阅读说明：本技术 一种工业级pam4 200g误码测试装置 (Industrial-grade PAM4200G error code testing device ) 是由 曾征辉 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种工业级PAM4 200G误码测试装置,属于光模块测试领域。本发明包括MCU、通信模块、数字信号处理器、对数字信号处理器进行温度控制的温度控制模块,还包括时钟发生器、电源模块和用于安装待测模块安装模块,其中,所述安装模块设有用来使待测模块分别与MCU和数字信号处理器通信的管脚,所述MCU输出端与温度控制模块输入端相连,所述MCU还分别与时钟发生器、数字信号处理器和电源模块相连,所述数字信号处理器设有至少一组与待测模块连接的通信通道,还设有用于误码率测试的码型发生器和与码型发生器相连的误码探测器。本发明的有益效果为：大幅度降低了生产设备成本,适合生产线批量生产时使用,支持工业级温度-40~85℃范围内使用。(The invention provides an industrial PAM4200G error code testing device, which belongs to the field of optical module testing and comprises an MCU, a communication module, a digital signal processor, a temperature control module for controlling the temperature of the digital signal processor, a clock generator, a power supply module and an installation module for installing a module to be tested, wherein the installation module is provided with pins for enabling the module to be tested to be communicated with the MCU and the digital signal processor respectively, the output end of the MCU is connected with the input end of the temperature control module, the MCU is also connected with the clock generator, the digital signal processor and the power supply module respectively, the digital signal processor is provided with at least one group of communication channels connected with the module to be tested, and is also provided with a code type generator for testing the error code rate and an error code detector connected with the code type generator.)

一种工业级PAM4 200G误码测试装置

技术领域

本发明涉及一种光模块测试结构，尤其涉及一种工业级PAM4 200G误码测试装置。

背景技术

从2002年6月IEEE通过了10Gb/s速率的以太网标准IEEE 802.3ae以来，以太网步入了向10G和更高速率发展的快车道，特别随着云计算和大数据中心传输迅猛发展，市场上需要速率更快，体积更小，功耗更低的新一代光模块。PAM(Pulse Amplitude Modulation：脉冲幅度调制)信号是下一代数据中心做高速信号互连的一种热门信号传输技术，可以广泛应用于50G/100G/200G/400G接口的电信号或光信号传输。传统的数字信号最多采用的是NRZ(Non-Return-to-Zero)信号，即采用2个幅度电平来表示数字逻辑信号的1、0信息，每个符号传送1比特信息；而PAM4信号则可以采用4个幅度电平，每个符号传送2比特信息。因此，要实现同样的信号传输能力，PAM4信号的符号速率只需要达到NRZ信号的一半即可，同样带宽传输的信息量提高一倍。

针对50～200G测试，使用专门的PAM4 200G四通道误码仪分析仪(BERT)+QSFP28封装的单通道测试板+16根40GHz射频线(差分线需要16根射频线)，实现这些PAM4产品的测试，但是外置PAM4 200G误码仪造价高昂，市场从4～40万美金；同时要连接16条40G(最低2000美金)射频线，总个系统连接变得复杂和系统成本高昂，在高低温验证测试时，更需要更长超过1米的40G射频线，信号插损增加，影响PAM4模块的眼图质量(其中影响更关键的技术指标：TDECQ会变差)。

针对PAM4100G/200G SR4 AOC的测试，多数采用两套图1方案来实现，也有采用图2方案来实现。成本、系统复杂度、软件架构难度都成倍增加，另外两套设备需要32条40G射频线，系统搭建、维护都带来了很大的挑战。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种工业级PAM4 200G误码测试装置。

本发明包括MCU、通信模块、数字信号处理器、对数字信号处理器进行温度控制的温度控制模块，还包括时钟发生器、电源模块和用于测试待测模块的测试板，其中，所述测试板上设有用来使待测模块分别与MCU和数字信号处理器通信的管脚，所述MCU输出端与温度控制模块输入端相连，所述MCU还分别与时钟发生器、数字信号处理器和电源模块相连，所述数字信号处理器设有至少一组与待测模块连接的通信通道，还设有用于误码率测试的码型发生器和与码型发生器相连的误码探测器。

本发明作进一步改进，所述测试板的数量为2个，用于同时测试第一待测模块和第二待测模块，所述工业级PAM4 200G误码测试装置还包括切换开关，用于切换MCU与第一待测模块通信或MCU与第二待测模块通信，所述通信通道的数量为两组。

