高速光通讯信号的消光比测试

下面我们来看看消光比这一参数的定义和影响结果的一些因素，如何来提高消光比的测试精度。
一：消光比的定义：
ER (Extinction Ratio) 为光模块发射逻辑“1” 时的平均光功率和发送逻辑“0”时的平均光功率之比.一般用对数表示，ER    对于一个线性衰减的系统，消光比应该是一个常数，消光比越高，传输系统对外部噪声的抗敏感度越高,鲁棒性越好

– 在光眼图的中心的20%的位置测量直方图的平均值

图1

下面是其中一个9.953Gbps光眼图和消光比测试的实例图片：
 

图2 

二：消光比应该在什么范围内才是合理的呢？
一般来说，信号速率越高，信号的消光比就会越低，因为信号速率高了以后，信噪比更加难控制，同时由于光信号的衰减以及传输中的损耗的差异也会导致消光比变低，所以2.5Gbps的光信号可以做到17-18dB，但10Gbps的光信号能做到13-14dB已经很不错了。但消光比并不是要求无限大，越高越好的。ER 可以说明有多少光被浪费 (相对暗电平的偏置的光功率没有承载任何信息)，在ER小于5dB后光功率损耗急剧加大，也就是说额外还需要光功率，但如果ER大于15以后，则消光比对性能影响就非常小了。所以如果你将产品的消光比定义要求为大于20dB，其实是没有太大意义的，只会无辜增加调试难度和产品成本而并没有提高多少产品的性能。这从下面这个图表可以看出：

图3

三，哪些因素会影响到消光比的测试呢？
1.仪器和光模块的本底噪声。因为本底噪声会影响到P1/P0的准确计算。所以主机和模块的温度补偿校准是必须的，有时候光模块使用时间长了以后，会有一些灰尘，所以输入光纤和被测光纤都可以使用无尘试纸擦拭，可以提高消光比的测试精度。

2.直流电平的校准，或者我们称为暗电平（Dark level）校准，ER: ,
因为P0是作为分母的，所以如果P0有任何的细微偏移，都会造成测试结果有较大的差异，因此模块的暗电平校准是必不可少的。

3.光模块的频率响应曲线，在光信号测试中，按照规范要求不同速率的光信号需要使用不同带宽的4阶贝瑟尔－汤姆逊滤波器（Bassel-Thompson），我们通常称其为光参考接收机，因为光信号的接收端都会使用这一光参考接收机，所以仪器也必须使用同一标准的参考接收机来保证仪器所“看到”的信号跟真正的光接收端“看到”的信号是一致的。但是滤波器的频响曲线在规范中是有一定容限的，即便仪器厂家号称自己的光模块是符合规范的，也有可能其不同模块的频响曲线有一定的差异，所以频响曲线的一致性是比较难保证的。

传统上，一个模块中要支持不同的速率，必须将不同的滤波器进行级联，并且切换不同的级联方式来实现不同的带宽，由于多极级联的硬件很难保证不同的模块的响应曲线的一致性，下图是泰克的测试40Gbps的光模块80C10B的频响曲线可以实现下面的频响曲线效果，可以看到14个不同的光模块的频响曲线非常的一致，整个曲线在很小的一个范围内变化。这是因为泰克采用了一个专利的滤波器实现技术。通过精确调节采样头的脉宽来实现带宽和频响曲线。由于采样脉宽是精确可调，所以能够严格控制其频率响应曲线。

图4

传统的光测试模块滤波器的实现方法
 
图5

泰克的最新80C10B光模块的实现方法。

图6

4：光模块的瞬态响应特性也会影响到测试精度和一致性：
下面是泰克比较旧的光模块的响应特性，可以看到，不同的模块的响应特性的差异会影响到1电平和0电平的计算结果，从而影响到测试差异。

图7

四：如果我想得到很精确的消光比测试结果如何实现呢？
泰克可以提供一个ER calibration选项，这时在示波器的测试项目中会多加一个选项，如下图，Extinction Ratio(dB)-Calibrated.提供经过ER校准后的测量结果。那这个ER校准的结果是如何得到的呢？在泰克美国总部有美国国家标准实验室提供的标准光源，它可以输出不同的已知的消光比的光信号，然后由DSA8200+相应的光模块进行测试，然后将不同消光比下测出的偏差填进光模块中进行相应的补偿，就可以得到和标准光源所对应的准确的消光比的测量值了。
 

图8

经过校准后的消光比测试可以提供非常好的可重复性和测试精度：
 
图9
 
图10