אחת המדידות החשובות ביותר באיתות NRZ אופטי, יחס הכיבוי (Extinction Ratio – ER) נחשב לעתים קרובות למדידה בלתי-יציבה. דבר זה תוקן עם הופעת המדידה “ER מכויל” הקיימת באוסילוסקופי דגימה Tektronix מסדרת DSA8200. מאמר זה מפרט אחדים מהיתרונות של מדידות ER מדויקות מאוד הן ב-10 GbE (Ethernet), עם הדרישה הנמוכה יחסית שלה, והן ב-SONET/SDH, ואת המתודולוגיה התומכת בתוצאת ER עקבית ומדויקת.
מידע רקע על יחס הכיבוי
נפוצה בתקני טלקומוניקציה אופטית, ER היא מדידה של עומק האפנון, וניתן להשתמש בה לדוגמה כגורם איכות של אפנן אופטי. ההגדרה הידועה ביותר היא יחס ההספקים בין לוגיקת אחד ולוגיקת אפס. ראה איור 1.
קיימות שתי סיבות מדוע ה-E0, ההספק ברמה נמוכה של האות האופטי, מהווה קושי במדידות אופטיות. ראשית, המדידה בהספק ברמה נמוכה מושפעת מאוד על-ידי ההיסט DC של התקן המדידה (סקופ אופטי). השפעה זו מתוקנת בעזרת קיזוז DC. שנית, היענות ה-AC של הסקופ האופטי מוסיפה צלצולים ותופעות כגון dribble-up או dribble-down, משפיעה על ערך ה-E0, ועושה את התוצאה של יחס E1/E0 לבלתי-יציבה. השפעות AC אלה טופלו רק לאחרונה על-ידי סקופי הדגימה של Tektronix מסדרת DSA8200.
החשיבות של יחס כיבוי מדויק ב-SONET/SDH
במערכות בהן המשדר מתואר במונחים של Average Optical Power (AOP) ו-ER, ER משקף כמה הספק משודר למעשה, כלומר כמה מנוצל על-ידי האפנון. דבר זה ניתן לבטא במונחים של הפסד, או במונחים של עונשין BER. ראה איור 2. זהו המקרה ב-SONET/SDH,וביישום זה ה-ER נרשם ברמה יחסית גבוהה מסביב ל-10 dB, ונחשב למשימה לא פשוטה להגיע בצורה נוחה לרמה כזו, במיוחד לפני הופעת ה-ER המכויל. החשיבות של קבלת תוצאת ERמובטחת מדויקת סקופ-לסקופ ברורה ביישום זה.
החשיבות של יחס כיבוי מדויק ב-10 Gb/s Ethernet
שלא כמו בתקני SONET/SDH, תקני ה-10 Gb/s Ethernet (10 GbE), דוגמת ה- 802.3ae 10 GBASE-LR, וכד’; ה-802.3aq 10GBASE-LRM, ואחרים, מגדירים הספק עם OMA (Optical Modulation Amplitude] ואילו ה-ER מכוון לרמה הנוחה של 3 או 3.5 dB. הדבר מוביל לאמונה המוטעית שב-Ethernet ה-ER והדיוק של ER אינם סיבה לדאגה.
בעוד ER ברמה של 3 dB הרבה יותר קל להשיג מאשר הערכים שב-SONET/SDH, טכנולוגיית ה- 10 GbE שונה מזו של ה-SONET/SDH, והלייזר בעל המחילה האנכית המאופנן ישירות ובעל הפליטה המישורית (VCSEL) המשמש ב-10 GbE מציג כמות גוברת של תנודת תפוגה (צלצול) בשעה שמכוונים את ה-ER כלפי מעלה.
מסיבה זו רצוי לשמור על ER נמוך. בשל דיוק המדידה והביצועים בסוף החיים, הערך המיטבי הוא dB אחד או שניים מעל ה-3.0 או 3.5 dB המוכתבים בתקן. יצרני מערכות יותר מדויקות דורשים מפרטים הדוקים עבור ערך ה-ER ב-Ethernet, וזו אחת הסיבות מדוע הדבר מהווה קושי עבור יצרן המודול. ראה איור 3.
תוצאת ER זו נמדדה עבור מודול אופטי אחד, מודול שיש לכוונן לפי המפרט של < dB 5.5 ..6 dB>ER . מודול זה, הנמדד עם תשעה מודולים אופטיים שונים במדידה הרגילה, הבלתי-מכוילת, של ER, (המוצגת בגרף הסגול), מוערך כבין 5.4 עד dB 6.2ER . במילים אחרות, בשל השוני של ציוד המדידה בלבד, מודול יחיד ER משתנה יותר מתחום האפיצות של כל המוצר.
