вы не можете наблюдать четкую цифровую последовательность (рис.4).
Теперь настроим систему восстановления тактового сигнала. Для этого воспользуемся модулем восстановления тактового сигнала 83496B, который способен из электрического или оптического сигнала восстановить тактовую последовательность импульсов. Далее этот модуль подает восстановленный сигнал на систему запуска, а оставшийся (70%) сигнал – на выходной канал измерительного модуля 86105C. Система синхронизации в данном случае будет работать по восстановленному тактовому сигналу цифровой последовательности (режим CDR) (рис.5). Когда модуль восстановления тактового сигнала не используется, тогда, отдельно, на переднюю панель необходимо подавать сигнал запуска. Причем значение его частоты должно быть кратным частоте оптического сигнала.
Теперь созданы условия для проведения измерения и анализа оптического сигнала. Надо учесть, что в осциллографе предусмотрены несколько других режимов работы: режим анализа джиттера, режим глазковой диаграммы. Проанализируем глазковую диаграмму исследуемого цифрового сигнала. Для этого перейдем в режим Eye Mask нажатием кнопки на передней панели либо кликом мышью в левом верхнем углу по цветной кнопке и выберем режим Eye/Mask.
В режиме отображения глазковой диаграммы (рис.6) пользователю предоставлена возможность определить коэффициент затухания (Extinction Ratio), среднюю мощность сигнала, время нарастания и время спада, величину общего джиттера и другие характеристики.
Проанализируем теперь джиттер исследуемого цифрового сигнала. Для этого перейдем в режим Jitter нажатием кнопки на передней панели либо одним кликом мышью в левом верхнем углу по цветной кнопке выбираем режим Jitter/Noise. При активации режима измерения джиттера прибор автоматически проводит разложение джиттера на составляющие и отображает результаты в графическом и табличном виде (рис.7).
В таком режиме мы можем определить значения различных составляющих джиттера и в зависимости от того, какая из них доминирует, понять, в чем проблема данного цифрового потока. Таким образом, легко определить TJ, RJ, DDJ, PJ, DCD и другие (рис.8).
C помощью системы BERT N4960A в генерируемый сигнал можно "подмешивать" различные составляющие джиттера на различных частотах и с различной амплитудой. Таким образом, проводятся "стрессовые" испытания компонент систем передачи данных. "Стрессовые" испытания необходимы для калиброванного ухудшения передаваемого сигнала, которое, в свою очередь, используется для проверки устройства на допускаемый уровень внешних воздействий. Рассматривают три класса составляющих внешнего воздействия ("стресса"):
воздействия на джиттер сигнала (Jitter Stresses) проявляются в виде временных отклонений глазковой диаграммы от идеальной, теоретической (рис.9а). Когда мы смотрим на глазковую диаграмму, мы наблюдаем дрожание сигнала и стремление глазка к закрытию в горизонтальном направлении;
интерференцию. В данном случае представляет собой амплитудную модуляцию сигнала данных, наблюдается в виде вертикального закрытия глаза (рис.9б);
перекрестные помехи от "агрессоров" – новый класс "стрессовых" сигналов, вызывают периодическое закрытие глаза (рис.9в). Такие "стрессовые" сигналы часто включаются в испытания компонентов линий передачи информации на их соответствие стандартам. При тестировании эти независимые контрольные сигналы подают в конец линии связи и на альтернативную линию – в начало.
Обратите внимание на изображение более размытого сигнала в правом нижнем углу рисунка 10, оно возникает из-за возросшего джиттера, то есть из-за внешнего воздействия на результирующий джиттер сигнала.
Итак, использование системы на основе стробоскопического осциллографа Keysight Infiniium DCA-X 86100D предоставляет нам следующие ключевые возможности:
генерация сигнала, подаваемого на приемник, со скоростью до 32 Гбит/с и более (используя мультиплексоры различного конструктивного исполнения;
"подмешивание" различных составляющих джиттера в сигнал и измерение отклика приемника (закрытие глазка, джиттера и т. д.);
гибкость по отношению к различным интерфейсам: электрическим и оптическим;
наиболее точный анализ форм сигналов и глазковой диаграммы;
автоматическое тестирование на удовлетворение требований по джиттеру (Jitter Tolerance Test).
Таким образом, с помощью представленной измерительной системы можно тестировать приемники различных цифровых стандартов (например, стандарты IEEE 802.3ae Ethernet 10GbE, 8G и 10G Fiber Channel и другие).
