如何測試 100G QSFP28 收發器
已發表: 2022-02-15在過去的幾十年中，10 Gb 以太網已廣泛應用於企業網絡和城域網 (MAN)。 如今，通信公司正在將注意力轉向100g以太網。 隨著大數據和雲計算的發展，需要對數據中心交換機進行升級。 100G以太網的核心是光收發模塊，4×25GB/s QSFP28並行收發模塊為高速互聯傳輸提供了解決方案，具有更大的傳輸容量、更高的端口密度、更低的功耗和成本。 本文將講述如何測試 100G QSFP28 光模塊以及 QSFP28 模塊應滿足哪些關鍵指標要求。
為什麼 100G QSFP28 收發器越來越多？
與第一代100G通用外形可插拔收發器CFP光模塊和CFP4光模塊相比，採用QSFP28封裝的光模塊優勢明顯。
從外觀上看，CFP4封裝的尺寸是第一代CFP的四分之一，而QSFP28的尺寸比CFP4還要小很多。 因此，100G QSFP28適用於更高密度的交換機設備，從而實現單台交換機更高的轉發服務能力，為建設超大規模數據中心提供可能。
從性能方面，QSFP28光模塊為4通道25GB/s並行傳輸，相比CFP光模塊10通道10GB/s傳輸，支持最新的100G以太網標準。 與QSFP+光模塊的4通道10GB/s傳輸速率相比，佔用相同數量的通道資源卻可以實現2.5倍的傳輸性能。 因此，在大數據發展時代具有重要意義。 對 100G QSFP28 的需求正在增加，學習如何測試 QSFP28 收發器至關重要，尤其是當您從第三方製造商處購買 100G QSFP28 收發器時。
圖 1 QSFPTEK 100G QSFP28 SR4 收發器
100G QSFP28 光收發器測試方法
光模塊主要應用於園區交換網絡、數據中心交換機等大型交換網絡。 由於光模塊是一種附屬設備，大多數通信設備公司都是從外部採購光模塊。 因此，對於交換機、路由器等大型通信設備來說，光模塊的適配和調試是一項極其重要的工作。
一般來說，光模塊的信號測試分為低速信號測試和高速信號測試。 本文將重點介紹光模塊低速信號測試中I2C的邏輯電平指標和時序指標以及研發調試過程中的方法，以及高速信號中的光眼圖測試。光模塊測試。
I2C 信號測試
I2C 接口測試在光收發器調試中至關重要。 I2C 總線為軟件驅動程序提供了一個方便的接口。 同時平台軟件可以利用I2C總線實現一系列功能，方便用戶對光模塊進行管理和控制。 例如，通過軟件處理，光模塊的內部控制芯片可以讓用戶監控光模塊的告警、光模塊當前使用狀態等收發器的重要信息。 因此，在調試過程中，必須嚴格遵守光模塊I2C的電氣指標要求和時序要求。
QSFP28標準不僅定義了100G光模塊的外形結構，還定義了其電氣指標和時序指標。 其目的是使各廠家生產的光模塊與市場上的交換機、路由器等通信設備更加兼容。 低速信號的電氣參數、I2C時序要求和I2C時序圖分別如表1、表2、圖2所示。
Tab.1 低速信號電氣參數
| 別針 | 範圍 | 最大限度。 | 分鐘。 |
| SCL、SDA | 輸出低電壓 | 0.0 | 0.4 |
| 輸出高電壓 | VCC-0.5 | VCC+0.3 | |
| 輸入低電壓 | -0.3 | VCC*0.3 | |
| 輸入高電壓 | VCC*0.7 | VCC+0.5 | |
| 其他 | 輸入低電壓 | -0.3 | 0.8 |
| 輸入高電壓 | 2.0 | VCC+0.3 |
表 2 I2C 總線時序參數
| 範圍 | 最大限度。 | 分鐘。 | 單元 |
| 時鐘頻率 | 0 | 400 | 千赫 |
| 時鐘脈衝寬度低 | 1.3 | 微秒 | |