התוצאה האמיתית, המובטחת על-ידי Tektronix עד כדי אפיצות הדוקה, מוצגת על-ידי הגרפים הכחולים מימין; כאן משמשים אותם תשעת מודולי הדגימה האופטיים, אולם במקום תוצאת ה-ER הגולמית מוצגת תוצאת ה”ER המכויל” שלהם. כך שהתוצאות בסגול היו לא רק פזורות ברוחב; אף המשמעות שלהן מוטעית.
גם במקרה שטווח ה-ER המבוקש יותר נוח, לדוגמה 5 עד 6 dB, ברור שתהליך הייצור יבוקר יותר טוב אם התוצאה ידועה בדיוק המוצג על-ידי הגרפים הכחולים מימין.
מעבר לייצור, תוצאת ER יציבה ומדויקת מסירה בעיות בין יצרן המודול האופטי והלקוח, מאחר שללא קשר לתוצאות הנשלחות על-ידי היצרן, הן יאושרו גם על-ידי ביקורת הקבלה של הלקוח.
הדיוק המושג
דפי הנתונים של מודולי סקופים אופטיים מכילים את המפרטים עבור הדיוק המובטח. ראה איור 4. גרפים אלה מראים ביצועים טיפוסיים של ER מכויל.
תנאים: 50% ±5% צפיפות מסיכה, פיזור דומה ל-PRBS של אורכי-ריצה, 50%±10% רמת מצלב-העין (eye crossing).
לייזרים בעלי ER נמוך (ER<-6 dB): האות עובר מסיכה דמוית 802.3ae (מחולקת אופקית עבור קצב הביטים) עם מרווח 0; 105 דגימות במסכה.
לייזרים בעלי ER גבוה (ER>6 dB): האות עובר מסיכה דמוית OC-192 (מחולקת אופקית עבור קצב-ביטים) עם מרווח של 10%; 105 דגימות במסכה.
נוהל מומלץ
הרצף הבא מומלץ כנוהל מועדף כדי לקבל את הרמה הגבוהה ביותר בדיוק והדירות של ה-ER:
לפני כל מדידה יש לחמם במלואם את המודול והמסגרת הכללית (מעל 25 דקות) ויש לבצע קיזוז מלא של המודול (ראה פרק שירות/קיזוז).
שלב 1. בסעיף Setup->Horizontal קבע את קצב הביטים בהתאם לקצב נתוני המבוא.
בסעיף Setup->Vertical->Optical בחר את המסנן המתאים אשר תואם את קצב הביטים של האות.
בסעיף Utilities->Autoset Properties בחר NRZ Eye.
שלב 2. בסעיף Setup->Measurements->NRZ->Amplitude הפעל “Extinction Ratio (dB) – Calibrated”. מדידה זו מופיעה בגרף המדידה כ-”ExtC”.
שלב 3. חבר את האות האופטי למבוא המודול.
שלב 4. בצע AUTOSET. דיאגרמת-העין צריכה להיות עתה ממורכזת על המסך ולכסות כ-80% מהגובה.
שלב 5. נתק או שתק את אות המבוא האופטי, בצע DARK LEVEL COMPENSATION (תחת Setup->Vertical->Optical) כדי לאפס כל היסט סופי במודול הדגימה.
שלב 6. חבר שוב או הפעל את האות האופטי. החל רכישות; אחרי שנרכשו מספר צורות גלים (לפחות 1) בצע CLEAR DATA; אל תפסיק את הרכישות.
שלב 7. המשך לרכוש לפחות 1M דגימות בתוך בסיס הנתונים של צורת הגל לפני רישום תוצאת ה-ER המכויל.
רישומים טכניים
תיחול
תנאי קריטי הוא שנתיב התיחול ואות התיחול המשמש במהלך כיול הרמה החשוכה (Dark Level) יישאר זהה לזה ששימש במהלך המדידה.
כך לדוגמה אם משתמשים ב-Clock Recovery אזי התיחול צריך להישאר ב-Clock Recovery (ללא אות מבוא המעגל ירוץ חופשי, וזה תקין). אם משתמשים ב-80A06 Pattern sync אזי ה-80A06 צריך להישאר מתוכנת כשהיה, ואות השעון ל-80A06 צריך להיות זהה במהלך קיזוז הרמה החשוכה כמו בפעולה רגילה.