本发明作进一步改进，所述切换开关为I2C总线切换开关，所述第一待测模块与第二待测模块通过I2C总线与MCU通信。

本发明作进一步改进，每组并行通信通道包括四条并行通信通道，每条通信通道输出26.56GBoud或者25.78Gbps，2组总输出400Gbps。

本发明作进一步改进，所述温度控制模块包括TEC控制器和TEC模块，所述数字信号处理器设置在TEC模块上，所述TEC控制器的输入端与MCU输出端相连，所述TEC控制器的输出端与TEC模块相连。

本发明作进一步改进，所述TEC模块加正压时TEC热面发热，加负压是TEC冷面制冷，所述TEC热面上设有散热模块，所述数字信号处理器固定在TEC冷面上。

本发明作进一步改进，电源模块为线性稳压电源，由MCU控制所述线性稳压电源输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：用于PAM450G\100G\200G\200G AOC光模块的测试，同时支持在工业级温度范围(-40～85℃)下工作，大幅度降低了生产设备成本，适合生产线批量生产时使用。

附图说明

图1和图2为现有技术结构示意图；

图3为本发明结构示意图；

图4为本发明MCU电路原理图；

图5为数字信号处理器电路原理图；

图6为时钟发生器电路原理图；

图7为电源模块电路原理图；

图8为TEC模块电路原理图；

图9为两路测试板及测试板电源电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图3所示，本发明包括MCU 104、通信模块、数字信号处理器106、对数字信号处理器106进行温度控制的温度控制模块，还包括时钟发生器103、电源模块110和用于测试待测模块的测试板，其中，所述测试板上设有用来使待测模块分别与MCU104和数字信号处理器106通信的管脚，所述MCU 104输出端与温度控制模块输入端相连，所述MCU 104还分别与时钟发生器103、数字信号处理器105和电源模块110相连，所述数字信号处理器105设有两组与待测模块连接的四条并行通信通道，还设有用于误码率测试的码型发生器和与码型发生器相连的误码探测器。

本例为双路测试装置，所述测试板的数量为2个，用于同时测试第一待测模块107和第二待测模块108，所述工业级PAM4 200G误码测试装置还包括切换开关109，用于切换MCU与第一待测模块通信107或MCU与第二待测模块108通信。在DSP处理器105性能允许的情况下，本例还可以同时进行3个或者更多个PAM4的测试。

作为其中一个实施例，本例的切换开关为I2C总线切换开关，所述第一待测模块107与第二待测模块108通过I2C总线与MCU通信。

本例的温度控制模块包括TEC控制器102和TEC模块105，所述数字信号处理器106设置在TEC模块105上，所述TEC控制器102的输入端与MCU104输出端相连，所述TEC控制器102的输出端与TEC模块105相连。

如图4-图9所示，本发明同时实现PAM4码型发生器和PAM4误码探测器这两种功能，用于PAM450G\100G\200G\200G AOC光模块的测试，同时支持在工业级温度范围(-40～85℃)下工作。以下对各个模块功能详细说明：

1、本发明设置两个PAM4 QSFP28封装通道，并引入两路模块电源为其供电，相当于集成了两块PAM4 QSFP28测试板，可同时***两个PAM4 QSFP28封装的模块进行并行测试(107和108)，支持速率从50G～200Gbps。

2、数字信号处理器106:采用DSP(数字信号处理)芯片，替代外部误码仪设备，8通道并行输出，每通道输出26.56GBoud(波特率)或者25.78Gbps(速率)，总输出400Gbps。本例数字信号处理器106支持NRZ(不归零码)和PAM4(4电平脉冲幅度调制)信号的自由切换，码型发生器RBS7\PRBS9\PRBS13\PRBS15\PRBS23\PRBS31，同时支持PAM4产品测试必备的码型：PRBS13Q\PRBS15Q\PRBS31Q\SSPRQ，实现产品眼图指标如TDECQ的测试；接收误码探测器同样支持发射部分的码型，实现产品误码率测试(灵敏度测试)。

3、数字信号处理器(DSP处理器)106：时钟输出CLK OUT支持2/4/8/16/32/64/18共7种分频数的时钟频率，如25.78Gbps，那么时钟可以输出12.89的频率，为采样示波器的提供精密参考时钟，进行眼图测试,更高的参考时钟，有利于码型锁定(Pattern Lock)，眼图测试效率更快，更精准。

4、USB-B101：本例的通信模块采用USB通信，通过USB-B101接口实现本装置与计算机(PC)之间进行数据交互，配合上位机软件和通信协议，形成一个完成的测试系统。

