【干貨】高速信號(hào)眼圖與接收靈敏度的關(guān)系（相噪篇）

硬件電子工程師

本文通過(guò)具體實(shí)例詳述眼圖如何評(píng)估高速信號(hào)系統(tǒng)性能，以常見(jiàn)的光模塊為例詳細(xì)的總結(jié)了眼圖一些常見(jiàn)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(duì)靈敏度的影響。
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0 h; T$ R: t3 _1、眼圖與靈敏度（相位篇）上節(jié)我們講過(guò)，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(duì)稱(chēng)，有利于判決和提取時(shí)鐘，因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)在判決時(shí)刻脈沖的幅度最大。
因此CDR的恢復(fù)的時(shí)鐘信號(hào)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(mén)限調(diào)整電路用來(lái)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。

2 T5 f2 v/ T1 z: ]圖1 利用眼圖說(shuō)明相位調(diào)整對(duì)靈敏度的優(yōu)化作用
如圖1，無(wú)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(duì)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(shuō)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(duì)稱(chēng)性，所以對(duì)比OSNR的優(yōu)化，相位調(diào)節(jié)對(duì)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。
) H) R: G2 r  y" I眼圖的“眼高”參數(shù)對(duì)應(yīng)的是幅度噪聲的容限，眼寬參數(shù)對(duì)應(yīng)的是相位噪聲的容限。
發(fā)送端信號(hào)的預(yù)加重可以減小信號(hào)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(duì)稱(chēng)，能使最佳判決點(diǎn)趨于眼中并提供較高的噪聲容限。
DEMUX芯片的相位設(shè)置選項(xiàng)如圖2：

) G" p4 M( v! L7 P4 B+ g圖2 某驅(qū)動(dòng)芯片的接收端相位偏置設(shè)置
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(wú)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。

圖3 相位調(diào)整偏置和靈敏度的關(guān)系
曾嘗試結(jié)合抖動(dòng)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。
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4 [  M0 i, b4 `  `% I圖4 采樣時(shí)間的BER掃描圖
' W$ H# a! w  s8 t' {* t2、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(duì)靈敏度的影響關(guān)系：
# s( O5 u# P+ P  |: |3 Q總結(jié)：如圖3，設(shè)滿(mǎn)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(duì)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


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而由光電轉(zhuǎn)換Vpp=P*R*Rt，可得光模塊的靈敏度關(guān)系式：

( D4 u, Q4 Z2 k0 U4 w  B以某光模塊的接收系統(tǒng)為例，



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(guò)12.6mV。（請(qǐng)注意由于PIN管的模擬信號(hào)限幅，該公式只適用與Sensitivity小于-5.5dBm的推導(dǎo)）。