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高速数字接口与光电测试
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高速数字接口与光电测试

作者：李凯
出版社：清华大学出版社出版时间：2022-01-01
开本： 16开 页数： 425
本类榜单：计算机/网络销量榜
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高速数字接口与光电测试 版权信息

高速数字接口与光电测试 本书特色

全面覆盖通信、计算机、数据中心前沿高速数字和光电互联技术。 高速测试专家20年行业经验荟萃。 《高速数字接口原理与测试指南》的升级版。 深入浅出，阐述高速数字与光电通信概念 追本溯源，探究测试方法与测量原理精髓。 图文并茂，剖析行业热点与前沿应用技术。 娓娓道来，洞察光电互联与产业发展趋势。

高速数字接口与光电测试 内容简介

本书结合笔者多年从业经验，从产业技术发展的角度对高速数字信号与光电互联的基本概念、关键技术进行生动讲解，同时结合现代计算机、移动终端、AI计算、数据中心、电信网络中**的接口技术，对其标准演变、测试方法等做了详细介绍，以便于读者理解和掌握高速数字与光电互联的基本原理、实现技术、测试理念及其发展趋势。 本书可供从事服务器、交换机、移动终端、光模块、光通信设备、高速数字芯片、高速光电器件的研发和测试人员了解学习高速数字、光电互联的相关技术及测试方法，也可供高校电子信息类专业的师生做数字电路、信号完整性、光通信技术、光电器件方面的教学参考。

高速数字接口与光电测试 目录

第1章数字信号基础
什么是数字信号（Digital Signal）
数字信号的上升时间（Rising Time）
数字信号的带宽（Bandwidth）
数字信号的建立/保持时间（Setup/Hold Time）
并行总线与串行总线（Parallel and Serial Bus）
单端信号与差分信号（Singleend and Differential Signals）
数字信号的时钟分配（Clock Distribution）
串行总线的8b/10b编码（8b/10b Encoding）
伪随机码型（PRBS）
传输线的影响（Transmission Line Effects）
数字信号的预加重（Preemphasis）
数字信号的均衡（Equalization）
数字信号的抖动（Jitter）
扩频时钟（SSC）
链路均衡协商（Link Equalization Negotiation）
PAM信号（Pulse Amplitude Modulation）
第2章数字测试基础
数字信号的波形分析（Waveform Analysis）
数字信号的眼图分析（Eye Diagram Analysis）
眼图的参数测量（Eye Diagram Measurement）
眼图的模板测试（Mask Test）
数字信号的抖动分析（Jitter Analysis）
数字信号的抖动分解（Jitter Separation）
串行数据的时钟恢复（Clock Recovery）
抖动测量本底（Jitter Measurement Floor）
相位噪声测量（Phase Noise Measurement）
PAM-4信号测试（PAM-4 Signal Measurement）
特征阻抗（Characteristic Impedance）
TDR测试（Time Domain Reflectometer）
传输线的建模（Transmission Line Modelling）
第3章USB简介与物理层测试
USB总线简介
USB3.x发送端信号质量测试
USB3.x的测试码型和LFPS信号
Type-C接口与PD测试
USB3.x的接收端容限测试
USB4.0简介
USB4.0的发送端信号质量测试
USB4.0的接收容限测试
USB电缆/连接器测试
第4章PCIe 简介与物理层测试
PCIe背景概述
