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PAM4-codierte Signale analysieren

Neue Herausforderungen

3. Mai 2016, 16:31 Uhr | Von David Maliniak

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

PAM4-Test-Setups für verschiedene Anwendungen

Wo und wie kann diese PAM4-Codierung nun angewendet werden? Die einfachste Anwendung (oberes Beispiel in Bild 2) ist der Versand eines elektrisch modulierten PAM4-Signals von einem Chip zu einem anderen. Dies ist eine typische Inter-PC-Board-Verbindung.

Ein anderer Anwendungsfall für PAM4 ist der Versand eines elektrischen Signals von einem Chip zu einem optischen Modulator (Bild 2 Mitte, linker Teil). Der optische Modulator überträgt mit Hilfe eines Lasers das elektrische Signal in optische Intensitäts- oder Helligkeitsstufen. Das elektrische PAM4-Signal wird somit in ein optisches PAM4-Signal umgewandelt. Umwandlung von elektrischen PAM4- in optische PAM4-Signale durch einen linearen optischen Modulator findet man häufig in Daten-Centern, wo große Datenmengen zwischen Servern oder Gebäuden übertragen werden. Unternehmen wie Cisco, Google und Facebook sind hier die typischen Anwender für PAM4-Applikationen. Eine dritte Anwendung verwendet zwei elektrische PAM4-Signale (Bild 2, unten links). Anstatt die elektrischen Signale in einen linearen optischen Modulator zu leiten, um sie in optische Helligkeitsstufen umzuwandeln, werden sie in einen kohärenten optischen Modulator geleitet, der die beiden Signale in ein moduliertes optisches Signal mit entsprechender Amplitude und Phase umsetzt. Links unten im Bild sehen wir zwei elektrische PAM4-Signale als Ein- Fortsetzung auf S. 18 gänge für den kohärenten optischen Modulator. Zwei Signale mit jeweils vier möglichen Werten ergeben dann kombiniert 16 mögliche Werte und damit ein sogenanntes kohärentes 16-QAM-Signal. Anwendungen hierfür finden sich in den neuesten Generationen von optischen Langstrecken-Übertragungen, wie sie zum Beispiel in den Unterwasser-Glasfaserleitungen zwischen Kontinenten eingesetzt werden.

Test-Konfigurationen

Was sind also die Konfigurationen für die Untersuchung der drei genannten Anwendungen? Für die erste Anwendung mit einem elektrischen PAM4-Signal, das zwischen zwei Chips versandt wird, benötigt man zum Testen ein einzelnes Oszilloskop (in Bild 2 mit 1 markiert). Typischerweise werden die Chips dafür auf eine Test-Platine mit High-Speed-Koaxial-Verbindungen montiert. So kann das Ausgangssignal des sendenden Chips anstatt in den Empfänger-Chip direkt in das Oszilloskop geleitet werden. Die gleiche Konfiguration kann für die beiden elektrischen Signale verwendet werden, die normalerweise in den kohärenten optischen Modulator geleitet werden.

Für die zweite Anwendung wird ein Oszilloskop mit einem optisch/elektrischen O/E-Konverter (wie zum Beispiel der Teledyne LeCroy OE695G) verwendet, der die optischen Helligkeits- in elektrische Spannungsstufen umwandelt, im Wesentlichen also eine Umkehrung des linearen optischen Modulators. Dieser Testaufbau ist für diejenigen Anwender interessant, die die Ausgangsseite eines linearen optischen Modulators untersuchen möchten (im Bild 2 mit 2 markiert).

Um schließlich den Ausgang des kohärenten optischen Modulators der 16-QAM-Anwendung für die Langstrecken-Übertragung von Signalen zu untersuchen, benötigt man ein Oszilloskop zusammen mit einem kohärenten optischen Empfänger (ein Beispiel hierfür ist der Teledyne LeCroy Optical Modulation Analyzer). Dieser dient dazu, das in Amplitude und Phase modulierte optische Signal für das Oszilloskop wieder in zwei modulierte elektrische Signale umzuwandeln.