1、引言

在IEEE規(guī)范下光模塊PAM4光眼圖會(huì)進(jìn)行TDECQ測(cè)試，其中有一個(gè)叫CRU（Clock Recovery Unit）的模塊很不顯眼。但是如果測(cè)試工程師在搭建測(cè)試平臺(tái)時(shí)忽略這個(gè)模塊的影響，就可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)到的TDECQ不準(zhǔn)確。

2、為何非CRU不可？

下圖分別是從802.3bm標(biāo)準(zhǔn)文檔中截取的TDEC測(cè)試框圖、IEEE802.3bs標(biāo)準(zhǔn)中截取的TDECQ測(cè)試框圖。其中CRU的目的都是從數(shù)據(jù)中恢復(fù)時(shí)鐘，以提供觸發(fā)給采樣示波器。在之前單通道25G以下 NRZ光眼圖的產(chǎn)線測(cè)試中似乎可以省掉CRU模塊，直接從誤碼儀給一路觸發(fā)時(shí)鐘到采樣示波器得到的光眼圖也差不多。為什么到PAM4測(cè)試就需要了呢？

TDEC測(cè)試框圖

TDECQ測(cè)試框圖

造成測(cè)試結(jié)果差異的根本原因就是誤碼儀觸發(fā)信號(hào)和模塊光信號(hào)（PMD TX）會(huì)發(fā)生不同步的問(wèn)題。在使用CRU從光信號(hào)中提取的時(shí)鐘時(shí)，就可以避免該不同步的產(chǎn)生。如下是一個(gè)典型的400G光模塊工作場(chǎng)景，我們簡(jiǎn)單看下它的信號(hào)發(fā)送部分。首先交換機(jī)中的Serdes芯片將8路50Gbps PAM4信號(hào)輸入模塊，該信號(hào)再經(jīng)過(guò)數(shù)字處理轉(zhuǎn)換為4路100Gbps PAM4信號(hào)，最后驅(qū)動(dòng)激光器產(chǎn)生4路100Gbps光信號(hào)。

400G光模塊架構(gòu)

在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，速率轉(zhuǎn)換芯片又被稱為Gearbox IC，主要通過(guò)DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)。該芯片通過(guò)內(nèi)置的數(shù)字CDR（Clock Data Recovery）進(jìn)行信號(hào)整形，其高延遲的特性難以保證輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的相位匹配。誤碼儀的觸發(fā)時(shí)鐘是和Gearbox IC輸入信號(hào)同步的，而光信號(hào)是和Gearbox IC輸出信號(hào)同步的，因此相位不匹配就導(dǎo)致了采樣示波器測(cè)到眼圖抖動(dòng)過(guò)大。由此得出結(jié)論：?jiǎn)温?00Gbps光模塊PAM4光眼圖的TDECQ測(cè)試中，CRU不能省。

數(shù)字CDR原理圖

在高速NRZ光模塊中雖然也存在CDR，但是都是基于模擬電路實(shí)現(xiàn)的。模擬CDR的延遲只有基于DSP技術(shù)的數(shù)字CDR的千分之一量級(jí)，較容易保證輸入和輸出信號(hào)的同步。最近比較火的Open Eye MSA中也有芯片設(shè)計(jì)廠家基于成本、功耗、時(shí)延等考量采用模擬CDR替代數(shù)字CDR的方案用于單通道50Gbps PAM4下的模塊。在這些情況下，我們可以在產(chǎn)線測(cè)試中用誤碼儀時(shí)鐘替代CRU以節(jié)省成本。

模擬CDR原理圖

為了節(jié)省單通道100G光模塊TDECQ的測(cè)試成本，有些芯片廠家會(huì)在DSP設(shè)計(jì)時(shí)就增加CDR的同步時(shí)鐘輸出接口，以給到采樣示波器提供觸發(fā)。

芯片時(shí)鐘給到采樣示波器觸發(fā)

這種架構(gòu)在原理上是可行的，但是在實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)使用芯片時(shí)鐘得到的TDECQ可能比使用外置CRU的反而更好。造成這個(gè)差異的主要原因是協(xié)議規(guī)定CRU中PLL帶寬只有10Mhz，會(huì)過(guò)濾掉光信號(hào)中的高頻抖動(dòng)成分。而芯片時(shí)鐘輸出可以做到和光信號(hào)完全同步。在光信號(hào)本身存在較大高頻抖動(dòng)分量時(shí)，用芯片時(shí)鐘反而獲得更好的TDECQ。以下面三幅眼圖對(duì)比為例，同一個(gè)1Gbps NRZ信號(hào)在CRU PLL帶寬為635kHz，1500kHz和5000kHz時(shí)的眼圖存在明顯差異。造成差異的原因就是這個(gè)1Gbps信號(hào)抖動(dòng)頻譜中包含了719kHz和1383kHz這兩個(gè)高頻分量。需要注意的是最終用戶一般都會(huì)依據(jù)IEEE協(xié)議規(guī)范使用CRU測(cè)TDECQ，在產(chǎn)線使用芯片時(shí)鐘輸出做為觸發(fā)可能會(huì)導(dǎo)致不符合規(guī)范要求的產(chǎn)品流到客戶處。