PCIe4.0的物理层技术
PCIe4.0的测试项目
PCIe4.0的测试夹具和测试码型
PCIe4.0的发射机质量测试
PCIe4.0的接收端容限测试
PCIe5.0物理层技术
PCIe5.0发送端信号质量及LinkEQ测试
PCIe5.0接收端容限测试
PCIe6.0技术展望
第5章DDR简介与信号和协议测试
DDR/LPDDR简介
DDR的信号仿真验证
DDR的读写信号分离
DDR的信号探测技术
DDR4/5与LPDDR4/5的信号质量测试
DDR5的接收端容限测试
DDR4/5的协议测试
第6章HDMI/DP简介与物理层测试
HDMI/DP显示接口简介
HDMI物理层简介
HDMI2.1物理层测试
DP物理层简介
DP2.0物理层测试
第7章Ethernet简介与物理层测试
以太网技术简介
10M/100M/1000M以太网测试项目
10M/100M/1000M以太网的测试
10GBaseT/MGBaseT/NBaseT的测试
10G SFP+接口简介及测试方法
车载以太网简介及物理层测试
第8章高速背板性能的验证
高速背板简介及测试需求
背板的频域参数和阻抗测试
背板传输眼图和误码率测试
插卡信号质量的测试
高速背板测试总结
第9章高性能AI芯片的接口发展及测试
AI计算芯片的特点
AI芯片高速接口的发展趋势
DDR/GDDR/HBM高速存储总线
PCIe/CCIX/CXL互联接口
NVLink/OpenCAPI互联接口
GenZ互联接口
以太网/InfiniBand网络接口
高性能 AI芯片的接口及电源测试
第10章光纤技术简介
光纤（Optical Fiber）简介
多模光纤（MultiMode Fiber）
单模光纤（SingleMode Fiber）
保偏光纤（PM Fiber）
光纤连接器（Fiber Connector）
光纤的模场直径(MFD)
第11章光通信关键技术
光模块简介（Optical Transceiver）
光信号的调制（Optical Modulation）
光发射和接收组件（TOSA/ROSA）
光通信光源（LED/VCSEL/FB/DFB）
光调制器（DML/EML/MZM）
光探测器（PN/PIN/APD）
光模块的封装类型（Formfactor）
硅光技术（Silicon Photonic）
板上光模块与光电合封（COBO/Copackage）
光纤链路的功率裕量（Loss Budget）
前向纠错（FEC）
I/Q调制（I/Q Modulation）
光接口速率的发展（Data Rate Increasing）
第12章光复用技术
并行多模(Parallel Multimode)
并行单模(Parallel Single Mode)
粗波分(CWDM)/细波分(LanWDM)复用
密集波分复用（DWDM）
多模波分复用(SWDM)
波长复用/解复用（Mux/DeMux）
单纤双向(BiDi)
偏振复用(PDM)
第13章光信号测试基础
中心波长（Center Wavelength）
平均光功率（Average Optical Power）
消光比（ER）
光调制幅度（OMA/OMAouter）
眼图模板（Eye Mask）和命中率（Hit Ratio）
J2/J9抖动（J2/J9 Jitter）
VECP（Vertical Eye Closure Penalty）
TDP（Transmitter Dispersion Penalty）
TDECQ（Transmitter Dispersion and Eye Closure Quaternary）
TDECQ的测量（TDECQ Measurement）
TDECQ测量算法（TDECQ Algorithm）
光压力眼（Optical Stress Eye）
光接收机压力测试（ORST）
矢量调制误差（Error Vector Magnitude）
第14章数据中心光互联技术
数据中心网络的结构
数据中心内部的网络连接
数据中心之间的互联
第15章100G光模块简介及测试
100G光模块简介
CEI28GVSR测试点及测试夹具
CEI28GVSR

