1、引言

在IEEE規范下光模塊PAM4光眼圖會進行TDECQ測試，其中有一個叫CRU（Clock Recovery Unit）的模塊很不顯眼。但是如果測試工程師在搭建測試平臺時忽略這個模塊的影響，就可能會導致測到的TDECQ不準確。

2、為何非CRU不可？

下圖分別是從802.3bm標準文檔中截取的TDEC測試框圖、IEEE802.3bs標準中截取的TDECQ測試框圖。其中CRU的目的都是從數據中恢復時鐘，以提供觸發給采樣示波器。在之前單通道25G以下 NRZ光眼圖的產線測試中似乎可以省掉CRU模塊，直接從誤碼儀給一路觸發時鐘到采樣示波器得到的光眼圖也差不多。為什么到PAM4測試就需要了呢？

TDEC測試框圖

TDECQ測試框圖

造成測試結果差異的根本原因就是誤碼儀觸發信號和模塊光信號（PMD TX）會發生不同步的問題。在使用CRU從光信號中提取的時鐘時，就可以避免該不同步的產生。如下是一個典型的400G光模塊工作場景，我們簡單看下它的信號發送部分。首先交換機中的Serdes芯片將8路50Gbps PAM4信號輸入模塊，該信號再經過數字處理轉換為4路100Gbps PAM4信號，最后驅動激光器產生4路100Gbps光信號。

400G光模塊架構

在這個結構中，速率轉換芯片又被稱為Gearbox IC，主要通過DSP技術實現。該芯片通過內置的數字CDR（Clock Data Recovery）進行信號整形，其高延遲的特性難以保證輸入信號和輸出信號之間的相位匹配。誤碼儀的觸發時鐘是和Gearbox IC輸入信號同步的，而光信號是和Gearbox IC輸出信號同步的，因此相位不匹配就導致了采樣示波器測到眼圖抖動過大。由此得出結論：單路100Gbps光模塊PAM4光眼圖的TDECQ測試中，CRU不能省。

數字CDR原理圖

在高速NRZ光模塊中雖然也存在CDR，但是都是基于模擬電路實現的。模擬CDR的延遲只有基于DSP技術的數字CDR的千分之一量級，較容易保證輸入和輸出信號的同步。最近比較火的Open Eye MSA中也有芯片設計廠家基于成本、功耗、時延等考量采用模擬CDR替代數字CDR的方案用于單通道50Gbps PAM4下的模塊。在這些情況下，我們可以在產線測試中用誤碼儀時鐘替代CRU以節省成本。

模擬CDR原理圖

為了節省單通道100G光模塊TDECQ的測試成本，有些芯片廠家會在DSP設計時就增加CDR的同步時鐘輸出接口，以給到采樣示波器提供觸發。

芯片時鐘給到采樣示波器觸發

這種架構在原理上是可行的，但是在實際測試中發現使用芯片時鐘得到的TDECQ可能比使用外置CRU的反而更好。造成這個差異的主要原因是協議規定CRU中PLL帶寬只有10Mhz，會過濾掉光信號中的高頻抖動成分。而芯片時鐘輸出可以做到和光信號完全同步。在光信號本身存在較大高頻抖動分量時，用芯片時鐘反而獲得更好的TDECQ。以下面三幅眼圖對比為例，同一個1Gbps NRZ信號在CRU PLL帶寬為635kHz，1500kHz和5000kHz時的眼圖存在明顯差異。造成差異的原因就是這個1Gbps信號抖動頻譜中包含了719kHz和1383kHz這兩個高頻分量。需要注意的是最終用戶一般都會依據IEEE協議規范使用CRU測TDECQ，在產線使用芯片時鐘輸出做為觸發可能會導致不符合規范要求的產品流到客戶處。

3、測試中CRU的選擇

最后我們看一下一個好用的CRU都有哪些特征。目前示波器廠家基于客戶測試要求，都會將光電轉換模塊集成到CRU里面，合稱為OCRU。以Anritsu MP2110A-055 OCRU為例，其支持的25.5-28.9Gbaud，51-58Gbaud速率；4MHz，10MHz，bit rate/1667 PLL帶寬可調。這些指標完全能夠滿足當前400G和未來800G光模塊的測試規范要求。其低至1.5dB的插入損耗和-10dBm的靈敏度（PRBS13，TDECQ=2.0dB）十分利于硅光這種小光功率下的應用場景。其1/4 (25.5-28.9Gbaud）和1/8 (51-58Gbaud)的分頻時鐘輸出完全能夠滿足采樣示波器的觸發要求。雖然市面上有高端的支持1/1和1/2分頻以及連續速率范圍的OCRU設備可供選購，但是其成倍增加的成本只是用于誤碼測試場景下的時鐘恢復，對光眼圖測試沒有任何實質的改善。

MP2110A-055 OCRU

參考文獻：

1. 802.3bs，802.3cd

2. Sonntag JSSC 2006

（作者：hao.zhang）