читывая динамичный рост потребностей в передаче информации, возрастание требований по качеству передачи, требований защищенности и управляемости соединений, МСЭ-Т (сектор стандартизации международного союза электросвязи) разрабатывает и совершенствует стандарты на передачу информации в оптических системах. Одним из основных направлений деятельности МСЭ-Т стало принятие концепции построения транспортных сетей, опубликованной в виде рекомендации G.805, и разработки моделей транспортных сетей, базирующихся на волоконно-оптических и радиорелейных системах передачи. При этом основная роль отводится, конечно, волоконно-оптическим системам. Стробоскопический осциллограф Keysight DCA-X 86100D позволяет проводить точные измерения характеристик цифровых устройств со скоростью передачи данных от 50 Мбит/с до 80 Гбит/с и более.
Типовые приложения такого осциллографа включают в себя:
измерение характеристик оптических сигналов при разработке и производстве приемопередатчиков;
измерение характеристик электрических сигналов при разработке и тестировании специализированных интегральных схем и ПЛИС;
измерение параметров отражения и передачи во временной области и S-параметров при разработке последовательных шин, кабелей и определение характеристик печатных плат.
В конструкции осциллографа Keysight 86100D DCA-X (рис.1) найдено удачное сочетание рабочих характеристик. Широкая аналоговая полоса пропускания, малое значение вносимого в сигнал джиттера и низкий уровень собственных шумов позволяют проводить точные измерения характеристик оптических и электрических устройств со скоростью передачи данных от 50 Мбит/с до 80 Гбит/с. Базовый блок обеспечивает основу для глубокого анализа разработки, включая функцию компенсации эффектов воздействия кабелей и тестовых приспособлений, что позволяет повысить точность измерений и дает возможность определить реальные характеристики разрабатываемых устройств.
Модульная конструкция позволяет наращивать возможности системы по мере необходимости. Осциллограф DCA-X поддерживает широкий набор модулей для тестирования оптических и электрических устройств. Можно выбрать подходящий модуль, обеспечивающий нужное значение полосы пропускания, фильтрацию и чувствительность. С базовым блоком DCA-X могут использоваться любые модули семейства DCA, при этом обеспечивается 100%-ная обратная совместимость с базовым блоком 86100C предыдущего поколения.
Система имеет типовые конфигурации (рис.2). Для удобства эксплуатации в осциллографе Keysight DCA-X 86100D имеются два пользовательских интерфейса. Один – классический интерфейс анализатора сигналов цифровой связи (DCA) для обеспечения полной обратной совместимости с ранее выпускавшимися моделями базовых блоков. Другой – новый интерфейс FlexDCA, который обеспечивает дополнительные измерительные функции и расширенные возможности анализа сигналов.
Используя различные сочетания базового блока и модулей, разработчики цифровых устройств могут получить четыре инструмента с лучшими в отрасли характеристиками:
полнофункциональный осциллограф с полосой пропускания до 80 ГГц, обеспечивающий точное измерение параметров сигнала;
анализатор сигналов цифровой связи с функцией автоматического анализа глазковой диаграммы при проведении испытаний на соответствие требованиям стандартов;
самый точный в отрасли анализатор джиттера и помех, обеспечивающий одноклавишные измерения субкомпонентов источников джиттера;
полнофункциональный рефлектометр во временной области для высокоточного анализа импеданса и S-параметров.
С помощью панели инструментов и выпадающих меню можно выполнить различные виды измерений, причем конкретные виды измерений зависят от режима работы DCA-X. Состав демонстрационной измерительной системы для анализа высокоскоростных оптических сигналов представлен на рисунке 3. В качестве источника сигнала в данной измерительной системе используется блок генератора цифровых последовательностей тестера коэффициента битовых ошибок (BERT) Keysight N4960A. Параметры сигнала: частота синтезатора тактового сигнала – 5 ГГц (таким образом, скорость сигнала составляет 10 Гбит/с), амплитуда сигнала 0,5 В. Тип последовательности сигнала – псевдослучайная (PRBS). Длина последовательности – 127 символов.
Электрооптический преобразователь Keysight 81490A (опорный передатчик), находящийся в измерительной оптической системе, настроен на длину волны преобразованного оптического сигнала – 1305,3 нм. В базовый блок стробоскопического осциллографа помещены два модуля: модуль восстановления тактового сигнала 83496B и модуль измерительный с оптическим и электрическим каналами 86105C. Заметим, что полоса пропускания соответственно оптического и электрического канала равна 9 и 20 ГГц.
Находясь в режиме осциллографа (тогда на передней панели подсвечена кнопка Scope или в левом верхнем углу экрана отображена надпись Oscilloscope в зеленом овале), на экране получают отображение сигнала. Так как система запуска не настроена, на экране осциллографа изначально вы не можете наблюдать четкую цифровую последовательность (рис.4).
