400G光模塊主要測試項目
400G的光模塊普遍采用了PAM4(4-level Pulse Amplitude Modulation：4電平脈沖幅度調制)的信號調制技術，即采用4個不同的信號電平來進行信號傳輸，每個符號周期可以表示2個bit的邏輯信息(0、1、2、3)。
因此，要實現同樣的信號傳輸能力，PAM4信號的符號速率只需要達到NRZ信號的一半即可，傳輸通道對其造成的損耗大大減小，但付出的代價是信噪比會比NRZ信號惡化很多，測量方法也會有比較大的差異。下圖是典型的NRZ信號的波形、眼圖與PAM4信號的對比。
對于400G光模塊來說，其主要的高速接口包含電輸入接口、光輸出接口、光輸入接口、電輸出接口，以及其它的電源和低速管理接口。因此，對于400G光模塊的電氣性能驗證來說，其主要測試項目分為光口發射機指標、光口接收機容限、電口發射機指標、電口接收機容限、系統測試。
發射機測試：光發射機、電發射機電氣特性測試環境如下。
發射機的測量項目又分為光發射機的測量項目和電發射機的測量項目，主要用于驗證光口及電口輸出信號的質量。
光發射機測試方法
主要用于驗證被測光模塊發出光信號的質量。測試方法如下：被測光模塊插在MCB夾具上，上電并配置正常工作;誤碼儀產生PAM4電激勵信號送給光模塊一路電輸入端，使得被測光模塊輸出SSPRQ的光信號，模塊的相鄰電通道上輸入PAM4的串擾信號。輸出光信號經時鐘恢復進采樣示波器進行光發射機參數測試。更換其它通道依次測量所有通道光發射機指標。
TDECQ (Transmitter and dispersion eye closure for PAM4)即發射機色散眼圖閉合代價，是衡量光發射機經過一個典型的光通道后PAM4信號功率裕量的損失。正常用于光信號傳輸的激光器都有一定的譜線寬度，經過一段距離傳輸后，色散效應就會造成信號中不同波長成分的傳輸時延的變化。這些不同傳輸時延的信號在接收端疊加在一起就會造成信號質量的惡化，從而導致接收端的靈敏度下降。
在10G以太網IEEE 802.3ae標準里，這個指標定義為TDP (Transmitter and Dispersion Penalty) ;在100G以太網IEEE 802.3bm標準里，這個指標定義為TDEC(Transmitter and Dispersion Eye Closure) ;而在針對200G/400G以太網IEEE 802.3bs標準里，這個指標就是TDECQ(Transmitter and dispersion eye closure for PAM4)。
TDECQ通常用dB表示，對于PAM4信號來說，TDECQ值越小，表示這個信號相對于理想信號的功率裕量損失越小，或者說能在光纖里傳輸更遠的距離。根據802.3bs里的定義，TDECQ的參考測試方法如下圖所示：
在測試中，被測件產生SSPRQ碼型的光信號，然后經過測試光纖進行傳輸。被測信號經光纖傳輸后進入測量用的采樣示波器，采樣示波器一方面通過符合規范的CRU(Clock Data Recovery)電路進行時鐘恢復，另一方面把被測光信號經過參考濾波器后進行采樣。采樣后的波形要進行5階FFE的信號均衡，然后以CRU恢復時鐘為基準形成PAM4信號眼圖。
眼圖形成以后，再根據信號眼圖的光調制幅度(OMA)、信號幅度噪聲(R)、以及和誤碼率要求對應的外推系數(Qt)根據公式計算TDECQ的值。