5、MCU104：微控制单元,模拟HID(Human Interface Device，人机接口装置)，通过USB与计算通信，实现数据交互；通过MDIO总线与数字信号处理器106实现数据交互；通过I2C总线以及I2C SWITCH(切换开关)109实现与两个待测模块107,108数据交互；通过软件PID设置DAC输出，控制TEC控制器102的输出电压来控制TEC模块105；通过I2C来设置CLOCKGEN(时钟发生器)103。

6、TEC Controller(TEC控制器)102：3A的TEC控制电路，USB-B 104接口通过软件的PID设置输出DAC(数字模拟转换器)来调整TEC控制器102的输出来控制TEC MODULE105的温度。

7、TEC Module(TEC模块)105：采用数字PID，通过读取DSP处理器的监控温度来控制TEC温度，本例采用9W/3A TEC(Thermoelectric Cooler:半导体制冷器)，加正压时TEC热面发热，加负压时作为热面相对面的冷面制冷，制冷功率达到9W，冷热面温差可达70℃，低温可达-30℃，为了刚好的散热，本例在TEC热面上一定面积的散热片。本例的DSP芯片固定在TEC模块105的冷面上，当环境温度超过商业级温度范围(0～70℃)，数字信号处理器106监控温度低于10℃或者高于60℃时，MCU(104)通过软件PID控制DAC调整TEC控制器102的输出电压实现TEC升温和降温，确保DSP壳体温度在10～60℃之间，从而保证DSP芯片处于最佳工作温度范围。

8、CLOCK GEN(时钟发生器)103：MCU I2C总线配置指定输出时钟频率，如156.25MHz，给DSP处理器106提供时钟参考，使DSP处理器106正常工作并输出指定的NRZ或者PAM4信号，以及使误码探测器锁定输入信号进行误码检测。

9、QSFP28 PAM4 DUT(待测PAM4模块)107/108：两只PAM450G～200G QSFP28封装模块，即被测模块。

10、I2C SWITCH(I2C通道切换开关)109：MCU需要通过I2C SWITCH 109进行I2C总线切换，与模块107\108分别通信，实现模块与MCU的数据交互。

11、LDO(线性稳压电源)110：输出3.3V\1.8V\1.0V\0.75V四种电压，为各个电路提供低噪声电源。

本发明的具有以下创新点：

1、本装置设计两个PAM4 QSFP28封装通道，相当于集成了两块PAM4 QSFP28测试板，可同时***两个PAM4 QSFP28封装的模块进行并行测试(107和108)，支持速率从50G～200Gbps，提高了生产效率；

2、通过DSP处理器集成码型发生器和误码探测器，8通道并行输出，每通道输出26.56GBoud(波特率)或者25.78Gbps(速率)，总输出400Gbps。DSP处理器106支持NRZ和PAM4信号的自由切换，码型发生器RBS7\PRBS9\PRBS13\PRBS15\PRBS23\PRBS31，同时支持PAM4产品测试必备的码型：PRBS13Q\PRBS15Q\PRBS31Q\SSPRQ，实现产品眼图指标如TDECQ的测试；接收误码探测器同样支持发射部分的码型，实现产品误码率测试(灵敏度测试)，替代了昂贵的误码仪设备，每台至少节省4万美金(国产PAM4 200G误码仪)，最高40多万美金(美资PAM4误码仪，如Keysight M8040A单通道32G误码仪)，大幅度降低了生产设备成本，适合生产线批量生产时使用；

3、本装置无需使用多达32根40GHz的射频线，仅仅需要一跟连接示波器做触发即可，因此射频的成本降低了32倍，同时系统连接变得非常简单，非常容易搭建系统和维护；

4、通过MCU 104控制LDO 110每一路的3.3V输出电压和电流，不需要使用外部昂贵的程控电源，即可实现模块电流测试和输出电压拉偏测试(如3.1V,3.3V,3.6V等任意点的输出电压，精度达到5mV)，满足产品研发阶段的DVT,EVT等电压拉偏测试，节省了设备成本和提高了测试效率；

5、本装置通过USB-B101接口实现MCU 104与计算机数据的交互，采用HID通信方式，无需驱动，即插即用，因此兼容所有WINDOWS系统，如WINXP,WIN7，WIN10等32、64位操作系统，针对目前主流操作系统WIN10，所有驱动都需要购买数字签名才能安装，本装置不需要驱动，所以也降低了设备开发成本；

6、本装置大小仅有211mm*107mm，体积小，重量仅仅200克，大大降低在测试台上面积，使测试台变得简洁，高利用率。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。