如何测试 100G QSFP28 收发器
已发表: 2022-02-15在过去的几十年中，10 Gb 以太网已广泛应用于企业网络和城域网 (MAN)。 如今，通信公司正在将注意力转向100g以太网。 随着大数据和云计算的发展，需要对数据中心交换机进行升级。 100G以太网的核心是光收发模块，4×25GB/s QSFP28并行收发模块为高速互联传输提供了解决方案，具有更大的传输容量、更高的端口密度、更低的功耗和成本。 本文将讲述如何测试 100G QSFP28 光模块以及 QSFP28 模块应满足哪些关键指标要求。
为什么 100G QSFP28 收发器越来越多？
与第一代100G通用外形可插拔收发器CFP光模块和CFP4光模块相比，采用QSFP28封装的光模块优势明显。
从外观上看，CFP4封装的尺寸是第一代CFP的四分之一，而QSFP28的尺寸比CFP4还要小很多。 因此，100G QSFP28适用于更高密度的交换机设备，从而实现单台交换机更高的转发服务能力，为构建超大规模数据中心提供了可能。
从性能方面来看，QSFP28光模块为4通道25GB/s并行传输，相比CFP光模块的10通道10GB/s传输，支持最新的100G以太网标准。 与QSFP+光模块的4通道10GB/s传输速率相比，占用相同数量的通道资源却可以实现2.5倍的传输性能。 因此，在大数据发展时代具有重要意义。 对 100G QSFP28 的需求正在增加，学习如何测试 QSFP28 收发器至关重要，尤其是当您从第三方制造商处购买 100G QSFP28 收发器时。
图 1 QSFPTEK 100G QSFP28 SR4 收发器
100G QSFP28 光收发器测试方法
光模块主要应用于园区交换网络、数据中心交换机等大型交换网络。 由于光模块是一种附属设备，大多数通信设备公司都是从外部采购光模块。 因此，对于交换机、路由器等大型通信设备来说，光模块的适配和调试是一项极其重要的工作。
一般来说，光模块的信号测试分为低速信号测试和高速信号测试。 本文将重点介绍光模块低速信号测试中I2C的逻辑电平指标和时序指标以及研发调试过程中的方法，以及高速信号中的光眼图测试。光模块测试。
I2C 信号测试
I2C 接口测试在光收发器调试中至关重要。 I2C 总线为软件驱动程序提供了一个方便的接口。 同时平台软件可以利用I2C总线实现一系列功能，方便用户对光模块进行管理和控制。 例如，通过软件处理，光模块的内部控制芯片可以让用户监控光模块的告警和当前使用状态等收发器的重要信息。 因此，在调试过程中，必须严格遵守光模块I2C的电气指标要求和时序要求。
QSFP28标准不仅定义了100G光模块的外形结构，还定义了其电气指标和时序指标。 其目的是使各厂家生产的光模块与市场上的交换机、路由器等通信设备更加兼容。 低速信号的电气参数、I2C时序要求和I2C时序图分别如表1、表2、图2所示。
Tab.1 低速信号电气参数
| 别针 | 范围 | 最大限度。 | 分钟。 |
| SCL、SDA | 输出低电压 | 0.0 | 0.4 |
| 输出高电压 | VCC-0.5 | VCC+0.3 | |
| 输入低电压 | -0.3 | VCC*0.3 | |
| 输入高电压 | VCC*0.7 | VCC+0.5 | |
| 其他 | 输入低电压 | -0.3 | 0.8 |
| 输入高电压 | 2.0 | VCC+0.3 |
表 2 I2C 总线时序参数
| 范围 | 最大限度。 | 分钟。 | 单元 |
| 时钟频率 | 0 | 400 | 千赫 |
| 时钟脉冲宽度低 | 1.3 | 微秒 | |
| 时钟脉冲宽度高 | 0.6 | 微秒 | |
| 新传输开始前的时间总线空闲 | 20 | 微秒 | |
| 开始保持时间 | 0.6 | 微秒 | |
| 开始设置时间 | 0.6 | 微秒 | |
| 数据保持时间 | 0 | 微秒 | |
| 建立时间的数据 | 0.1 | 微秒 | |
| 输入上升时间(400kHz) | 300 | 微秒 | |
| 输入下降时间(400kHz) | 300 | 微秒 | |
| 停止设置时间 | 微秒 | ||
| 串行接口时钟延迟（时钟拉伸） | 500 | 微秒 |
图2 I2C总线时序图
眼图测试
根据模块的功能，眼图测试可分为发射端和接收端。 发射端测试主要是观察光模块传输的光信号的眼图质量是否满足以太网定义规范的要求。 表 3 为 100G 以太网定义的 100G 短距离光模块发射的光信号参数。 在光信号眼图的实际测试中，最关心的就是上述指标和眼图质量。 表4列出了QSFPTEK公司100G QSFP28 SR4光模块的测试结果。 可以看出，眼图质量和测试指标完全满足规范要求。
Tab.3 光模块光端信号参数
| 范围 | 价值 | 单元。 |
| 各通道速率范围 | 25.78125 ±10^-4 | GBd |
| 中心波长范围 | 840~860 | 纳米 |
| 每个通道的平均发射功率（最大） | 2.4 | 纳米 |
| 每个通道的平均发射功率(Min.) | -8.4 | 分贝 |
| 光调制幅度（最大值） | 3.0 | 分贝 |
| 光调制幅度（最小值） | -6.4 | 分贝 |
| 消光比（最小值） | 2.0 | 分贝 |
Tab.4 QSFPTEK 100G QSFP28 SR4收发器的发射器测试结果
| 范围 | 价值 | 单元。 |
| 平均发射功率 | -0.180 | D b |
| 消光比 | 4.630 | D b |
| 光调制幅度 | 0.212 | D b |
| 相位抖动 | 0.958 | ps |
| 幅度抖动 | 7.080 | ps |
接收机干扰测试
随着数据速率的提高，比特周期变得越来越短，因此对抖动的要求也越来越高。 从光模块整体来看，为了更好的体现光模块的抗抖动能力，需要对整个光模块链路进行测试。 虽然以太网规范规定了接收端的指标，但是在交换网络产品的实际开发过程中，测试人员通常无法找到合适的测试点来测试接收端的眼图质量，本文提供了一个间接测试方法，反映从光模块接收到的信号到传输的整个闭环链路的情况。 这种测试方法也可以称为接收机干扰测试。
发送端链路和接收端链路在PMA子层环回，使信号不经过PCS子层。 同时，在发送端注入抖动。 这里的jitter是指当误码率在E-15以内时可以容忍的jitter。 它可以看作是总抖动 (TJ)。 总抖动还包括随机抖动 (RJ) 和确定性抖动 (DJ)。 注入的抖动必须在指定范围内。 最后通过误码率测试仪（BERT）对发射机的误码率进行分析，要求误码率在E-15以下。 这种方法不仅避免了测试仪找不到测试点的情况，而且可以在恶劣的条件下观察整个环回链路的误码率是否满足要求。
结论
目前，100G以太网在数据中心和城域网中迅速普及。 QSFP28光模块也显示出其高密度、高速度的优势。 QSFPTEK提供多种QSFP28产品组合，包括100G QSFP28 SR4、100G QSFP28 LR4、100G QSFP28 CWDM4、100G QSFP28 PSM4、100G QSFP28 ER4、100G QSFP28 DWDM等。所有QSFPTEK光模块都经过严格测试，以确保高性能和完全兼容。