1、引言

在IEEE規(guī)范下光模塊PAM4光眼圖會進(jìn)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(dǎo)致測到的TDECQ不準(zhǔn)確。

2、為何非CRU不可？

下圖分別是從802.3bm標(biāo)準(zhǔn)文檔中截取的TDEC測試框圖、IEEE802.3bs標(biāo)準(zhǔn)中截取的TDECQ測試框圖。其中CRU的目的都是從數(shù)據(jù)中恢復(fù)時鐘，以提供觸發(fā)給采樣示波器。在之前單通道25G以下 NRZ光眼圖的產(chǎn)線測試中似乎可以省掉CRU模塊，直接從誤碼儀給一路觸發(fā)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(jié)果差異的根本原因就是誤碼儀觸發(fā)信號和模塊光信號（PMD TX）會發(fā)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(chǎn)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(fā)送部分。首先交換機(jī)中的Serdes芯片將8路50Gbps PAM4信號輸入模塊，該信號再經(jīng)過數(shù)字處理轉(zhuǎn)換為4路100Gbps PAM4信號，最后驅(qū)動激光器產(chǎn)生4路100Gbps光信號。

400G光模塊架構(gòu)

在這個結(jié)構(gòu)中，速率轉(zhuǎn)換芯片又被稱為Gearbox IC，主要通過DSP技術(shù)實現(xiàn)。該芯片通過內(nèi)置的數(shù)字CDR（Clock Data Recovery）進(jìn)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(fā)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(dǎo)致了采樣示波器測到眼圖抖動過大。由此得出結(jié)論：單路100Gbps光模塊PAM4光眼圖的TDECQ測試中，CRU不能省。

數(shù)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(xiàn)的。模擬CDR的延遲只有基于DSP技術(shù)的數(shù)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(shè)計廠家基于成本、功耗、時延等考量采用模擬CDR替代數(shù)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(chǎn)線測試中用誤碼儀時鐘替代CRU以節(jié)省成本。

模擬CDR原理圖

為了節(jié)省單通道100G光模塊TDECQ的測試成本，有些芯片廠家會在DSP設(shè)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(fā)。

芯片時鐘給到采樣示波器觸發(fā)

這種架構(gòu)在原理上是可行的，但是在實際測試中發(fā)現(xiàn)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(xié)議規(guī)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(jù)IEEE協(xié)議規(guī)范使用CRU測TDECQ，在產(chǎn)線使用芯片時鐘輸出做為觸發(fā)可能會導(dǎo)致不符合規(guī)范要求的產(chǎn)品流到客戶處。