編著者：張昊 | 安立公司 高級(jí)工程師
最近有很多光模塊生產(chǎn)廠家詢問RINxOMA的測(cè)試方法，筆者翻閱了IEEE相關(guān)的資料并結(jié)合自己的見解整理成了這篇系統(tǒng)性介紹的文章。希望能讓剛?cè)腴T的測(cè)試工程師少走彎路，也借此機(jī)會(huì)拋磚引玉，引起大家的探討。
1、RINxOMA測(cè)試環(huán)境搭建
目前所有IEEE 802.3規(guī)范中光模塊RINxOMA都是引用了52.9.6的測(cè)試方法。搭建方式如圖1所示。最左側(cè)的待測(cè)光模塊輸出光信號(hào)依次經(jīng)過偏振控制器、光分路、光電轉(zhuǎn)換器、電放大器（可選）、低通濾波器后輸入功率計(jì)。
圖1：RINxOMA測(cè)試架構(gòu)
偏振控制器用于將待測(cè)光模塊輸出的任意方向橢圓偏振光轉(zhuǎn)換為固定方向的線偏振光，市場(chǎng)上可以直接買到。光分路器和可調(diào)光反射器配合以將一定比例光信號(hào)原路反饋回待測(cè)光模塊。該比例即RINxOMA中間的 -x dB?？烧{(diào)光反射器是沒法在市場(chǎng)上找到的，我們使用可調(diào)光衰（Variable Attenuator）配合光纖回射器（Fiber Optic Retroreflector）可以達(dá)到一樣的效果。如下圖2為Thorlabs官網(wǎng)光纖回射器頁(yè)面的應(yīng)用案例，恰好和RINxOMA測(cè)試場(chǎng)景一致。線偏振后光信號(hào)由Port1輸入光纖耦合器（Fiber Optical Coupler）。Port4連接可調(diào)光衰和光纖回射器以反射3-x dB的光信號(hào)回Port4口。這里多了3dB的原因是反饋回的光信號(hào)會(huì)被Port1和Port2均分。我們調(diào)節(jié)可調(diào)光衰，使在Port2測(cè)到的光功率為Port1輸入功率的-x dB即可。
圖2：光纖回射器應(yīng)用實(shí)例
右側(cè)的光電轉(zhuǎn)換器、電放大器（可選）、低通濾波器和功率計(jì)如果單獨(dú)購(gòu)買單價(jià)都很高，且難以保證其帶寬和底噪能夠滿足越來(lái)越苛刻的RINxOMA測(cè)試需求。目前光模塊廠家的主流做法是使用集成化的光口采樣示波器進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試過程中，低通濾波器3dB帶寬建議和信號(hào)波特率保持一致。實(shí)際使用一般會(huì)設(shè)為0.75倍波特率，一方面受限于儀表帶寬上限，另一方面有利于減小高頻噪聲對(duì)儀表底噪的影響。
2、RINxOMA測(cè)試流程
2.1 802.3定義的RINxOMA測(cè)試流程
我們首先了解下IEEE 802.3 52.9.6中定義的RINxOMA測(cè)試流程，再基于安立的MP2110A光口采樣示波器進(jìn)行實(shí)際測(cè)試流程的講解。
標(biāo)準(zhǔn)中將RINxOMA分為5個(gè)步驟，比較簡(jiǎn)略：
1） 不接光模塊，對(duì)功率計(jì)進(jìn)行校零；
2） 模塊上電發(fā)光，但是不加調(diào)制信號(hào)；
3） 調(diào)整偏振控制器使功率計(jì)讀取信號(hào)的噪聲最大記為PN；
4） 模塊輸入調(diào)制信號(hào)，該調(diào)制信號(hào)為方波碼型（Square WavePattern）。該方波碼型在52.9.1.2中定于為4到11個(gè)連續(xù)1和同樣多連續(xù)0組成的周期信號(hào)。此時(shí)功率計(jì)讀取的信號(hào)功率為PM；
5） 通過以下公式計(jì)算RINxOMA,其中BW為濾波器帶寬。
2.2 基于安立MP2110A的RINxOMA測(cè)試介紹
在使用MP2110A光口采樣示波器進(jìn)行測(cè)試時(shí)，實(shí)際接線如下圖3所示。MP2110A包含了時(shí)鐘恢復(fù)（CRU）和示波器（Scope）兩部分。時(shí)鐘恢復(fù)用于從數(shù)據(jù)中提取時(shí)鐘信號(hào)后輸入示波器觸發(fā)（Trigger）進(jìn)行采樣。
圖3：測(cè)試連接示意圖
1） 和上面的步驟1一樣在這個(gè)場(chǎng)景下進(jìn)行MP2110A示波器的暗光校準(zhǔn)，注意此時(shí)示波器光口和觸發(fā)輸入都要斷開。
2） 待測(cè)模塊上電但不加調(diào)制，調(diào)整偏振控制器，并用示波器測(cè)噪聲信號(hào)直到最大（示波器工作在無(wú)觸發(fā)模式并利用直方圖功能測(cè)量信號(hào)噪聲標(biāo)準(zhǔn)差）。之后再按照協(xié)議需求反饋部分光信號(hào)回待測(cè)模塊。
