【干貨】高速信號眼圖與接收靈敏度的關系（相噪篇）

硬件電子工程師

本文通過具體實例詳述眼圖如何評估高速信號系統(tǒng)性能，以常見的光模塊為例詳細的總結了眼圖一些常見的參數(shù)和光模塊靈敏度之間的關系。上節(jié)我們以眼圖作為分析工具，詳細分析了幅度噪聲和靈敏度的關系，本節(jié)我們將結合相位噪聲，分析下相位噪聲對靈敏度的影響。
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1、眼圖與靈敏度（相位篇）上節(jié)我們講過，從PIN管的輸出電眼圖形狀近似升余弦脈沖，濾波后去掉了噪聲，帶寬有限且波形比較完整對稱，有利于判決和提取時鐘，因為一般來說在判決時刻脈沖的幅度最大。
因此CDR的恢復的時鐘信號正常情況下和眼圖的中心線是重合的，在10G速率下，中心近似和0碼的交叉點有50ps的時基距離。一般情況下，最佳的采樣時機并不在眼圖的中心，而是一些其他的點。一般DEMUX芯片里有相位設置的調(diào)節(jié)。判決門限調(diào)整電路用來在電壓域內(nèi)選擇最優(yōu)點，而相位調(diào)整電路就在時域內(nèi)選擇最佳采樣點的。

圖1 利用眼圖說明相位調(diào)整對靈敏度的優(yōu)化作用
如圖1，無論是靈敏度還是OSNR，最佳采樣點必定具有最大的噪聲容限。而相位調(diào)節(jié)對其接收端性能優(yōu)化的原理還是關系到特定時間點上幅度噪聲大小，幅度噪聲小則噪聲容限大。以上實驗截圖只說明相位調(diào)節(jié)的原理，實際上根據(jù)上節(jié)幅度的分析，弱光功率下的眼圖基本具有對稱性，所以對比OSNR的優(yōu)化，相位調(diào)節(jié)對靈敏度的優(yōu)化能力還是很明顯。這個分析結果已經(jīng)早已被我們的模塊日常調(diào)試實驗所驗證。
9 `% S# n5 ]0 ]2 S眼圖的“眼高”參數(shù)對應的是幅度噪聲的容限，眼寬參數(shù)對應的是相位噪聲的容限。
發(fā)送端信號的預加重可以減小信號的響應時間，補償上升邊沿的高頻分量，使得眼圖趨于升余弦對稱，能使最佳判決點趨于眼中并提供較高的噪聲容限。
DEMUX芯片的相位設置選項如圖2：

圖2 某驅動芯片的接收端相位偏置設置
在最佳判決時間，噪聲容限最大，靈敏度最小，示意圖具體推導可參考總結的公式，無論理論計算中脈沖的波形是否選用高斯脈沖，只要內(nèi)層函數(shù)的增減性不變，得到的曲線形狀都基本一樣。
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圖3 相位調(diào)整偏置和靈敏度的關系
曾嘗試結合抖動和總結式推導誤碼率的浴盆曲線，未果，但是采樣點的時間偏置和誤碼率兩者的聯(lián)系關系是肯定的。
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圖4 采樣時間的BER掃描圖
2 d! C  ]& H, V/ v: q2、總結如下是結合上一篇眼圖幅值和本篇眼圖相位噪聲對靈敏度的影響關系：
總結：如圖3，設滿足誤碼率為10-12時刻光模塊接收功率為P（靈敏度），相位判決t時刻的噪聲總幅度為VN(t)，限幅放大器的靈敏度為Vsensitivity，入光P對應的光電幅度為Vpp。PIN管響應度為R,跨阻為Rt，則判決失敗率為10^-12時，近似有

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而由光電轉換Vpp=P*R*Rt，可得光模塊的靈敏度關系式：
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以某光模塊的接收系統(tǒng)為例，

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! l& e2 i% o0 F, G應用此公式可進行一些理論分析和實驗指導，比如如果要求光模塊的靈敏度低于－17dBm，那么由此公式可計算出總噪聲幅度不能超過12.6mV。（請注意由于PIN管的模擬信號限幅，該公式只適用與Sensitivity小于-5.5dBm的推導）。