压力眼这一Part，久等啦！

随着小K的系列科普文章推出，想必大家对100G / 400G相关测试要求已经非常熟悉，无论是TDECQ, FEC还是接收端误码测试，可参考阅读：

• 《传说中的TDECQ，到底是个( ° △ °|||)︴？》

  
  

• 《听Greg大神讲TDECQ那些事》

  
  

• 《真相只有一个，深入洞察PAM4！》

  
  

这一次小K要来介绍的是100G/400G测试中的另一个关键项目压力眼测试。

在IEEE802.3规范中，针对数据中心和云计算等应用，规范规定了一系列高速接口标准。从较早的10G、40G以太网规范，到现在的100G以及正在制订中的400G以太网规范中，都要求一项重要的测试项目：接收机的压力容限（俗称 “压力眼” ）。因此作为100G/400G测试重头戏之一，没做过压力眼，怎么能说测试是完整的呢？

可是因为压力眼测试定义的复杂程度以及搭建的复杂程度，对很多小伙伴而言几乎是一个只在传闻中存在的项目。

本文分为

1. 100G/400G压力眼规范介绍

2. 压力眼测试的挑战

3. 是德科技100G/400G压力眼测试方案

1）100G压力眼测试系统

2）400G压力眼测试系统

3）仪表配置和特点

4. 方案总结

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100G/400G压力眼规范和测试要求

1.1

压力眼测试的含义及必要性

在IEEE802.3规范中，针对数据中心和云计算等应用，规范规定了一系列高速接口标准。从较早的10G、40G以太网规范，到现在的100G以及正在制订中的400G以太网规范中，都要求一项重要的测试项目：接收机的压力容限。

在光通信收发设备和链路测试中，常见的测试参数包括眼图测试、误码率测试、灵敏度测试等。在光通信速率较低时，光接收机对链路误码的影响还不明显，通常只需要检测发射机眼图合格，接收功率正常而不是过低即可保证链路正常工作。随着通信速率的提升，设计人员会遇到不同接收机的性能差异越来越大，而单纯的灵敏度指标已经无法保证光接收机可互换适配使用。为了对接收机一致性进行衡量，IEEE规范提出了接收机压力容限一致性的要求。

压力眼测试的含义

压力容限测试的含义是测试接收机在恶劣的输入信号情况下，是否能够正常工作。具体的测试原理是使用测试仪表产生一个劣化的光眼图信号，称为压力眼信号。

压力眼信号的参数有明确规定，例如VECP，J2，J9等。在不同的规范中压力眼的具体指标会有不同。通过校准后的压力眼会输入被测接收机，在这种情况下对接收机灵敏度和抖动容限进行测试。

压力眼测试的必要性

与常用的灵敏度测试不同，压力眼测试使用了精确添加抖动和噪声等干扰的发射信号，来模拟实际通信链路中接收机所收到的信号失真。在灵敏度测试中一般只使用干净的发射信号，这时得到的灵敏度会更高，也不包含接收机对信号失真的响应变化。

压力眼测试更能说明接收机在最差工作条件下的性能，也更贴近实际工作场景。然而压力眼一致性测试比灵敏度测试的搭建难度更高，测试速度慢，是之前压力眼测试的实际数量远少于灵敏度测试的原因。

随着测试技术发展以及光通信速率的提升，压力眼测试的重要性和必要性也在不断提升，业界也越来越关注压力眼测试这项指标。

以下会以100GBASE-LR4/ER4以及400GBASE-FR8 / LR8为例，介绍100G/400G压力眼的定义和测试规范。

1.2

100G压力眼测试规范

下表中标出了100GBASE-LR4和100GBASE-ER4中，对于接收机压力测试的要求。

图 1

规范定义的测试点在TP3，即接收机的输入端口。在这个测试点输入压力眼信号后，要求接收机在灵敏度功率下达到10^-12以下的误码率。

图 2

在100GBASE-LR4/ER4中，对于压力眼的参数具体定义包含J2，J9， VECP三个参数，参数的含义见下图3：

图 3

VECP是垂直眼图闭合代价的缩写，其数值等于光调制幅度OMA和眼高A0的比值。VECP值越高，说明垂直方向上由噪声和眼图失真引起的眼图闭合越大。

J2的定义是在眼图交叉点位置水平方向上采样的集合中，中央(1-10^-2)=99% 部分所占的时间长度。使用浴盆曲线进行抖动分析时，J2对应着BER=2.5*10^-3时的总抖动值。