3） 之后通過誤碼儀或者待測(cè)模塊內(nèi)部DSP對(duì)模塊進(jìn)行方波調(diào)制。帶調(diào)制的光信號(hào)給到示波器的時(shí)鐘恢復(fù)模塊。MP2110A的時(shí)鐘恢復(fù)模塊會(huì)將70%光信號(hào)給到示波器模塊，剩余的30%經(jīng)光電轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?hào)。這里有趣的一點(diǎn)是方波碼型本身就是一個(gè)分頻后的周期信號(hào)，可以直接用于示波器的觸發(fā)。在這個(gè)場(chǎng)景中，MP2110A的時(shí)鐘恢復(fù)模塊工作在穿透模式（Through），我們只使用了其光電轉(zhuǎn)換功能。
如下圖4顯示支持單路26.5625Gbaud PAM4光信號(hào)的待測(cè)模塊在輸出1111111100000000碼型時(shí)，對(duì)應(yīng)基頻為1.660156GHz的方波信號(hào)。MP2110A的時(shí)鐘恢復(fù)模塊可以支持在0.1 GHz到1.81 GHz或3.19 GHz到3.625GHz場(chǎng)景下工作，覆蓋了所有速率下RINxOMA測(cè)試方波碼型的需求。
圖4：CRU設(shè)置界面
此時(shí)示波器觸發(fā)分頻（Divide Ratio）手動(dòng)設(shè)置為16，見圖5所示，由時(shí)鐘恢復(fù)模塊輸入的觸發(fā)信號(hào)頻率乘以16正好是待測(cè)信號(hào)的實(shí)際波特率。MP2110A觸發(fā)支持0.1GHz~15GHz連續(xù)輸入，可以應(yīng)對(duì)各種不同速率。
圖5：時(shí)鐘分頻設(shè)置
4） 示波器工作模式設(shè)為NRZ，Coherent Eye，PRBS7，用于連續(xù)抓取足量的信號(hào)進(jìn)行分析，如圖6。
圖6：采樣條件設(shè)置
示波器光電轉(zhuǎn)換器（O/E）需將波長(zhǎng)設(shè)為和待測(cè)模塊輸出波長(zhǎng)盡量接近（客戶也可以手動(dòng)校準(zhǔn)特殊波長(zhǎng)下的系數(shù)）。濾波器（Filter）設(shè)為信號(hào)波特率的3/4，26GbaudPAM4信號(hào)對(duì)應(yīng)濾波器為19.34GHz。
圖7：O/E設(shè)置
5） 最后增加RINxOMA測(cè)試項(xiàng)目，如圖8， 然后點(diǎn)擊示波器autoscale使眼圖居中，點(diǎn)擊sampling采集眼圖數(shù)據(jù)并自動(dòng)計(jì)算RINxOMA值。
圖8：RINxOMA測(cè)試項(xiàng)添加
示波器會(huì)自動(dòng)依據(jù)以下公式計(jì)算RINxOMA結(jié)果。其中RNone和RNzero對(duì)應(yīng)1電平和0電平的噪聲功率，光調(diào)制幅度（OMA）是1電平和0電平光功率差值，BW為濾波器帶寬。
3、RINxOMA對(duì)示波器底噪的要求
筆者將IEEE 802.3中不同光模塊對(duì)RINxOMA的需求整理到了如下表格中。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)單通道10/25Gbaud NRZ應(yīng)用場(chǎng)景需要滿足低于-130dB/Hz的RINxOMA。而26/53GbaudPAM4的應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)隨光口速率和傳輸距離的增加而對(duì)RINxOMA有更高要求，最低達(dá)到了-136dB/Hz。
我們可以利用RINxOMA公式反推出準(zhǔn)確測(cè)到 -136dB/Hz 對(duì)示波器底噪的要求。假設(shè)進(jìn)入示波器光口信號(hào)光調(diào)制幅度是 0.5mW（-3dBm），速率53Gbaud 對(duì)應(yīng)濾波器帶寬為39.84 GHz，代入公式可以得到Pn需要控制在低于15.8uW以下。MP2110A示波器單模光口底噪低至5.8uW rms，完全可以滿足規(guī)范的要求。
另外需要注意的一點(diǎn)是規(guī)范中對(duì) 26Gbaud多模PAM4 也對(duì) RINxOMA有要求，之前的多模NRZ是沒這個(gè)要求的。用和前面一樣的方法，我們可以反推出 26Gbaud PAM4多模模塊在光調(diào)制幅度為0.5mW時(shí)，為了準(zhǔn)確測(cè)到-132dB/Hz的RINxOMA需要將Pn控制在低于17.7uWrms。MP2110A示波器多模光口底噪低至7.0uW rms，不僅能滿足當(dāng)前單路26Gbaud PAM4多模的RINxOMA測(cè)試需求，也支持未來(lái)單路53Gbaud PAM4多模RINxOMA測(cè)試升級(jí)。
參考文獻(xiàn)：
1、https://www.thorlabschina.cn/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=7274
2、https://www.anritsu.com/zh-CN/test-measurement/products/mp2110a
3、IEEE 802.3
