以下文章來源于是德科技KEYSIGHT ，作者Keysight

隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及AI大模型等技術(shù)的興起，市場對(duì)高速、大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笕找嬖鲩L。例如，AI訓(xùn)練集群中GPU等設(shè)備之間的互聯(lián)需要更高的傳輸速率來提升效率。在技術(shù)升級(jí)方面，SerDes技術(shù)的不斷進(jìn)步為單通道448G技術(shù)的發(fā)展提供了核心動(dòng)力。同時(shí)，光模塊和光引擎技術(shù)的發(fā)展也為單通道448G技術(shù)奠定了硬件基礎(chǔ)。產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面，諸多芯片廠商在SerDes技術(shù)、光模塊接口等方面的研發(fā)投入，推動(dòng)了單通道448G技術(shù)的發(fā)展。

最近，OIF啟動(dòng)了CEI-448G框架項(xiàng)目其重點(diǎn)是定義超過224 Gbps的下一代電口數(shù)據(jù)速率——目標(biāo)為448 Gbps多級(jí)脈沖幅度調(diào)制（PAM）。
該計(jì)劃旨在通過探索接口支持、調(diào)制方案和測試方法等關(guān)鍵因素，解決實(shí)現(xiàn)這一高速數(shù)據(jù)速率所面臨的挑戰(zhàn)。對(duì)于光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（DCN），強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測（IM/DD）可實(shí)現(xiàn)每通道224 Gbps 的800G以太網(wǎng)（800GbE）和1.6T以太網(wǎng)技術(shù)。雖然基于224 Gbps（112 Gbaud PAM4）的標(biāo)準(zhǔn)化仍在進(jìn)行中，但關(guān)于支持3.2 TbE的448 Gbps下一代光接口的討論已經(jīng)開始。224 Gbps的光電接口基于~112 Gbaud PAM4。對(duì)于448Gbps，適合電和光傳輸信道的調(diào)制格式仍然是研究人員的課題。
如下圖所示，可能的解決方案是：150 GBaud PAM8、174 GBaud PAM6和224 GBaud PAM4。

圖1. 448 Gbps的可能性解決方案

448G信號(hào)產(chǎn)生

448G信號(hào)主要由高性能任意波形發(fā)生器M8199B產(chǎn)生，具有高達(dá)256 GSa/s的采樣率和超過80 GHz的模擬帶寬，最多可達(dá)8個(gè)同步通道。可支持160 GBaud 及以上速率的新一代光電器件研發(fā)測試，可用于產(chǎn)生每通道高于400 Gbps的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)。

圖2. 448 Gbps信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備


下面我們將介紹一種基礎(chǔ)差分及單端信號(hào)產(chǎn)生的方法，并且在此基礎(chǔ)上介紹根據(jù)以下兩種調(diào)優(yōu)448G信號(hào)的質(zhì)量的方法：

• 使用兩個(gè)AWG通道創(chuàng)建虛擬差分通道。由于兩個(gè)通道產(chǎn)生的信號(hào)是相同的，因此完全相關(guān)，噪聲的主要部分是不相關(guān)的，這在理論上將導(dǎo)致3dB的改善。
• 使用寬帶巴倫改善M8199B的二階非線性性能，尤其是在最高輸出幅度下操作AWG時(shí)。對(duì)單端受測器件（DUT）使用虛擬差分通道方法時(shí)，也需要巴倫。

基于這兩種方法，有多種可能的硬件配置適用于差分和單端DUT。

圖3. 448G實(shí)驗(yàn)示意圖

如上圖所示，最簡單的配置是SE1（上圖左上）和DIFF1（上圖左下），其直接使用M8199B AWG的單端/差分輸出通道。這些配置是本文分析所采用的基準(zhǔn)配置。
對(duì)于單端配置，寬帶巴倫被放置在一個(gè)差分AWG輸出處，以改善共模二階非線性（SE2-上圖中上）。通過使用兩個(gè)AWG通道來創(chuàng)建虛擬差分通道，隨后將其饋入巴倫（balun）以獲得單端輸出（SE3，圖右上角），可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的改進(jìn)。
對(duì)于差分配置，可以直接使用虛擬差分信道的概念（DIFF2-上圖中下）。除了顯著改善SNR性能外，這種配置還可用于補(bǔ)償AWG和DUT之間的任何差分偏斜，否則會(huì)引入額外的頻率相關(guān)損耗分量。
另一種差分配置采用兩個(gè)巴倫，它們分別放置在兩個(gè)差分 AWG 輸出的輸出端（DIFF3，圖右下角）。

對(duì)于所有配置，在AWG輸出和巴倫或DUT輸入之間以及巴倫輸出和DUT輸入之間放置15 cm 1.00mm RF電纜。此外，每個(gè)N1046A DCA輸入使用一個(gè)10 dB衰減器，以將輸入幅度保持在線性工作范圍內(nèi)，同時(shí)避免超過數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的損傷閾值。M8008A 時(shí)鐘模塊的 RefClkOut16G 輸出通過功率分配器后分別接入 DCA
trigger和 PTB 接口。
數(shù)字信號(hào)生成（包括預(yù)失真）通過Keysight的IQTools軟件實(shí)現(xiàn)。使用該軟件，可以在目標(biāo)采樣率和AWG幅度下執(zhí)行?InSystem校準(zhǔn)。在通過巴倫組合不同AWG通道并使用單個(gè)DCA通道（例如SE2、SE3和DIFF3）進(jìn)行測量的配置中，IQTools提供了一項(xiàng)功能，可通過“?Use separate tones”選項(xiàng)測量相對(duì)子通道頻率響應(yīng)，從而能夠校正任何子通道失配。