מהירות ביצוע
אם מהירות הביצוע חשובה מאוד והביצוע החוזר של הקיזוז ברמה החשוכה מהווה בעיית תפוקה במדידה, ניתן לשנות את שלב 5 כלהלן: לאחר ביצוע Autoset ו-DARK LEVEL COMPENSATION, שמור את ערך ההיסט האנכי (Setup->Vertical->Offset) של הערוץ המודד. מדידת ה-ER המכויל עבור ה-DUT (device under test)הבא יכולה למנוע קיזוז ברמה חשוכה אם הר”מ יבוצע:
הסקופ פועל באותו התיחול, אופקי וכד’;
גם: משתמשים בהיסט האנכי זהה בדיוק; והאות קרוב בגודלו לאות אשר עבר דרך Autoset (האות מתאים במלואו למסך, יש לו את ה-time/div המתאים והוא יותר גדול מ-3 חלוקות). במילים אחרות, ה-DUT הבא אינו חייב להיות Autoset אם האמפליטודה שלו דומה ל-DUT הראשון (Autoset ישנה את ההיסט האנכי).
שגיאת חשוכה, כפי שנמדדת על-ידי מדידת ה-Mean (Pulse) כאשר שום אות לא מחובר, נשארת קטנה מאוד. ההגדרה המדויקת של “קטנה מאוד” תלויה בדיוק מדידת ה-ER המכויל הדרוש, אולם עבור 80C11 (וגם 80C09, 80C04, 80C02) זהו פחות מ-1 מיקרו-ואט בעוד האות הוא 500 מיקרו-ואט או יותר; או מחצית אמפליטודות אלו אם משתמשים ב-80C08 או 80C121.
באם אחדים מתנאים אלה הופכים ללא מעשיים, יש לבצע את מלוא הנוהל. לדוגמה, אם ה-DUT החדש מפיק אות כה גבוה שלא יתאים למסך מבלי לשנות את ההיסט האנכי, אזי יש לבצע Autoset ולאחריו קיזוז רמה חשוכה חדש, כפי שהומלץ בנוהל לעיל.
כאשר מודדים את מצב היסט הרמה החשוכה, סלק את צורת הגל הראשונה אחרי הפעלת הרכישה לאחר ה-DARK LEVEL COMPENSATION. דרך טובה לעשות זאת היא להניח לרכישה לרוץ ולהתחיל CLEAR DATA כאשר ה-DARK LEVEL COMPENSATION הסתיים.
1 כאשר משתמשים ב-ER מכויל על 80C12 עשויים להתקיים מספר מגבלות ואיסורים. למידע נוסף התקשר לנציג Tektronix שלך.
איתור תקלות
אם ה-ER מדווח רק “???”, יתכנו מספר סיבות. אתר אותן לפי הסדר המוצג להלן.
שלב 1. האם מותקנת קושחת הסקופ הנכונה?
גרסת FW של הסקופ צריכה להיות 5.0.0.5 או גבוהה יותר.
(הפעל Utilities->System Properties עבור גרסת (FW.
שלב 2. האם המודול האופטי שנבחר עבור ה-ER מכויל (אופציה 01)?
הפעל Setup->Vertical. ודא שהכתובית מצד שמאל למעלה “Waveform” מראה את הערוץ שבחרת. ראה איור 5. השווה את השטח המסומן באדום.
ניתן לבצע אותה הפעולה בעזרת תוכנה על-ידי הפקודות
ERCAL: example
ch3:ercal?
יחזור
CH3:ERCAL 1
אם האופציה מופעלת
שלב 3. האם המסנן ORR (Optical Reference Receiver) מופעל?
שלב 4. האם הקיזוז הופעל? האם הופעלה הרמה החשוכה? האם הטמפרטורה יציבה?
יש לבצע קיזוז מערכת וכיול הרמה החשוכה; ללא זאת, ההיסט החשוך עשוי לשבש את התוצאה עד כדי כך שהמדידה תיתן תוצאה בלתי-אפשרית פיזית (“אור חשוך”) – קשוחת הסקופ תשיב במקרה זה “???”. אם תעקוב אחר השלבים הנ”ל, אתה יכול לסמוך על תוצאת ה-ER המכויל אף אם היא גבוהה יותר מהמצופה בהשוואה לתוצאות מהעבר.
*הכתבה נמסרה באדיבות איסטרוניקס נציגתה של חברת טקטרוניקס בישראל.
