Y10T45 【通信基础】光模块与眼图
2024有一个基础系列，分10个议题，每个议题约1.5小时的内容量
光模块的参数中，有一个很重要的信号质量评价体系，就是眼图。
眼图并不真实存在，而是后期合成的。
在同一时刻，我们的信号是确定的状态，不是薛定谔，不可能这个信号既是1又是0，但为了方便，我们可以把不同时刻的信号采样后叠加在一起进行综合分析。
叠加在一起后看到的眼图，具备了综合特性
咱们光模块的信号转换非常快，一秒钟数百亿个比特，但是基础信号的1和0在不同时间点的变化趋势只有八种组合，把信号叠加在一起分析，又方便又有效。
在眼图里能看到叠加后的两个噪声，一个是幅度噪声，通常用眼闭代价来表示。另一个是时间噪声，抖动、相位噪声等词来表示
什么是噪声，实际状态与理想状态的偏离。
如：理想幅度是2mW，如果看到的信号是2.002mW，这个0.002mW就是与理想幅度的偏离。叠加了一千个信号，有的是1.996mW，有的是2.004mW，那么有时候表示为2±0.002，有时候用数学的均方根来表示噪声的分布状态。
理想时刻是t0，信号传输了20公里，有的信号比约定的时间提前到达，t0-0.002μs，有的信号比约定的时间晚一些t0+0.002μs，这个就是咱们常常提到的抖动。总不能都叫噪声吧。
PAM4是两个NRZ的叠加，可以拆开分析，也可以一起分析
因为涉及到两个NRZ，就会在两个通道上出现一些“不一致”的可能性
早些年的100G，采用QPSK编码，现在的400G干线也采用QPSK编码，相干下沉的大多数场景也倾向于选择QPSK，
Y10T43聊过编码和带宽，QPSK的相位也在不同的时间进行切片叠加
两个正交的轴，每一个轴，都有一个NRZ的眼图，
400GZR在DCI近两年开始部署，ZR标准采用16QAM的调制格式，相位和幅度都采用高阶调制，同理在其中的一个轴上，按时间来切片，叠加，就是PAM4，把PAM4再次拆分，就可以看做NRZ。
看眼图，刚才说一个是幅度噪声，一个是时域的抖动。
时域抖动我放到另一个章节来细述。抖动、延时、色散、展宽....等等都可以看做是电磁波的波动与信号质量之间的关系，传播的波长、频率、速度和延迟
这里先看一下噪声的表示
一秒钟几百亿的比特，每一个比特的幅度并不会完全一致，有的相对而言偏离理想幅度要小，有些则不行。
在NRZ，通常用TDEC来表征幅度噪声的分布状态，PAM4用TDECQ来表征幅度噪声，下面两个图的蓝色部分
噪声很大，信号质量变差，在眼图里看起来就是“眼闭合”程度
我们理想的信号调制，希望有一段“线性区间”，也就是电信号和光信号的幅度转换是成比例关系，而非其他
但是，实际上我们的电到光的变化，是非线性的。DML叫直接调制，用DFB或者VCSEL实现直接调制，这里边一个是阈值，一个是饱和区，让整个的电光响应出现了“非线性”。
这个非线性和光纤的非线性效应，说的是一回事也不是一回事儿。线性在二维轴中就是“一根直线”，不属于这个特点的就是“非”线性，那么在数学上大家说的是一回事。但是，眼图看的轴和光纤非线性效应的轴，不一样的。
这里的非线性，是信号调制的输入输出响应“非”线性。
光纤的非线性效应，特指的是光纤的折射率与入纤光功率出现了“非”线性，导致OSNR光学信噪比劣化
VCSEL和DFB的DML直接调制，是通过不同的电流来实现光信号幅度大小变化。
激光器的阈值和饱和会让光信号质量变差，在眼图里NRZ通常观察交叉点就能来做基本预测
PAM4是可以通过三个眼的各种形态来判断是否处于非线性调制区间，影响有多大。如果影响非常大，是否可以采用DSP做预补偿，等等。
眼图还可以分析带宽，Y10T43写了信号的奈奎斯特频率和光学器件的带宽能力。这里咱们说的是光器件的带宽，比如EML的带宽，VCSEL的带宽，等等。
选择比所需带宽更大的器件，可以调制很好看的眼图，也就是信号质量很好。
但是，在PAM4见得最多是斜眼，这是由于小信号带宽不足导致的，或者说，DML选择VCSEL或DFB来调制信号的时候，由于P0、P1、P2、P3的工作电流不一样，导致激光器的带宽在这几个不同的电流时呈现不同的带宽。小信号带宽，就是小电流输入是带宽变的不够用了。
之前写激光器，一个是小信号带宽，一个是啁啾，俩都不好处理。
看下图，红色曲线电流大，带宽够，上升很快，而蓝色曲线的Tr上升时间很长，带宽不足的表现。这种呢，其实是不容易调整，或者需要DSP做很多的算法来纠正。都需要成本。
大多数的眼图，并不会是非常理想的，还经常看到“振铃”，通过测量寄生的振铃的间隔周期可以推算一个频率。
如何定位这个频率，则需要更多的功夫，电路设计不当会导致电阻电感共振，电容电阻共振，阻抗不匹配的回波共振，尾桩导致的电磁波共振，光学折射率突变导致的光频的电磁波共振，或者电和光的共振（CPR就是电学的载流子与光学共振，叫载流子光子共振），取消隔离器后的反射光与DFB的内部光栅谐振频率外的二次谐频共振等等等等
振铃的现象，有些可以滤除，有些可以缓解或优化，有些则无法控制，只能接受这种信号劣化或者是放弃这种方案。
