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【干貨】高速信號眼圖與接收靈敏度的關(guān)系(相噪篇)

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發(fā)表于 2023-7-11 23:58:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
本文通過具體實(shí)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(xì)的總結(jié)了眼圖一些常見的參數(shù)和光模塊靈敏度之間的關(guān)系。上節(jié)我們以眼圖作為分析工具,詳細(xì)分析了幅度噪聲和靈敏度的關(guān)系,本節(jié)我們將結(jié)合相位噪聲,分析下相位噪聲對靈敏度的影響。
2 L. S* T' b# ]
8 \2 @4 H) P/ g5 \, H1、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(shí)鐘,因?yàn)橐话銇碚f在判決時(shí)刻脈沖的幅度最大。
$ E4 N# ^: z9 d# a5 W3 X' @因此CDR的恢復(fù)的時(shí)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(diǎn)有50ps的時(shí)基距離。一般情況下,最佳的采樣時(shí)機(jī)并不在眼圖的中心,而是一些其他的點(diǎn)。一般DEMUX芯片里有相位設(shè)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(diǎn),而相位調(diào)整電路就在時(shí)域內(nèi)選擇最佳采樣點(diǎn)的。
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7 \& S$ [" M) T1 L圖1 利用眼圖說明相位調(diào)整對靈敏度的優(yōu)化作用
2 A8 }* d6 w: ~. t0 y: L; w如圖1,無論是靈敏度還是OSNR,最佳采樣點(diǎn)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(guān)系到特定時(shí)間點(diǎn)上幅度噪聲大小,幅度噪聲小則噪聲容限大。以上實(shí)驗(yàn)截圖只說明相位調(diào)節(jié)的原理,實(shí)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(gè)分析結(jié)果已經(jīng)早已被我們的模塊日常調(diào)試實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證。+ d5 O7 s9 k, t) ?* S# {# o) B2 @
眼圖的“眼高”參數(shù)對應(yīng)的是幅度噪聲的容限,眼寬參數(shù)對應(yīng)的是相位噪聲的容限。. y: g0 R" Y# t4 O0 b& A. _
發(fā)送端信號的預(yù)加重可以減小信號的響應(yīng)時(shí)間,補(bǔ)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(diǎn)趨于眼中并提供較高的噪聲容限。
" U# \# X' s7 D6 C6 H; t- r8 rDEMUX芯片的相位設(shè)置選項(xiàng)如圖2:6 b( f# X( P. x( V; K6 r
; x% l+ x, w$ s( e- G7 [4 |$ n
圖2 某驅(qū)動芯片的接收端相位偏置設(shè)置
2 z9 p2 L3 m2 {2 G: n1 \在最佳判決時(shí)間,噪聲容限最大,靈敏度最小,示意圖具體推導(dǎo)可參考總結(jié)的公式,無論理論計(jì)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。- i8 f' q7 `& ~/ n% k

- n! }& V+ P6 {1 {9 l6 Q圖3 相位調(diào)整偏置和靈敏度的關(guān)系5 ^# H  |  Y) `$ g
曾嘗試結(jié)合抖動和總結(jié)式推導(dǎo)誤碼率的浴盆曲線,未果,但是采樣點(diǎn)的時(shí)間偏置和誤碼率兩者的聯(lián)系關(guān)系是肯定的。$ s; z. b5 M4 a& K
6 M/ V  j( v5 c4 |0 z7 E
圖4 采樣時(shí)間的BER掃描圖, z% Q* A0 I2 l6 n: T
2、總結(jié)如下是結(jié)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(guān)系:4 B, A% F- i! Y
總結(jié):如圖3,設(shè)滿足誤碼率為10-12時(shí)刻光模塊接收功率為P(靈敏度),相位判決t時(shí)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(yīng)的光電幅度為Vpp。PIN管響應(yīng)度為R,跨阻為Rt,則判決失敗率為10^-12時(shí),近似有
0 @. `; ?; R& ~7 b% j0 f# Q ! u' m* G9 c2 z7 N! P+ Y
- p8 x6 R7 B1 e9 l$ V) y
8 R4 w! n3 _1 a  i6 |& m6 f% h2 q
而由光電轉(zhuǎn)換Vpp=P*R*Rt,可得光模塊的靈敏度關(guān)系式:
* Q+ o/ _7 C9 t5 x% `3 r ' R0 T; D, j: P3 h
以某光模塊的接收系統(tǒng)為例,' f  O8 I/ q4 ^, Q! [

  a1 U- j+ ?' V; U! V; y. |- u* O! [( ]6 J6 ]/ z
3 m- ^1 Q- w% W/ l) t. E( v
應(yīng)用此公式可進(jìn)行一些理論分析和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),比如如果要求光模塊的靈敏度低于-17dBm,那么由此公式可計(jì)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(dǎo))。

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