同样的，J9对应着抖动采样集合中中央 (1-10^-9) 的部分。使用总抖动方式表示时，J9 = TJ  (BER = 2.5*10^ - 10)。

为了产生符合要求的VECP、J2、J9参数，IEEE802.3规范中还给出了参考的硬件系统框图，见下图4：

图 4

其中stress conditioning的部分功能是产生带压力的电信号，将电信号通过E/O转换器转换为压力光信号，再经过参考接收机的校准完成压力眼信号的产生。

符合要求的光压力眼信号之后被插入到被测接收机的一条lane中，另外三条lane传输正常通信的信号。

最后对插入压力眼信号的lane进行接收机灵敏度，以及压力抖动容限测试。

以上即为100G压力眼测试的完整流程。

可以看到规范中对于压力眼产生的系统描述很复杂，如果要自行搭建这样的系统，是很消耗时间和精力的。因此我们需要集成度高，易于调试的仪表来产生压力眼电信号，例如集成噪声注入，抖动注入，产生码间干扰等功能的误码仪。

1.3

400G压力眼测试规范

以下表格中是802.3bs draft文档中关于400GBASE-FR8/LR8的压力眼测试指标：

图 5

测试点的定义和100G压力眼类似，都是在TP3位置进行测试。灵敏度的测试要求FEC之前的误码率不高于2.4*10^-4。

图 6

对于PAM4压力眼，主要要求的两个参数是outer OMA和SECQ。

Outer OMA的计算方法是从PAM4信号波形中，提取连续的7个“3”符号中央的2UI，以及连续的6个“0”符号中央2UI的平均值作为3电平和0电平的平均值。然后将3电平和0电平的平均值做差得到outer OMA。

SECQ参数的定义与PAM4发射机的TDECQ参数基本一致，只是将TDECQ测试中要求的测试光纤跳线（test fiber）去除了。TDECQ的测试由采样示波器完成，其测试原理较复杂，不在本文档介绍范围之内。

图 7

上图是PAM4压力眼测试结构框图，其中stress conditioning部分相比于100G压力眼有较大变化。在PAM4压力眼中，使用一个正弦噪声和一个高斯噪声叠加在数据信号上，并通过低通滤波器来实现码间干扰的注入。400G光压力眼的校准使用采样示波器，进行outer OMA和SECQ的测量。

与100G压力眼测试系统相比，400G压力眼系统主要有以下几个变化：

• 误码仪从原本的NRZ格式变为PAM4格式，需要支持PAM4信号的产生和误码分析；

  
  

• PAM4压力眼的指标与NRZ不同，需要新的产生压力的功能来满足400G压力眼要求；

  
  

• 同时校准过程中使用的示波器也需要支持OOMA和SECQ等PAM4光眼图测试项目。

  
  

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压力眼测试的挑战

在完整的压力眼测试系统出现以前，业界常用的几种测试方法包括测试系统灵敏度，使用劣化的发射机进行接收压力测试，以及自行搭建压力眼测试系统等方式。对于以上几种测试方式，我们可以分析一下其中的区别，以及与规范要求的压力眼测试标准有何差异。

1.

系统灵敏度测试

使用光发射机、光接收机和光纤/光缆搭建一个接近实际应用场景的通信链路，再插入可调光衰减器来测试系统误码率与接收机输入光功率的关系。

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