下圖是在采樣示波器里對均衡后光信號的參數進行OMA、ER、TDECQ等參數測試的例子。我們可以看到，盡管很多測量參數的定義非常繁瑣，但基于示波器里的PAM4測量選件，使用者不需要繁瑣的操作，就可以快速得到需要的測量結果。
電發射機測試方法
主要用于驗證被測光模塊電口輸出的質量。測試方法如下：被測光模塊插在MCB夾具上，上電并配置正常工作;誤碼儀產生PAM4電激勵信號送給光模塊一路電輸入端，光模塊相鄰電通道上輸入PAM4的串擾信號。輸出光信號環回到光接收機，并測試其電通道輸出的PRBS13Q信號參數。
眼高(Eye Height)和眼寬(Eye Width)是400G光模塊電信號質量測試的重要參數。在IEEE 802.3bs規范中，定義眼圖測試時使用PRBS13Q的PAM4碼型。被測點輸出的信號經過參考均衡器和時鐘恢復后疊加形成眼圖。因此，合適帶寬的示波器、正確的均衡器以及可靠的時鐘恢復對于PAM4信號的眼圖測試至關重要。而對于Module輸出端的測試來說，還需要模擬出信號經過Host內部走線損耗對于信號的影響，所以測試中示波器還需要在捕獲到的信號上疊加上約6.4dB的傳輸通道損耗。
由于PAM4信號會形成3層眼圖，所以對每層眼圖要分別測量。在IEEE 802.3bs規范里，定義以中間層眼圖的中心位置為參考點計算眼高和眼寬。在測試過程中要更換不同的均衡器的值，并根據信號的噪聲和抖動概率分布來計算等效的眼高和眼寬，這是一個非常復雜的計算過程，這里不做具體論述。
接收機及誤碼率測試
發射機的測試項目主要用于保證光模塊的光口和電口輸出信號的質量。嚴格來說，還需要驗證光模塊的光口和電口接收信號的能力。
光模塊接收到的光信號通常經過很長距離的光纖傳輸，接收到的光信號上可能疊加了各種抖動和噪聲，所以光接收機測試可以用于驗證被測光模塊對于惡劣光信號的容忍能力。
同時，光模塊需要從電口接收交換機或服務器發送過來的電信號并轉成光信號發出去。由于電信號經PCB、連接器傳輸會產生較大的損耗和發射，所以電接收機測試項目可以驗證被測光模塊對于惡劣電信號的容忍能力。
光接收機測試方法
IEEE 802.3bs規范中對于光接收機的壓力容限測試方法描述如下：通過參考的PAM4信號源與抖動、噪聲、碼間干擾注入源，以及參考的光發射機產生所需的光壓力信號。
對光壓力信號由外圍消光比OER，外光調制幅度OOMA和壓力眼圖閉合代價SECQ來表征。PAM4光壓力信號首先由一個參考光接收機進行校準，以確保其參數符合規范要求。這個接收機包含符合規范要求的理想4階貝塞爾-湯姆遜低通濾波器，規范要求的FIR均衡器以及時鐘恢復功能。
校準后的光壓力信號輸入被測接收機的一個通道，被測接收機其余通道輸入正常通信的光信號。最后由被測光模塊環回電信號到誤碼儀的誤碼檢測口，或通過接收機內部的誤碼統計功能進行誤碼和壓力靈敏度等測試。下圖是400G-DR4光模塊的光壓力眼圖測試框圖，以及各部分對應的測試儀表。
電接收機測試方法
IEEE 802.3bs規范中對于光模塊的電輸入口的壓力容限測試方法描述如下：通過參考電發射機(通常是碼型發生器)以及抖動注入源、碼間干擾源和串擾源，將壓力電信號輸入MCB夾具。之后將參考接收機(通常是示波器)通過HCB夾具與MCB夾具連接在一起，對壓力電信號進行校準。
參考接收機包含符合規范要求的理想4階貝塞爾-湯姆遜濾波器，規范要求的CTLE均衡器以及時鐘恢復功能。PAM4電壓力信號由眼圖對稱模板寬度ESMW，眼寬EW，眼高EH和附加正弦抖動SJ的頻率和幅度來表征。經過校準的電壓力信號接入被測模塊電輸入口被測通道，并由模塊內的FEC誤碼檢測功能進行誤碼與接收容限測試，或將信號環回輸出至外部的誤碼分析儀進行分析。
