RINxOMA对示波器底噪的要求

最近有很多光模块生产厂家询问RINxOMA的测试方法，笔者翻阅了IEEE相关的资料并结合自己的见解整理成了这篇系统性介绍的文章。希望能让刚入门的测试工程师少走弯路，也借此机会抛砖引玉，引起大家的探讨。

1、RINxOMA测试环境搭建

目前所有IEEE 802.3规范中光模块RINxOMA都是引用了52.9.6的测试方法。搭建方式如图1所示。最左侧的待测光模块输出光信号依次经过偏振控制器、光分路、光电转换器、电放大器（可选）、低通滤波器后输入功率计。

图1：RINxOMA测试架构

偏振控制器用于将待测光模块输出的任意方向椭圆偏振光转换为固定方向的线偏振光，市场上可以直接买到。光分路器和可调光反射器配合以将一定比例光信号原路反馈回待测光模块。该比例即RINxOMA中间的 -x dB。可调光反射器是没法在市场上找到的，我们使用可调光衰（Variable Attenuator）配合光纤回射器（Fiber Optic Retroreflector）可以达到一样的效果。如下图2为Thorlabs官网光纤回射器页面的应用案例，恰好和RINxOMA测试场景一致。线偏振后光信号由Port1输入光纤耦合器（Fiber Optical Coupler）。Port4连接可调光衰和光纤回射器以反射3-x dB的光信号回Port4口。这里多了3dB的原因是反馈回的光信号会被Port1和Port2均分。我们调节可调光衰，使在Port2测到的光功率为Port1输入功率的-x dB即可。

图2：光纤回射器应用实例

右侧的光电转换器、电放大器（可选）、低通滤波器和功率计如果单独购买单价都很高，且难以保证其带宽和底噪能够满足越来越苛刻的RINxOMA测试需求。目前光模块厂家的主流做法是使用集成化的光口采样示波器进行测试。在测试过程中，低通滤波器3dB带宽建议和信号波特率保持一致。实际使用一般会设为0.75倍波特率，一方面受限于仪表带宽上限，另一方面有利于减小高频噪声对仪表底噪的影响。

2、RINxOMA测试流程

2.1 802.3定义的RINxOMA测试流程

我们首先了解下IEEE 802.3 52.9.6中定义的RINxOMA测试流程，再基于安立的MP2110A光口采样示波器进行实际测试流程的讲解。

标准中将RINxOMA分为5个步骤，比较简略：

1） 不接光模块，对功率计进行校零；

2） 模块上电发光，但是不加调制信号；

3） 调整偏振控制器使功率计读取信号的噪声最大记为PN；

4） 模块输入调制信号，该调制信号为方波码型（Square WavePattern）。该方波码型在52.9.1.2中定于为4到11个连续1和同样多连续0组成的周期信号。此时功率计读取的信号功率为PM；

5） 通过以下公式计算RINxOMA，其中BW为滤波器带宽。

2.2 基于安立MP2110A的RINxOMA测试介绍

在使用MP2110A光口采样示波器进行测试时，实际接线如下图3所示。MP2110A包含了时钟恢复（CRU）和示波器（Scope）两部分。时钟恢复用于从数据中提取时钟信号后输入示波器触发（Trigger）进行采样。

图3：测试连接示意图

1） 和上面的步骤1一样在这个场景下进行MP2110A示波器的暗光校准，注意此时示波器光口和触发输入都要断开。

2） 待测模块上电但不加调制，调整偏振控制器，并用示波器测噪声信号直到最大（示波器工作在无触发模式并利用直方图功能测量信号噪声标准差）。之后再按照协议需求反馈部分光信号回待测模块。

3） 之后通过误码仪或者待测模块内部DSP对模块进行方波调制。带调制的光信号给到示波器的时钟恢复模块。MP2110A的时钟恢复模块会将70%光信号给到示波器模块，剩余的30%经光电转换变为电信号。这里有趣的一点是方波码型本身就是一个分频后的周期信号，可以直接用于示波器的触发。在这个场景中，MP2110A的时钟恢复模块工作在穿透模式（Through），我们只使用了其光电转换功能。

如下图4显示支持单路26.5625Gbaud PAM4光信号的待测模块在输出1111111100000000码型时，对应基频为1.660156GHz的方波信号。MP2110A的时钟恢复模块可以支持在0.1 GHz到1.81 GHz或3.19 GHz到3.625GHz场景下工作，覆盖了所有速率下RINxOMA测试方波码型的需求。

图4：CRU设置界面

此时示波器触发分频（Divide Ratio）手动设置为16，见图5所示，由时钟恢复模块输入的触发信号频率乘以16正好是待测信号的实际波特率。MP2110A触发支持0.1GHz~15GHz连续输入，可以应对各种不同速率。

图5：时钟分频设置

4） 示波器工作模式设为NRZ，Coherent Eye，PRBS7，用于连续抓取足量的信号进行分析，如图6。

图6：采样条件设置

示波器光电转换器（O/E）需将波长设为和待测模块输出波长尽量接近（客户也可以手动校准特殊波长下的系数）。滤波器（Filter）设为信号波特率的3/4，26GbaudPAM4信号对应滤波器为19.34GHz。

图7：O/E设置

5） 最后增加RINxOMA测试项目，如图8， 然后点击示波器autoscale使眼图居中，点击sampling采集眼图数据并自动计算RINxOMA值。

图8：RINxOMA测试项添加

示波器会自动依据以下公式计算RINxOMA结果。其中RNone和RNzero对应1电平和0电平的噪声功率，光调制幅度（OMA）是1电平和0电平光功率差值，BW为滤波器带宽。

3、RINxOMA对示波器底噪的要求

笔者将IEEE 802.3中不同光模块对RINxOMA的需求整理到了如下表格中。通过对比可以发现单通道10/25Gbaud NRZ应用场景需要满足低于-130dB/Hz的RINxOMA。而26/53GbaudPAM4的应用场景会随光口速率和传输距离的增加而对RINxOMA有更高要求，最低达到了-136dB/Hz。

我们可以利用RINxOMA公式反推出准确测到 -136dB/Hz 对示波器底噪的要求。假设进入示波器光口信号光调制幅度是 0.5mW（-3dBm），速率53Gbaud 对应滤波器带宽为39.84 GHz，代入公式可以得到Pn需要控制在低于15.8uW以下。MP2110A示波器单模光口底噪低至5.8uW rms，完全可以满足规范的要求。

另外需要注意的一点是规范中对 26Gbaud多模PAM4 也对 RINxOMA有要求，之前的多模NRZ是没这个要求的。用和前面一样的方法，我们可以反推出 26Gbaud PAM4多模模块在光调制幅度为0.5mW时，为了准确测到-132dB/Hz的RINxOMA需要将Pn控制在低于17.7uWrms。MP2110A示波器多模光口底噪低至7.0uW rms，不仅能满足当前单路26Gbaud PAM4多模的RINxOMA测试需求，也支持未来单路53Gbaud PAM4多模RINxOMA测试升级。　　

      审核编辑：彭静