Теперь настроим систему восстановления тактового сигнала. Для этого воспользуемся модулем восстановления тактового сигнала 83496B, который способен из электрического или оптического сигнала восстановить тактовую последовательность импульсов. Далее этот модуль подает восстановленный сигнал на систему запуска, а оставшийся (70%) сигнал – на выходной канал измерительного модуля 86105C. Система синхронизации в данном случае будет работать по восстановленному тактовому сигналу цифровой последовательности (режим CDR) (рис.5). Когда модуль восстановления тактового сигнала не используется, тогда, отдельно, на переднюю панель необходимо подавать сигнал запуска. Причем значение его частоты должно быть кратным частоте оптического сигнала.
Теперь созданы условия для проведения измерения и анализа оптического сигнала. Надо учесть, что в осциллографе предусмотрены несколько других режимов работы: режим анализа джиттера, режим глазковой диаграммы. Проанализируем глазковую диаграмму исследуемого цифрового сигнала. Для этого перейдем в режим Eye Mask нажатием кнопки на передней панели либо кликом мышью в левом верхнем углу по цветной кнопке и выберем режим Eye/Mask.
В режиме отображения глазковой диаграммы (рис.6) пользователю предоставлена возможность определить коэффициент затухания (Extinction Ratio), среднюю мощность сигнала, время нарастания и время спада, величину общего джиттера и другие характеристики.
Проанализируем теперь джиттер исследуемого цифрового сигнала. Для этого перейдем в режим Jitter нажатием кнопки на передней панели либо одним кликом мышью в левом верхнем углу по цветной кнопке выбираем режим Jitter/Noise. При активации режима измерения джиттера прибор автоматически проводит разложение джиттера на составляющие и отображает результаты в графическом и табличном виде (рис.7).
В таком режиме мы можем определить значения различных составляющих джиттера и в зависимости от того, какая из них доминирует, понять, в чем проблема данного цифрового потока. Таким образом, легко определить TJ, RJ, DDJ, PJ, DCD и другие (рис.8).
C помощью системы BERT N4960A в генерируемый сигнал можно "подмешивать" различные составляющие джиттера на различных частотах и с различной амплитудой. Таким образом, проводятся "стрессовые" испытания компонент систем передачи данных. "Стрессовые" испытания необходимы для калиброванного ухудшения передаваемого сигнала, которое, в свою очередь, используется для проверки устройства на допускаемый уровень внешних воздействий. Рассматривают три класса составляющих внешнего воздействия ("стресса"):
воздействия на джиттер сигнала (Jitter Stresses) проявляются в виде временных отклонений глазковой диаграммы от идеальной, теоретической (рис.9а). Когда мы смотрим на глазковую диаграмму, мы наблюдаем дрожание сигнала и стремление глазка к закрытию в горизонтальном направлении;
интерференцию. В данном случае представляет собой амплитудную модуляцию сигнала данных, наблюдается в виде вертикального закрытия глаза (рис.9б);
перекрестные помехи от "агрессоров" – новый класс "стрессовых" сигналов, вызывают периодическое закрытие глаза (рис.9в). Такие "стрессовые" сигналы часто включаются в испытания компонентов линий передачи информации на их соответствие стандартам. При тестировании эти независимые контрольные сигналы подают в конец линии связи и на альтернативную линию – в начало.
Обратите внимание на изображение более размытого сигнала в правом нижнем углу рисунка 10, оно возникает из-за возросшего джиттера, то есть из-за внешнего воздействия на результирующий джиттер сигнала.
Итак, использование системы на основе стробоскопического осциллографа Keysight Infiniium DCA-X 86100D предоставляет нам следующие ключевые возможности:
генерация сигнала, подаваемого на приемник, со скоростью до 32 Гбит/с и более (используя мультиплексоры различного конструктивного исполнения;
"подмешивание" различных составляющих джиттера в сигнал и измерение отклика приемника (закрытие глазка, джиттера и т. д.);
гибкость по отношению к различным интерфейсам: электрическим и оптическим;
наиболее точный анализ форм сигналов и глазковой диаграммы;
автоматическое тестирование на удовлетворение требований по джиттеру (Jitter Tolerance Test).
Таким образом, с помощью представленной измерительной системы можно тестировать приемники различных цифровых стандартов (например, стандарты IEEE 802.3ae Ethernet 10GbE, 8G и 10G Fiber Channel и другие).
Отзывы читателей