系統測試
系統測試的主要目的是驗證被測光模塊配合交換機工作時，在真實的業務流量情況下的誤碼率以及錯誤容忍能力。400G的光模塊普遍采用了PAM4(4電平調制)技術，雖然減少了高速信號傳輸需要的帶寬，但由于信噪比的惡化，使得其原始誤碼率很難達到傳統2電平調制時1e-12的水平，所以其原始誤碼率的要求比較低，比如IEEE 802.3bs中對于光口誤碼率的要求僅僅為2.4e-4。
很多通信過程在這么高的誤碼率情況下是無法正常工作的，所以FEC(前向糾錯)技術被普遍采用。FEC是通過在數據塊里插入一些冗余的校驗bit，可以對隨機產生的錯誤bit進行修正，從而保證最終數據包的丟包率在可以接受的范圍之內(<6.2e-11)。
因此，系統測試中需要對光模塊的原始誤碼率以及經過FEC修正后的丟包率都進行測試，并驗證在出現已定隨機錯誤符號或者頻率偏差時系統性能是否受到影響。典型的系統測試環境如下：
其測試方法如下：在數據流量測試儀上發送64字節長度連續數據幀，FEC修正前的BER值應小于2.4e-4;在流量測試儀上運行以太網流量測試軟件，并發送64字節長度、100%線速率的數據幀，累積至少1e+12個數據幀后，讀取端口的Frame Loss Ratio值應小于6.2e-11;在流量測試儀上進行FEC后單個或多個(<15個)的誤碼注入，并驗證經FEC后的誤包率滿足802.3bs的規范要求;在流量測試儀上對速率進行100ppm的調整，并驗證誤碼率和誤包率滿足802.3bs的規范要求。
下圖是進行FEC修正前的誤碼率及FEC修正后的丟包率測試的例子。
400G的光模塊普遍采用了PAM4(4-level Pulse Amplitude Modulation：4電平脈沖幅度調制)的信號調制技術，即采用4個不同的信號電平來進行信號傳輸，每個符號周期可以表示2個bit的邏輯信息(0、1、2、3)。
因此，要實現同樣的信號傳輸能力，PAM4信號的符號速率只需要達到NRZ信號的一半即可，傳輸通道對其造成的損耗大大減小，但付出的代價是信噪比會比NRZ信號惡化很多，測量方法也會有比較大的差異。下圖是典型的NRZ信號的波形、眼圖與PAM4信號的對比。
對于400G光模塊來說，其主要的高速接口包含電輸入接口、光輸出接口、光輸入接口、電輸出接口，以及其它的電源和低速管理接口。因此，對于400G光模塊的電氣性能驗證來說，其主要測試項目分為光口發射機指標、光口接收機容限、電口發射機指標、電口接收機容限、系統測試。
發射機測試：光發射機、電發射機電氣特性測試環境如下。
發射機的測量項目又分為光發射機的測量項目和電發射機的測量項目，主要用于驗證光口及電口輸出信號的質量。
光發射機測試方法
主要用于驗證被測光模塊發出光信號的質量。測試方法如下：被測光模塊插在MCB夾具上，上電并配置正常工作;誤碼儀產生PAM4電激勵信號送給光模塊一路電輸入端，使得被測光模塊輸出SSPRQ的光信號，模塊的相鄰電通道上輸入PAM4的串擾信號。輸出光信號經時鐘恢復進采樣示波器進行光發射機參數測試。更換其它通道依次測量所有通道光發射機指標。
