光模块的技术参数详细讲解 光模块是光纤通信的一个接口，信号转换接口,  需要将大量的电信号转换为光信号，或者将大量的光信号转换为电信号。咱们生活里也经常用到各种接口的相互转换，比如Type C与USB的转换接口。光模块也是如此，核心的目的是实现电信号与光信号的相互转换，之所以叫做“光”模块，或者“光”收发模块，主要是突出光信号处理难度大。对于一个接口，首先需要界定的是接口的外型，咱们光模块一头要与系统侧的电信号插拔互联，另一头需要与光纤适配联通光信号。光模块外型结构定义光接口与电接口 光模块的外型标准有很多，在标准里定义一个光模块的长宽高、结构限定卡槽位置等等等等，就像咱们只要说USB接口就行，不再细节到结构长宽高分别xx毫米。光模块也如此。提到一个光模块类型的话，基本的外型结构就算定下来了，无论哪一家生产的，基本尺寸都可以互相适配。有些光模块的外型结构较大，比如相干光模块，里边需要组装的元器件很多。有些光模块的尺寸略小，因为交换机的空间有限，尽量做小一点，可以多插入几个光模块，实现接口等效比特密度的提高，提高接口的转换容量。有一些接口的外型封装是一样的，但内部的转换容量有差异，就像是USB1.0与2.0或者是3.0的区别一样，外型类似，但信号的接口速率有差异。光模块的电接口，需要定义信号的类型和顺序，在光模块的详细规格书里有会看到电口的定义列表。光模块的光学接口，也会有光接口的标准，已经光学接口的信号顺序列表定义。光模块的光谱特性波长、谱宽、线宽、边模抑制比 光模块的“光”，必然就会涉及到光波的特性参数，比如中心波长在哪一个波段，这几个波段是实芯光纤二氧化硅材料的低损耗区间。多模的波段主要是迁就VCSEL这个面发射的光源，面发射比边发射更方便降低成本，但产业规模应用的VCSEL材料只适合较短波长，基于VCSEL做光源的模块，通常是多模光模块，工作在其中的一个或多个波长。VCSEL也在研究少模或单模的应用，产业也在尝试1060nm这个波长相关的模式、速率、材料、可靠性等研究工作。数据中心和AI的组网，除了短波长外，还有1310nm的灰光并行单模传输，以及CWDM4（或者叫FR4）的四波长复用。5G应用里有CWDM6的波长，除了重用CWDM4的四个波长外，额外增加了1351nm和1371nm。在DCI园区组网里，城域网等，也有LWDM的波长选择。DCI长距、干线传输，通常选择C、C+、C+L这些波段，用于密集波分复用，提高传输容量。PON的接入网，通常选择其中的2个、4个、6个波长来进行代际兼容与BiDi单纤波长设定。简而言之，PON的入户光纤，一户尽量就一根光纤，方便操作，也降低成本。知道了中心波长，还希望知道中心波长的“漂移”范围，我们的光模块的波长并不是理想波长，而是有一个基于中心波长的漂移范围。通常用谱宽或线宽来约束。谱宽的话，有两大类的定义，一大类是-3dB光谱宽度，另一大类是-20dB光谱宽度。-3dB就是0.5的分贝表述而已，也就是光能量下降到一半时的光谱宽度。-20dB等于0.01，也就是光能量下降到1%时的光谱宽度。咱们的DFB就总是用-20dB光谱宽度来表述。波分相干光模块里呢，用线宽来做表述更常见。 线宽与谱宽是可以换算的。光的波长与频率也是可以换算的。不同领域，用法习惯有差异。还有一个参数，是单纵模的表述，边模抑制比SMSR，就是主模是最大边模能量的多少倍。我们要求SMSR>30dB，代表主模的能量是边模（最大的次模，旁边的那个噪声模式）的1000倍以上。如果能达到40dB以上更好啊，越大越好。