改善光电模块/系统流量质量

　　设备厂商验证无源光网络(PON)系统的优先级，通常是使用数据流量的方式来快速测试系统质量好坏。但通常结局只有两种，一是顺利通过流量质量、延迟或其它封包测试，二则是花费了许多除错的时间仍找不到改善质量的关键因素。
 
　　目前一般做法皆透过软件工程人员不断地改善流量处理速度、频宽设定及协议上的问题，但却忽略了硬件改善的根本思考方向。国际设备大厂皆从物理层着手；而众多物理层测量验证的项目更是以眼图信号为一窥系统质量及相关改善的方向。因此，本文将说明眼图基本验证项目，并提出PON常见的问题提供PON系统研发厂商有效改善产品质量的验证方向。 

信号好坏一望可知　眼图帮助大 

眼图是高速信号依据时间对累加1及0振幅的相对关系(图1)。由两个位所组成的眼图信号，其中中间的一个位是眼晴张开得以让信号顺利通过的关键。一般而言，眼图张得愈开，代表较佳的信号质量及较低的误码率；反之，眼图愈小即代表信号质量愈差，也有较高的误码可能。眼图两边的交叉点即代表信号由0转1及由1转0的信号转换质量，如此将有益于分析信号在振幅及时间上失真的损耗。

图1　信号眼图

不同交叉比例关系传递不同信号位准 

此外，由于眼图交叉百分比，是测量交叉点振幅与信号1及0位准之关系，因此不同交叉比例关系可传递不同信号位准。举例来说，一般标准的信号其交叉百分比为50%，即代表信号1及0各占一半的位准。为了测量其相关比率，使用的统计方式分析如图2。交叉位准依据交叉点垂直统计的中心窗口而计算出来的平均值，其比例方程式如下：

图2　眼图信号交叉点比例关系

其中的1及0位准是取眼图中间的20%为其平均值，即从40～60%中作换算；而最终眼图交叉比例即从0位准的0%到1位准的100%分析相关水平轴，而一般对应纵轴即会呈现趋近50%的关系。 

随着纵轴交叉点比例关系的不同，又代表着不同的信号1或0传递质量之能耐。如图3所示，左边图形为不同交叉比例关系的眼图，对应到右边相关的1及0脉冲信号；同时，可以了解在不同脉冲信号时间的宽度下，与眼图交叉比例之关系。若分别以75%、50%及25%三种眼图交叉比例作说明；其中75%所对应的1及0脉冲信号显示，特别对于待测物着重在1位准测量信号质量时，1信号脉冲的时间轴宽度大于0信号脉冲，若以传递较多1位准信号的流量而言，将会依此比例关系来验证信号误码、屏蔽(Mask)及其极限值(Margin)。

图3　不同眼图交叉比例与脉冲信号之关系

反之，若使用25%为验证，依其所对应的1及0脉冲信号显示，0信号脉冲的时间轴宽度将大于1信号脉冲，即待测物着重在0位准测量信号质量；或会传递较多0位准信号的流量。过多的0信号，一般容易造成接收端信号不易从其中抽取频率，导至无法同步，进而产生同步损失(Synchronous Loss)。对于一般的信号而言，平均分布信号位准1及0是最常见的，因此要求眼图交叉比例为50%，即相同的信号脉冲1与0长度标准，来作相关参数的验证。眼图比例关系的分布，可以有效地测量因不同1及0信号位准的偏差所造成的相对应振幅损失分析。 

抖动质量攸关信号好坏 

抖动质量是高速信号最常验证的项目，也是重要的测量参数之一，可有效验证相对理想时间下的飘移情形。在计算抖动时，常以眼图交叉点上升及下降边缘的信号对时间统计之分析方式作测量依据。如图4所示，在所选取的区块中进行抖动点对点(Jitter p-p)及抖动均方根值(Jitter RMS)之验证；其中Jitter p-p是以所取选取区块之统计宽度作为计算，而Jitter RMS是以平均分布标准差1奈秒作计算；而对应的真实抖动眼图如图4右方所示。

图4　抖动测量基准

眼图上升及下降时间影响信号质量 

一般测量上升及下降时间，是以眼图占20～80%的部分为主，其中上升时间如图5，分别以左侧交叉点左侧(20%)至右侧(80%)两块水平区间作此传递讯息上升斜率时间之换算。计算公式如下：
上升时间=平均(80%时间位准)－平均(20%时间位准)

图5　眼图信号上升时间

而20%及80%是与信号位准1及0有着相关性。当然，如果上升时间愈短，即愈能表现出眼图中间的白色区块，即代表可传递的信号及容忍误码比率较好。 而对于眼图下降时间(图6)所示，分别以右侧交叉点左侧(80%)至右侧(20%)两块水平区间作此讯息传递下降斜率时间之换算。计算公式如下：
下降时间=平均(20%时间位准)－平均(80%时间位准)

图6　眼图信号下降时间

作者：冯国璋   来源：光电新闻网