448G電眼圖測試方法

通過上面的實(shí)驗(yàn)示意圖，我們通過M8199B分別生成了單端及差分的448G信號(hào)，下面我們就來簡單看一下448G信號(hào)的測試。那么448G 信號(hào)如何測試呢？我們將主要使用兩種儀器作為參考接收機(jī)，其中一個(gè)選擇是DCA-X平臺(tái)搭配N1046A模塊，支持448G預(yù)研信號(hào)測試；另一種選擇是使用110G帶寬 Infiniium UXR系列示波器，也可以支持448G信號(hào)測試。

圖4. 448 Gbps研究的關(guān)鍵測試設(shè)備


基于上文環(huán)境描述，我們使用N1046A搭配N1000A平臺(tái)進(jìn)行本次電信號(hào)評(píng)估，測試結(jié)果如下：

圖5. 眼圖：SE1（左）和SE3（右）的150 GBaud PAM8

圖6. 眼圖：SE1（左）和SE3（右）的174 GBaud PAM6

圖7. 眼圖：SE1（左）和SE3（右）的200 GBaud PAM4

圖8. 眼圖：DIFF1（左）和DIFF2（右）的150 GBaud PAM8

圖9. 眼圖：DIFF1（左）和DIFF2（右）的174 GBaud PAM6

圖10. 眼圖：DIFF1（左）和DIFF2（右）的200 GBaud PAM4


電PAM8和PAM6的誤碼率測量

在電誤碼率測試部分，我們使用110GHz UXR實(shí)時(shí)示波器測量了DIFF4配置的誤碼率。如下圖11所示，四根15 cm RF電纜用于將M8199B的輸出連接到巴倫的輸入。巴倫的輸出和實(shí)時(shí)示波器的輸入通過使用30cm RF電纜連接。圖12展示了DIFF4配置中連接示波器不長度的頻率響應(yīng)。雖然信號(hào)生成仍使用IQTools執(zhí)行，但BER測量需要M8070ADVB高級(jí)測量軟件包。BER是在運(yùn)行“In System”校準(zhǔn)后獲得的，在M8070B軟件中配置符號(hào)率和CDR參數(shù)如圖13和圖14所示，而且在這種情況下，在接收機(jī)側(cè)不使用均衡功能。

圖11.BER測量的實(shí)驗(yàn)設(shè)置

圖12.考慮巴倫輸出和示波器輸入之間不同電纜長度的DIFF4頻率響應(yīng)


需要注意的部分是，加載到 M8199B 中的數(shù)據(jù)碼型必須匹配其內(nèi)存大小和波形粒度。針對(duì) PAM6 和 PAM8 均使用了定制的 4096 符號(hào)碼型。M8199B 以 243.75 GSa/s 的采樣率產(chǎn)生 150 GBaud 信號(hào)，以 255.5625 GSa/s 采樣率產(chǎn)生174 GBaud 信號(hào)。每次更改采樣率時(shí)，均需在 IQtools 中執(zhí)行 “InSystem”校準(zhǔn)。差分路徑的自動(dòng)去偏斜（Auto-deskew）在 UXR Infiniium 軟件中完成。M8199B 任意波形發(fā)生器的幅度通過 M8070B 軟件固定為 1.6 Vpp。發(fā)射信號(hào)分別采用滾降系數(shù)為 0.3（PAM8）和 0.1（PAM6）的升余弦（RaisedCosine）濾波器進(jìn)行脈沖整形。

圖13.BER測量：150 GBaud PAM8（DIFF4），BER=~1.5e-5

圖14.BER測量：DIFF4-174 GBaud PAM6，BER=~2.5e-6


總 結(jié)

根據(jù)本文的前面的配置后得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用150 Gbaud PAM8和174 Gbaud PAM6以及先進(jìn)的是德科技測試和測量設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)448 Gbps的傳輸速率。用PAM4演示的最高符號(hào)率是200GBaud，實(shí)現(xiàn)400Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。通過使用M8199B AWG來執(zhí)行信號(hào)生成，N1046A DCA執(zhí)行信號(hào)分析。對(duì)于所考慮的所有調(diào)制格式，演示了眼圖張開情況。使用110 GHz UXR系列實(shí)時(shí)示波器進(jìn)行BER測量時(shí)，在150 GBaud PAM8時(shí)，誤碼率為~1.5e-5，而在174 GBaud PAM6時(shí)，誤碼率為~2.5e-6。
實(shí)際上，除去以上描述的在448G電信號(hào)方面的測試環(huán)境之外，是德科技也提供了448G光信號(hào)的預(yù)研測試環(huán)境，其主要包括光參考發(fā)射機(jī)N7718C以及N1032B光采樣示波器，N7718C能夠生成包括 NRZ、PAM4、PAM6 和 PAM8 波形在內(nèi)的強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測 (IM/DD) 信號(hào)，搭配 AWG M8199B可支持單通道速率400G 的光傳輸信號(hào)生成。N1032A/B光采樣示波器帶寬高達(dá)120GHz,主要承擔(dān)單通道速率400G 的光信號(hào)校準(zhǔn)及測試任務(wù)。

審核編輯 黃宇