信号的调制格式NRZ、PAM4、QPSK、16QAM等 光模块很重要的一个参数就是约定信息传递是双方采用哪一种编码格式，最常见的是NRZ，称之为非归零码，在低速光模块里非常普遍，一个bit只有两种状态，或为1或为0，标准的二进制。在高速以太网光模块，200G以上的光模块出现了PAM4的调制格式，4阶幅度调制，可以认为这是一个十进制，0,1,2,3，四个状态，换算成二进制的话，一个PAM4等于俩NRZ。在相干光模块，早期采用DP-QPSK，DP是偏振复用，QPSK是相位复用，二者结合，等于4个NRZ编码。后来的400G相干光模块又采用了DP-16QAM更复杂的编码格式，等于8个NRZ编码，提高了编码效率。信号速率波特率xxGBd与比特率bps 波特率与比特率的换算，与编码格式相关。所以标准中约定了编码格式以及波特率与比特率。信道传输的各点功率-发射端功率Pavg、ER、OMA 发射端的平均输出光功率Pavg，以及消光比ER，OMA光调制幅度等参数，表征了发射端的各种信号功率。OMA功率说的是最大信号与最小信号的功率差值，ER是最大信号功率与最小功率的比值，平均光功率则是最大功率与最小功率的平均值。通过各种方式来约定Tx侧的信号功率。对于发射端而言，功率的上限与下限都会给出的，通常咱们认为信号功率越大越好，其实不是的。功率太小，通过传输后容易出现误码。功率太大，或者引起非线性效应，信号质量变差，出现误码，或者功率太大导致接收端的探测器二极管饱和失真或被击穿失效，这些也会影响整体的光信号的传输质量。通常发射端的与功率相关的多个交叉参数，会最终约定一个上限以及下限，确保光模块的功率设定值在特定的传输场景，性能处于优良区间。信道传输的各点功率-接收端灵敏度以及饱和功率 灵敏度是可接受的误码率范围内的最小信号功率的临界值，再小，则误码率会无法接受。饱和功率则是可接受的误码率范围内的最大信号功率的临界值，再大，则误码率也会无法接受。灵敏度是最小功率，饱和是最大功率，二者之间的功率区间，通常误码率都小于临界值，属于正常工作区。这个曲线看起来十分像“浴盆”，业内也将误码率与接收功率的拟合线线称为浴盆曲线。误码率是测试灵敏度与饱和功率的一个检测条件，理想状态是无误码，而实际上不可能无误码，只能约定一个误码率的界限。通常这个界限分两类，一类是用户感知到的误码率界限，比如10的-10次方，误码率是百亿分之一，非常低，可以忽略。另一类是光模块的误码率界限，光模块之后会级联FEC前向纠错，将部分误码纠正。比如某些FEC可以将十万分之一的误码率，FEC纠错后降低到百亿分之一。这个误码率，通常称之为纠前误码率阈值，这个标定条件在光模块的详细规格书，或者标准体系中，明确表述的。下图这个2e-3，就是BER误码率的纠前阈值。信号噪声的等效描述：TDEC、TDECQ、RIN 描述一个信号的质量，与信噪比相关，也就是信号的功率与噪声相比，噪声越小越好。刚才提到信号的功率的参数，光模块里还会提到等效噪声的几个相关参数。NRZ格式的TDEC，眼闭代价，间接表示了噪声的分布，因为信号的噪声太大，导致信号叠加后的眼图很“毛”，眼睛闭合。 对于TDEC而言，越小越好。同理，PAM4的信号的眼闭代价叫做TDECQ，Q是四阶的意思。也是越小越好，代表噪声很小，信号质量很好 。或者直接让光模块厂家测试RIN，RIN叫做相对强度噪声，相对于信号功率而言，噪声的比例是多大。本质上就是噪声/信号，属于信噪比的另一个维度的描述。通过这么些内容，最后加上光纤传输距离，基本上就能框定这个光模块了。

