CN110784259B - 一种基于pam4的一体化光模块误码测试仪 - Google Patents

一种基于pam4的一体化光模块误码测试仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PAM4的一体化光模块误码测试仪，包括主控单元、接口单元和上位机。通过将通信接口、电源电路、I/O接口等外围电路集成到主控单元中，SoC根据不同光模块类型进行电源配置和I/O信号定义。接口单元通过可插拔连接器与主控单元连接，进行不同光模块测试只需更换接口单元，无需定制相应的外围电路。光模块接口电路和误码测试模块均整合于接口单元中，无需线缆进行连接，降低了测试过程中的损耗，能够测试速率更高的NRZ/PAM4信号和长度更长的PRBS码型。

Description

一种基于PAM4的一体化光模块误码测试仪
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种基于PAM4的一体化光模块误码测试仪。
背景技术
随着大数据、云计算和物联网走向规模应用，数据流量急剧增长，PAM4作为下一代数据中心高速信号互联的热门信号传输技术，被广泛应用于200G/400G光模块中。在新一代的200G/400G接口标准的制定过程中，普遍的诉求是每对差分线上的数据速率要提高到50Gbps以上，如果仍采用NRZ调制技术，由于每个符号周期只有不到20ps，对于收发芯片和传输链路的时间裕量，以及印制板的板材、走线等要求极其苛刻，因此PAM4技术的采用几乎成为了必然趋势。
在使用光模块进行通信过程中，需要使用误码测试仪对其进行比特误码率测试，验证光模块的功能与性能。误码测试仪包括发送和接收两部分，发送端的码型发生器产生一个已知的伪随机二进制序列(PRBS)作为测试码型，经过被测光模块传输至误码测试仪接收端，接收端的误码检测器将收到的信号解码并与接收端产生的无误码PRBS信号进行逐位比较，如果不一致，便是误码，进而计算出误码数和误码率。
目前基于SMA接口的光模块误码测试仪只包含误码测试相关电路，测试光模块时需用户自行设计光模块接口、电源电路、I/O接口等外围电路，在测试多种光模块类型的应用场景，往往需要为每一种光模块分别设计对应的外围电路。同时随着PAM4技术的发展，越来越多的光模块开始采用PAM4调制方式来提高传输速率，而SMA接口光模块误码测试仪由于接口电路与误码测试模块分离，传输50Gbps以上或者长度较长的PRBS码型时，PAM4信号时存在较大的损耗，即使使用昂贵的高速连接线缆也难以保证高速信号完整性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计一种基于PAM4技术的一体化光模块误码测试仪，将原本需根据光模块类型定制的电源电路、I/O接口、通信接口等部件集成到主控单元中，利用SoC(System on Chip，芯片级系统)根据不同光模块类型加载对应的配置方案，接口单元又与主控单元通过可插拔连接器相连，使用户无需进行额外的设计，只需更换接口单元即可进行不同光模块的误码测试；同时光模块接口电路和误码测试模块均整合于接口单元中，无需线缆进行连接，大大降低了测试过程中的损耗，能够测试速率更高的NRZ/PAM4信号和长度更长的PRBS码型。
基于PAM4的一体化光模块误码测试仪，包括主控单元和接口单元，接口单元通过可拔插连接器与主控单元连接；
接口单元包括误码测试模块、光模块接口电路、时钟电路、光模块识别电路；主控单元包括电源电路、通信接口、I/O接口、SoC电路；
光模块识别电路通过I/O接口与SoC电路连接，光模块接口电路通过I/O接口与SoC电路连接，光模块接口电路还与误码测试模块连接，误码测试模块通过I/O接口与SoC电路连接，误码测试模块还与时钟电路连接，时钟电路通过I/O接口与SoC电路连接，SoC电路与I/O接口连接，SoC电路与通信接口连接，电源电路与SoC电路连接，电源电路还与I/O接口连接，提供主控单元的电源和接口单元的电源。
光模块识别电路识别光模块类型，并通过低速I/O接口与SoC相连，用于主控单元进行电源、I/O信号的初始化配置。
