編著者：張昊 | 安立公司 高級工程師
最近有很多光模塊生產廠家詢問RINxOMA的測試方法，筆者翻閱了IEEE相關的資料并結合自己的見解整理成了這篇系統性介紹的文章。希望能讓剛入門的測試工程師少走彎路，也借此機會拋磚引玉，引起大家的探討。
1、RINxOMA測試環境搭建
目前所有IEEE 802.3規范中光模塊RINxOMA都是引用了52.9.6的測試方法。搭建方式如圖1所示。最左側的待測光模塊輸出光信號依次經過偏振控制器、光分路、光電轉換器、電放大器（可選）、低通濾波器后輸入功率計。
圖1：RINxOMA測試架構
偏振控制器用于將待測光模塊輸出的任意方向橢圓偏振光轉換為固定方向的線偏振光，市場上可以直接買到。光分路器和可調光反射器配合以將一定比例光信號原路反饋回待測光模塊。該比例即RINxOMA中間的 -x dB。可調光反射器是沒法在市場上找到的，我們使用可調光衰（Variable Attenuator）配合光纖回射器（Fiber Optic Retroreflector）可以達到一樣的效果。如下圖2為Thorlabs官網光纖回射器頁面的應用案例，恰好和RINxOMA測試場景一致。線偏振后光信號由Port1輸入光纖耦合器（Fiber Optical Coupler）。Port4連接可調光衰和光纖回射器以反射3-x dB的光信號回Port4口。這里多了3dB的原因是反饋回的光信號會被Port1和Port2均分。我們調節可調光衰，使在Port2測到的光功率為Port1輸入功率的-x dB即可。
圖2：光纖回射器應用實例
右側的光電轉換器、電放大器（可選）、低通濾波器和功率計如果單獨購買單價都很高，且難以保證其帶寬和底噪能夠滿足越來越苛刻的RINxOMA測試需求。目前光模塊廠家的主流做法是使用集成化的光口采樣示波器進行測試。在測試過程中，低通濾波器3dB帶寬建議和信號波特率保持一致。實際使用一般會設為0.75倍波特率，一方面受限于儀表帶寬上限，另一方面有利于減小高頻噪聲對儀表底噪的影響。
2、RINxOMA測試流程
2.1 802.3定義的RINxOMA測試流程
我們首先了解下IEEE 802.3 52.9.6中定義的RINxOMA測試流程，再基于安立的MP2110A光口采樣示波器進行實際測試流程的講解。
標準中將RINxOMA分為5個步驟，比較簡略：
1） 不接光模塊，對功率計進行校零；
2） 模塊上電發光，但是不加調制信號；
3） 調整偏振控制器使功率計讀取信號的噪聲最大記為PN；
4） 模塊輸入調制信號，該調制信號為方波碼型（Square WavePattern）。該方波碼型在52.9.1.2中定于為4到11個連續1和同樣多連續0組成的周期信號。此時功率計讀取的信號功率為PM；
5） 通過以下公式計算RINxOMA,其中BW為濾波器帶寬。
2.2 基于安立MP2110A的RINxOMA測試介紹
在使用MP2110A光口采樣示波器進行測試時，實際接線如下圖3所示。MP2110A包含了時鐘恢復（CRU）和示波器（Scope）兩部分。時鐘恢復用于從數據中提取時鐘信號后輸入示波器觸發（Trigger）進行采樣。
圖3：測試連接示意圖
1） 和上面的步驟1一樣在這個場景下進行MP2110A示波器的暗光校準，注意此時示波器光口和觸發輸入都要斷開。
2） 待測模塊上電但不加調制，調整偏振控制器，并用示波器測噪聲信號直到最大（示波器工作在無觸發模式并利用直方圖功能測量信號噪聲標準差）。之后再按照協議需求反饋部分光信號回待測模塊。
3） 之后通過誤碼儀或者待測模塊內部DSP對模塊進行方波調制。帶調制的光信號給到示波器的時鐘恢復模塊。MP2110A的時鐘恢復模塊會將70%光信號給到示波器模塊，剩余的30%經光電轉換變為電信號。這里有趣的一點是方波碼型本身就是一個分頻后的周期信號，可以直接用于示波器的觸發。在這個場景中，MP2110A的時鐘恢復模塊工作在穿透模式（Through），我們只使用了其光電轉換功能。
如下圖4顯示支持單路26.5625Gbaud PAM4光信號的待測模塊在輸出1111111100000000碼型時，對應基頻為1.660156GHz的方波信號。MP2110A的時鐘恢復模塊可以支持在0.1 GHz到1.81 GHz或3.19 GHz到3.625GHz場景下工作，覆蓋了所有速率下RINxOMA測試方波碼型的需求。
圖4：CRU設置界面
此時示波器觸發分頻（Divide Ratio）手動設置為16，見圖5所示，由時鐘恢復模塊輸入的觸發信號頻率乘以16正好是待測信號的實際波特率。MP2110A觸發支持0.1GHz~15GHz連續輸入，可以應對各種不同速率。
圖5：時鐘分頻設置
4） 示波器工作模式設為NRZ，Coherent Eye，PRBS7，用于連續抓取足量的信號進行分析，如圖6。
圖6：采樣條件設置
示波器光電轉換器（O/E）需將波長設為和待測模塊輸出波長盡量接近（客戶也可以手動校準特殊波長下的系數）。濾波器（Filter）設為信號波特率的3/4，26GbaudPAM4信號對應濾波器為19.34GHz。
圖7：O/E設置
5） 最后增加RINxOMA測試項目，如圖8， 然后點擊示波器autoscale使眼圖居中，點擊sampling采集眼圖數據并自動計算RINxOMA值。
圖8：RINxOMA測試項添加
示波器會自動依據以下公式計算RINxOMA結果。其中RNone和RNzero對應1電平和0電平的噪聲功率，光調制幅度（OMA）是1電平和0電平光功率差值，BW為濾波器帶寬。
3、RINxOMA對示波器底噪的要求
筆者將IEEE 802.3中不同光模塊對RINxOMA的需求整理到了如下表格中。通過對比可以發現單通道10/25Gbaud NRZ應用場景需要滿足低于-130dB/Hz的RINxOMA。而26/53GbaudPAM4的應用場景會隨光口速率和傳輸距離的增加而對RINxOMA有更高要求，最低達到了-136dB/Hz。
我們可以利用RINxOMA公式反推出準確測到 -136dB/Hz 對示波器底噪的要求。假設進入示波器光口信號光調制幅度是 0.5mW（-3dBm），速率53Gbaud 對應濾波器帶寬為39.84 GHz，代入公式可以得到Pn需要控制在低于15.8uW以下。MP2110A示波器單模光口底噪低至5.8uW rms，完全可以滿足規范的要求。
另外需要注意的一點是規范中對 26Gbaud多模PAM4 也對 RINxOMA有要求，之前的多模NRZ是沒這個要求的。用和前面一樣的方法，我們可以反推出 26Gbaud PAM4多模模塊在光調制幅度為0.5mW時，為了準確測到-132dB/Hz的RINxOMA需要將Pn控制在低于17.7uWrms。MP2110A示波器多模光口底噪低至7.0uW rms，不僅能滿足當前單路26Gbaud PAM4多模的RINxOMA測試需求，也支持未來單路53Gbaud PAM4多模RINxOMA測試升級。
參考文獻：
1、https://www.thorlabschina.cn/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=7274
2、https://www.anritsu.com/zh-CN/test-measurement/products/mp2110a
3、IEEE 802.3