光模块中的NRZ与PAM4调制信号 暂无简介

PRBS码到底是啥玩意 之前一直在讲高速串行的协议，MAC，PHY，PMD层，PMA层吗，PCS层。。。看大家回答的数量也不是很多，弱弱的问一句大家都消化了吗？的确，讲到各个层的功能，数据在芯片内部如何去运作协调这方面的确有点高深。其实坦白说哈，作为同组的一员，我也对上面的文章和刘工深感佩服（点赞点赞）。既然上层的东西不那么好理解的话，我们还是说回点接地气的吧。我们知道，无论上层如何运作，最终还是要去到物理层上面去，最终我们的数据就在上面传输，而传输的方式就是各种不同速率的码型。从本期开始，我们将介绍下关于码型的一些东西。 PRBS：Pseudo-Random Binary Sequence，中文翻译叫做伪随机二进制序列，江湖人简称它为伪随机码。做过测试的朋友们都应该特别熟悉，就是使用PRBS这种伪随机码进行高速串行通道的测试，主要是测试误码率的情况，例如我们常用的一些协议，PCIE，USB，以太网或者下图的光模块的测试等……当然我们信号高速串行信号仿真的时候，也会有各种prbs码型进行，一个10G-SFP+光模块PCB通道的仿真模型如下：为什么业界公认选择这种prbs码型进行测试（仿真）呢？主要原因是这种码型与真实链路的数据传输情况非常接近。因为在真实情况中，所以的数据组合都是随机出现的，没有任何规律可言。而PRBS 的码流在很大程度上具有这种“随机数据”的特性，“0”和“1”随机出现，这种码流的频谱特征和白噪声非常接近，所谓“白噪声”就是在一个比较宽的频域里功率密度谱均匀分布，也就是所有的频率都具有相同的能量，因此该码型能够模拟各种不同频率数据组成的情况，使测试更符合真实的情况。那prbs这种随机码真的就是没有任何规律的吗？？当然不是，不然的话为什么还要分prbs1-31那么多种呢。之所以要叫伪随机码，其实就是码流在周期内部是随机的，但是在各个周期里面又是完全相同的。咋一看，好像说了等于没有，大家可能有疑问，在周期内部是随机的，那不还是随机嘛？其实这个随机是要打个问号的，正确来说是“有顺序的随机”。所谓顺序就是通过不同阶数的prbs码来体现，例如，我们常用的有阶数7、9、11、15、20、23、31，也就是我们常说的PRBS7、PRBS9、PRBS11、PRBS15、PRBS20、PRBS23、PRBS31。前面说了，不同的阶数会有不同的码型，那它们之间有什么规律呢？不同阶数是怎样生成码型的呢？我们以PRBS3进行说明。PRBS码型是由PRBS码型发生器产生的，下面是一个简单发生器的示意图：架构很简单，就由两部分组成：移位寄存器和异或运算器。首先移位寄存器，顾名思义作用就是移位，1个bit发送后，把下一个bit推向前准备发送；异或运算，简单点说就是两个不一样就是“1”，两个一样就是“0”，因此有“1”和“1”是0，“0”和“0”是0,“1”和“0”是1。那像上面这个PRBS3发生器，进行异或的位是第二位和第三位，因此用一个多项式命名它，叫做1+X2+X3。这样我们可以开始进行计算了。首先我们有一个初始状态“111”。我们就有了下面这么一个计算过程（画得不好，大家看内容就好）。简单说明一下，红色为异或运算过程，蓝色为每次移位后的bit，绿色为输出的数据bit，紫色说明绕一圈之后又回到了原先，循环了一次。经过本文之后，大家是不是对感觉很高深神秘的prbs码型有了更接地气的认识和理解了呢？当然，本文举例的prbs3是比较简单的，感觉它没经过几位就可以循环一次了，大家推导起来也比较方便。