光模块接口电路提供光模块的插入接口，并引出光模块控制信号和数据收发信号，其中控制信号通过低速I/O接口送入主控单元SoC电路进行处理，数据收发信号则通过差分线送入误码测试模块进行误码测试。
误码测试模块实现误码测试仪的核心功能，其参考时钟由时钟电路提供，并通过低速I/O接口受主控单元控制。
接口单元的供电方案受SoC控制，根据接口单元反馈的光模块类型信息灵活调整。
电源电路通过将输入电压进行转换，得到不同输出电压，用于对主控单元和不同类型的接口单元进行供电。
SoC通过I/O接口与接口单元进行交互，I/O信号包括光模块的控制信号、误码测试模块的控制信号和总线信号；SoC通过通信接口与上位机通信。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明基于一体化设计，主控单元集成了电源电路、通信接口、I/O接口等外围电路，与现有的基于SMA接口的光模块误码测试仪相比，兼容性更多种类型的光模块，功能更加齐全；使用时只需插入相应的接口单元与光模块即可进行误码测试，无需额外设计外围电路；
(2)本发明主控单元通过硬件管脚复用和软件配置文件，与现有的基于SMA接口的误码测试仪需根据被测光模块定制对应的外围电路相比，能够根据被测光模块灵活调整电源方案和I/O信号定义，因此进行不同光模块误码测试时不需要重新设计外围电路。
(3)基于SMA接口的误码测试仪需要使用高速线缆连接误码测试仪和光模块接口板，成本高且高速信号容易损耗或受干扰，本发明通过将光模块接口电路和误码测试模块集成到接口单元中，避免了高速线缆带来的信号完整性问题和经济性问题，从而能够支持速率更高的NRZ/PAM4信号以及长度更长的PRBS码型，保证更长测试码型的完整性，便于产品市场化推广。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为误码测试仪原理图；
图2为基于SMA接口的光模块误码测试方案；
图3为基于PAM4的一体化光模块误码测试仪结构示意图；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如本发明在前文提到的，在使用光模块进行通信过程中，需要使用误码测试仪对其进行比特误码率测试，验证光模块的功能与性能。如图1所示，误码测试仪包括发送和接收两部分，发送端的码型发生器产生一个已知的伪随机二进制序列(PRBS)作为测试码型，编码后送入被测系统的输入端，经被测系统传输后输出到误码测试仪的接收端，接收端的误码检测器将收到的信号解码并与接收端产生的无误码PRBS信号进行逐位比较，如果不一致，便是误码，进而计算出误码数和误码率。
目前光模块误码测试仪采用SMA接口，如图2所示，光模块通过光纤与光衰减器、光谱仪、光功率计、示波器相连，被测光模块必须通过接口板上的高速电接口与误码仪进行数据交换，接口板电源由直流稳压电源提供，由于其只包含误码测试功能，测试光模块时需额外设计对应的接口模块，因此这种误码测试仪无法直接插入光模块进行测试，需要根据光模块类型定制相应的接口板，并且随着PAM4技术的应用，光模块测试对高速信号的完整性要求越来越高，采用线缆连接的误码测试仪越来越难以保证高速率、高质量的测试信号。
本发明针对上述不足之处，设计了一种基于PAM4的一体化光模块误码测试仪，将误码测试模块与光模块接口电路整合至接口单元，达到提高信号传输质量，减少传输损耗的目的，而接口单元的可插拔设计则极大程度地提高了主控单元的重复利用率，提高了测试效率。
以芯片型号为IN115050的光模块误码测试仪为例，说明本实施例；
如图3所示，包括主控单元和接口单元，接口单元通过可插拔连接器与主控单元连接；
接口单元包括误码测试模块、光模块接口电路、时钟电路、光模块识别电路；主控单元包括电源电路、通信接口、I/O接口、SoC电路；
光模块识别电路通过I/O接口与SoC电路连接，光模块接口电路通过I/O接口与SoC电路连接，光模块接口电路还与误码测试模块连接，误码测试模块通过I/O接口与SoC电路连接，误码测试模块还与时钟电路连接，时钟电路通过I/O接口与SoC电路连接，SoC电路与I/O接口连接，SoC电路与通信接口连接，电源电路与SoC电路连接，电源电路还与I/O接口连接，提供主控单元的电源和接口单元的电源。