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高速数字接口与光电测试 节选

第三章USB简介与物理层测试 USB总线简介 自1995年USB1.0的规范发布以来，USB（Universal Serial Bus）接口标准经过了20多年的持续发展和更新，已经成为PC和外设连接*广泛使用的接口。USB历经了多年的发展，从**代的USB1.0 低速（Low Speed）、USB1.1全速（Full Speed）标准，逐渐演进到第2代的USB2.0 高速（High Speed）标准和第3代的USB3.0超高速（Super Speed）标准。这些标准目前都已经得到广泛的应用。 后来，为了应对eSATA、ThunderBolt等标准对USB标准的威胁，USB协会又分别在2013年和2017年发布了USB3.1及USB3.2的标准。在USB3.1标准中新定义了10Gbps速率以及对TypeC接口的支持； 在USB3.2标准中，又基于TypeC接口提供了对X2模式的支持，可以通过收发方向各捆绑2条10Gbps的链路实现20Gbps的数据传输。而*新的USB4.0标准已经于2019年发布，可以通过捆绑2条20Gbps的链路实现40Gbps的接口速率。表3.1是USB各代总线的技术对比。 表3.1USB总线的发展 性能特点USB2.0USB3.0USB3.1USB3.2USB4.0 发布时间2000年2008年2013年2017年2019年 *高接口速率480Mbps5Gbps(Gen1)10Gbps速率 （Gen2）20Gbps (Gen2 x2)40Gbps (Gen3 x2) 连接器TypeA/B/CTypeA/B/CTypeA/B/CTypeCTypeC Retimer(中继器)无定义无定义无定义支持支持2级 编码方式无8b/10b128b/132b128b/132b128b/132b 典型电缆长度5m3m1m1m有源电缆1m,0.8m，有源电缆 发送端预加重无2阶预加重3阶预加重3阶预加重3阶（16种预设值） 接收端均衡方式无CTLE(2种强度)CTLE(7种强度) +DFECTLE(7种强度) +DFECTLE(10种强度) +DFE 从表3.1中可以看出，USB3.0、USB3.1、USB3.2、USB4.0每一代的数据速率都有非常大的提升。需要注意的是，在USB3.1规范推出后，之前USB3.0中定义的5Gbps速率被称为Gen1速率，新定义的10Gbps被称为Gen2速率。而在2019年发布的USB4.0规范中，新增的20Gbps速率被称为Gen3速率。 USB3.0和之后的标准都采用了双总线架构（图3.1），即在USB2.0的基础上增加了超高速总线部分。超高速总线的信号速率达到5Gbps、10Gbps甚至20Gbps，采用全双工方式工作。以PC上*普遍使用的TypeA连接器为例，为了支持更高速率的信号传输，就在原有USB2.0的4根线（Vbus、Gnd、D+、D-）基础上新增加了5根信号线，包括2对差分线和1根屏蔽地线（如果是TypeC连接器则增加更多）。原来的4根线完全兼容原来的USB2.0设备； 新增的这两对差分线采用全双工作模式，一对线负责发送，另一对线负责接收，发送和接收都可实现5Gbps或以上速率的数据传输。 图3.1典型USB3.x的总线架构 由于数据速率提升，能够支持的电缆长度也会缩短。比如USB2.0电缆长度能够达到5m，USB3.0接口支持的电缆长度在5Gbps速率下可以达到3m，USB3.1在10Gbps速率下如果不采用特殊的有源电缆技术只能达到1m。USB4.0标准中通过提升芯片性能，在10Gbps速率下可以支持2m的电缆传输，而在20Gbps速率下也仅能支持0.8m的无源电缆。 随着新的更高速率接口的产生，原有的USB连接器技术也在不断改进。图3.2是一些类型的USB2.0和USB3.0连接器类型。其中，TypeC是随着USB3.x标准推出的新型高性能连接器，也可以向下兼容提供USB2.0的连接。 图3.2USB3.x的电缆和连接器（参考资料： 网络图片） 对于不同类型连接器的主机、设备、电缆来说，其传输通道损耗的要求也不一样。图3.3是USB3.1标准中各种速率和接口类型组合对于链路损耗的要求（损耗值对应的是Nyquist频点，即信号数据速率的1/2频率处），在具体电路设计和测试中可以参考。 图3.3不同速率和接口的USB链路损耗预算（资料来源： www.usb.org） 每一代USB新的标准推出，都考虑到了对前一代的兼容能力，但是一些新的特性可能只能在新的技术下支持。比如USB3.2的X2模式、USB4.0的20Gbps速率、更强的供电能力及对多协议的支持等，都只能在新型的TypeC连接器上实现。 由于USB总线的信号速率已经很高，且链路损耗和链路组合的情况非常复杂，所以给设计和测试验证工作带来了挑战，对于测试仪器的功能和性能要求也与传统的USB2.0差别很大。下面将详细介绍其相关的电气性能测试方法。由于涉及的标准众多，为了避免混淆，我们将把USB3.0、USB3.1、USB3.2标准统称为USB3.x，并与USB4.0标准分开介绍。 USB3.x发送端信号质量测试 在进行USB3.x发送端信号质量测试时，会要求测试对象发出特定的测试码型，用实时示波器对该码型进行眼图分析，并测量信号的幅度、抖动、平均数据率及上升下降时间等。虽然看起来好像比较简单，但实际上USB3.x针对超高速部分的信号测试与传统USB2.0的测试方法有较大的不同，包括很多算法的处理和注意事项。 首先，由于USB3.x信号速率很高，且信号的幅度更小，因此测试中需要更高带宽的示波器。对于

高速数字接口与光电测试 作者简介

李凯，资深技术顾问与高速测试技术专家，毕业于北京理工大学光电工程系，硕士学位。在通信及电子测量行业有20多年从业经验，现任是德公司技术支持经理、高速光通信及AI测试技术负责人。中国电子学会高级会员、ODCC开放数据中心协会专家、IMT-2020 5G承载标准协会成员，参与《400G光模块技术白皮书》《AI服务器技术白皮书》《5G承载光模块白皮书》等多个行业标准的编写和讨论。著有《高速数字接口原理与测试指南》《现代示波器高级应用》。在《国外电子测量技术》《中国集成电路》《通信世界》等专业杂志发表几十篇关于高速信号测量原理、测量方法的文章，并在IEEE、EDI-CON、人工智能与半导体国际论坛、光纤在线、讯石光通信、硅光论坛等行业会议上进行过上百次专业演讲。

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