| 時鐘脈衝寬度高 | 0.6 | 微秒 | |
| 新傳輸開始前的時間總線空閒 | 20 | 微秒 | |
| 開始保持時間 | 0.6 | 微秒 | |
| 開始設置時間 | 0.6 | 微秒 | |
| 數據保持時間 | 0 | 微秒 | |
| 建立時間的數據 | 0.1 | 微秒 | |
| 輸入上升時間(400kHz) | 300 | 微秒 | |
| 輸入下降時間(400kHz) | 300 | 微秒 | |
| 停止設置時間 | 微秒 | ||
| 串行接口時鐘延遲（時鐘拉伸） | 500 | 微秒 |
圖2 I2C總線時序圖
眼圖測試
根據模塊的功能，眼圖測試可分為發射端和接收端。 發射端測試主要是觀察光模塊傳輸的光信號的眼圖質量是否滿足以太網定義規範的要求。 表 3 為 100G 以太網定義的 100G 短距離光模塊發射的光信號參數。 在光信號眼圖的實際測試中，最關心的就是上述指標和眼圖質量。 表4列出了QSFPTEK公司100G QSFP28 SR4光模塊的測試結果。 可以看出，眼圖質量和測試指標完全滿足規範要求。
Tab.3 光模塊光端信號參數
| 範圍 | 價值 | 單元。 |
| 各通道速率範圍 | 25.78125 ±10^-4 | GBd |
| 中心波長范圍 | 840~860 | 納米 |
| 每個通道的平均發射功率（最大） | 2.4 | 納米 |
| 每個通道的平均發射功率(Min.) | -8.4 | 分貝 |
| 光調製幅度（最大值） | 3.0 | 分貝 |
| 光調製幅度（最小值） | -6.4 | 分貝 |
| 消光比（最小值） | 2.0 | 分貝 |
Tab.4 QSFPTEK 100G QSFP28 SR4收發器的發射器測試結果
| 範圍 | 價值 | 單元。 |
| 平均發射功率 | -0.180 | D b |
| 消光比 | 4.630 | D b |
| 光調製幅度 | 0.212 | D b |
| 相位抖動 | 0.958 | ps |
| 幅度抖動 | 7.080 | ps |
接收機干擾測試
隨著數據速率的提高，比特週期變得越來越短，因此對抖動的要求也越來越高。 從光模塊整體來看，為了更好的體現光模塊的抗抖動能力，需要對整個光模塊鏈路進行測試。 雖然以太網規範規定了接收端的指標，但是在交換網絡產品的實際開發過程中，測試人員通常無法找到合適的測試點來測試接收端的眼圖質量，本文提供了一個間接測試方法，反映從光模塊接收到的信號到傳輸的整個閉環鏈路的情況。 這種測試方法也可以稱為接收機干擾測試。
發送端鏈路和接收端鏈路在PMA子層環回，使信號不經過PCS子層。 同時，在發送端注入抖動。 這裡的jitter是指當誤碼率在E-15以內時可以容忍的jitter。 它可以看作是總抖動 (TJ)。 總抖動還包括隨機抖動 (RJ) 和確定性抖動 (DJ)。 注入的抖動必須在指定範圍內。 最後通過誤碼率測試儀（BERT）對發射機的誤碼率進行分析，要求誤碼率在E-15以下。 這種方法不僅避免了測試儀找不到測試點的情況，而且在惡劣的條件下也可以觀察整個環回鏈路的誤碼率是否滿足要求。
結論
目前，100G以太網在數據中心和城域網中迅速普及。 QSFP28光模塊也顯示出其高密度、高速度的優勢。 QSFPTEK提供多種QSFP28產品組合，包括100G QSFP28 SR4、100G QSFP28 LR4、100G QSFP28 CWDM4、100G QSFP28 PSM4、100G QSFP28 ER4、100G QSFP28 DWDM等。所有QSFPTEK光模塊都經過嚴格測試，以確保高性能和完全兼容。