TDECQ (Transmitter and dispersion eye closure for PAM4)即發射機色散眼圖閉合代價，是衡量光發射機經過一個典型的光通道后PAM4信號功率裕量的損失。正常用于光信號傳輸的激光器都有一定的譜線寬度，經過一段距離傳輸后，色散效應就會造成信號中不同波長成分的傳輸時延的變化。這些不同傳輸時延的信號在接收端疊加在一起就會造成信號質量的惡化，從而導致接收端的靈敏度下降。
在10G以太網IEEE 802.3ae標準里，這個指標定義為TDP (Transmitter and Dispersion Penalty) ;在100G以太網IEEE 802.3bm標準里，這個指標定義為TDEC(Transmitter and Dispersion Eye Closure) ;而在針對200G/400G以太網IEEE 802.3bs標準里，這個指標就是TDECQ(Transmitter and dispersion eye closure for PAM4)。
TDECQ通常用dB表示，對于PAM4信號來說，TDECQ值越小，表示這個信號相對于理想信號的功率裕量損失越小，或者說能在光纖里傳輸更遠的距離。根據802.3bs里的定義，TDECQ的參考測試方法如下圖所示：
在測試中，被測件產生SSPRQ碼型的光信號，然后經過測試光纖進行傳輸。被測信號經光纖傳輸后進入測量用的采樣示波器，采樣示波器一方面通過符合規范的CRU(Clock Data Recovery)電路進行時鐘恢復，另一方面把被測光信號經過參考濾波器后進行采樣。采樣后的波形要進行5階FFE的信號均衡，然后以CRU恢復時鐘為基準形成PAM4信號眼圖。
眼圖形成以后，再根據信號眼圖的光調制幅度(OMA)、信號幅度噪聲(R)、以及和誤碼率要求對應的外推系數(Qt)根據公式計算TDECQ的值。
下圖是在采樣示波器里對均衡后光信號的參數進行OMA、ER、TDECQ等參數測試的例子。我們可以看到，盡管很多測量參數的定義非常繁瑣，但基于示波器里的PAM4測量選件，使用者不需要繁瑣的操作，就可以快速得到需要的測量結果。
電發射機測試方法
主要用于驗證被測光模塊電口輸出的質量。測試方法如下：被測光模塊插在MCB夾具上，上電并配置正常工作;誤碼儀產生PAM4電激勵信號送給光模塊一路電輸入端，光模塊相鄰電通道上輸入PAM4的串擾信號。輸出光信號環回到光接收機，并測試其電通道輸出的PRBS13Q信號參數。
眼高(Eye Height)和眼寬(Eye Width)是400G光模塊電信號質量測試的重要參數。在IEEE 802.3bs規范中，定義眼圖測試時使用PRBS13Q的PAM4碼型。被測點輸出的信號經過參考均衡器和時鐘恢復后疊加形成眼圖。因此，合適帶寬的示波器、正確的均衡器以及可靠的時鐘恢復對于PAM4信號的眼圖測試至關重要。而對于Module輸出端的測試來說，還需要模擬出信號經過Host內部走線損耗對于信號的影響，所以測試中示波器還需要在捕獲到的信號上疊加上約6.4dB的傳輸通道損耗。
由于PAM4信號會形成3層眼圖，所以對每層眼圖要分別測量。在IEEE 802.3bs規范里，定義以中間層眼圖的中心位置為參考點計算眼高和眼寬。在測試過程中要更換不同的均衡器的值，并根據信號的噪聲和抖動概率分布來計算等效的眼高和眼寬，這是一個非常復雜的計算過程，這里不做具體論述。
接收機及誤碼率測試
發射機的測試項目主要用于保證光模塊的光口和電口輸出信號的質量。嚴格來說，還需要驗證光模塊的光口和電口接收信號的能力。
光模塊接收到的光信號通常經過很長距離的光纖傳輸，接收到的光信號上可能疊加了各種抖動和噪聲，所以光接收機測試可以用于驗證被測光模塊對于惡劣光信號的容忍能力。