光模块识别电路识别光模块类型，用于主控单元进行电源、I/O信号的初始化配置；光模块接口电路提供光模块的插入接口，并引出光模块控制信号和数据收发信号，其中控制信号送入主控单元进行处理，数据收发信号则通过差分线与误码测试模块连接；误码测试模块实现误码测试仪的核心功能，其参考时钟由时钟电路提供，并通过MDIO接口受主控单元控制；
接口单元的供电方案受SoC控制，根据接口单元反馈的光模块类型信息灵活调整；电源电路通过将输入电压进行转换，得到多个不同电压用于不同光模块的电源方案灵活配置，用于对主控单元和不同类型的接口单元进行供电；SoC通过I/O接口与接口单元进行交互，I/O信号既包括光模块的控制信号，也包括误码测试模块的控制信号，以及I2C、MDIO等总线信号；SoC通过通信接口与上位机通信；
本发明基于一体化设计，主控单元集成了电源电路、通信接口、I/O接口等外围电路，与现有的基于SMA接口的光模块误码测试仪相比，兼容性更多种类型的光模块，功能更加齐全；使用时只需插入相应的接口单元与光模块即可进行误码测试，无需额外设计外围电路；
本发明主控单元通过硬件管脚复用和软件配置文件，与现有的基于SMA接口的误码测试仪需根据被测光模块定制对应的外围电路相比，能够根据被测光模块灵活调整电源方案和I/O信号定义，因此进行不同光模块误码测试时不需要重新设计外围电路。
本发明通过将光模块接口电路和误码测试模块集成到接口单元中，避免了高速线缆带来的信号完整性问题和经济性问题，从而能够支持速率更高的NRZ/PAM4信号以及长度更长的PRBS码型，保证更长测试码型的完整性，便于产品市场化推广。而基于SMA接口的误码测试仪需要使用高速线缆连接误码测试仪和光模块接口板，成本高且高速信号容易损耗或受干扰，
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于PAM4的一体化光模块误码测试仪，其特征在于，包括主控单元和接口单元，接口单元通过可拔插连接器与主控单元连接；
所述接口单元包括误码测试模块、光模块接口电路、时钟电路、光模块识别电路；主控单元包括电源电路、通信接口、I/O接口、SoC电路；光模块识别电路通过I/O接口与SoC电路连接，光模块接口电路通过I/O接口与SoC电路连接，光模块接口电路还与误码测试模块连接，误码测试模块通过I/O接口与SoC电路连接，误码测试模块还与时钟电路连接，时钟电路通过I/O接口与SoC电路连接，SoC电路与I/O接口连接，SoC电路与通信接口连接，电源电路与SoC电路连接，电源电路还与I/O接口连接，提供主控单元的电源和接口单元的电源；
所述光模块接口电路提供光模块的插入接口，并引出光模块控制信号和数据收发信号，其中控制信号通过低速I/O接口送入主控单元SoC电路进行处理，数据收发信号则通过差分线送入误码测试模块进行误码测试。
2.如权利要求1所述的一种基于PAM4的一体化光模块误码测试仪，其特征在于，所述光模块识别电路识别光模块类型，并通过低速I/O接口与SoC相连，用于主控单元进行电源、I/O信号的初始化配置。
3.如权利要求1所述的一种基于PAM4的一体化光模块误码测试仪，其特征在于，所述误码测试模块实现误码测试仪的核心功能，其参考时钟由时钟电路提供，并通过低速I/O接口受主控单元控制。
4.如权利要求1所述的一种基于PAM4的一体化光模块误码测试仪，其特征在于，所述接口单元的供电方案受SoC控制，根据接口单元反馈的光模块类型信息灵活调整。
5.如权利要求1所述的一种基于PAM4的一体化光模块误码测试仪，其特征在于，所述电源电路通过将输入电压进行转换，得到不同输出电压，用于对主控单元和不同类型的接口单元进行供电。
6.如权利要求1所述的一种基于PAM4的一体化光模块误码测试仪，其特征在于，所述SoC通过I/O接口与接口单元进行交互，I/O信号包括光模块的控制信号、误码测试模块的控制信号和总线信号，SoC通过通信接口与上位机通信。
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