同時，光模塊需要從電口接收交換機或服務器發送過來的電信號并轉成光信號發出去。由于電信號經PCB、連接器傳輸會產生較大的損耗和發射，所以電接收機測試項目可以驗證被測光模塊對于惡劣電信號的容忍能力。
光接收機測試方法
IEEE 802.3bs規范中對于光接收機的壓力容限測試方法描述如下：通過參考的PAM4信號源與抖動、噪聲、碼間干擾注入源，以及參考的光發射機產生所需的光壓力信號。
對光壓力信號由外圍消光比OER，外光調制幅度OOMA和壓力眼圖閉合代價SECQ來表征。PAM4光壓力信號首先由一個參考光接收機進行校準，以確保其參數符合規范要求。這個接收機包含符合規范要求的理想4階貝塞爾-湯姆遜低通濾波器，規范要求的FIR均衡器以及時鐘恢復功能。
校準后的光壓力信號輸入被測接收機的一個通道，被測接收機其余通道輸入正常通信的光信號。最后由被測光模塊環回電信號到誤碼儀的誤碼檢測口，或通過接收機內部的誤碼統計功能進行誤碼和壓力靈敏度等測試。下圖是400G-DR4光模塊的光壓力眼圖測試框圖，以及各部分對應的測試儀表。
電接收機測試方法
IEEE 802.3bs規范中對于光模塊的電輸入口的壓力容限測試方法描述如下：通過參考電發射機(通常是碼型發生器)以及抖動注入源、碼間干擾源和串擾源，將壓力電信號輸入MCB夾具。之后將參考接收機(通常是示波器)通過HCB夾具與MCB夾具連接在一起，對壓力電信號進行校準。
參考接收機包含符合規范要求的理想4階貝塞爾-湯姆遜濾波器，規范要求的CTLE均衡器以及時鐘恢復功能。PAM4電壓力信號由眼圖對稱模板寬度ESMW，眼寬EW，眼高EH和附加正弦抖動SJ的頻率和幅度來表征。經過校準的電壓力信號接入被測模塊電輸入口被測通道，并由模塊內的FEC誤碼檢測功能進行誤碼與接收容限測試，或將信號環回輸出至外部的誤碼分析儀進行分析。
系統測試
系統測試的主要目的是驗證被測光模塊配合交換機工作時，在真實的業務流量情況下的誤碼率以及錯誤容忍能力。400G的光模塊普遍采用了PAM4(4電平調制)技術，雖然減少了高速信號傳輸需要的帶寬，但由于信噪比的惡化，使得其原始誤碼率很難達到傳統2電平調制時1e-12的水平，所以其原始誤碼率的要求比較低，比如IEEE 802.3bs中對于光口誤碼率的要求僅僅為2.4e-4。
很多通信過程在這么高的誤碼率情況下是無法正常工作的，所以FEC(前向糾錯)技術被普遍采用。FEC是通過在數據塊里插入一些冗余的校驗bit，可以對隨機產生的錯誤bit進行修正，從而保證最終數據包的丟包率在可以接受的范圍之內(<6.2e-11)。
因此，系統測試中需要對光模塊的原始誤碼率以及經過FEC修正后的丟包率都進行測試，并驗證在出現已定隨機錯誤符號或者頻率偏差時系統性能是否受到影響。典型的系統測試環境如下：
其測試方法如下：在數據流量測試儀上發送64字節長度連續數據幀，FEC修正前的BER值應小于2.4e-4;在流量測試儀上運行以太網流量測試軟件，并發送64字節長度、100%線速率的數據幀，累積至少1e+12個數據幀后，讀取端口的Frame Loss Ratio值應小于6.2e-11;在流量測試儀上進行FEC后單個或多個(<15個)的誤碼注入，并驗證經FEC后的誤包率滿足802.3bs的規范要求;在流量測試儀上對速率進行100ppm的調整，并驗證誤碼率和誤包率滿足802.3bs的規范要求。
下圖是進行FEC修正前的誤碼率及FEC修正后的丟包率測試的例子。