【儀測高下】224Gbps高速線纜測試方案

01.

高速傳輸速率發展歷程

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標準演進

IEEE 802.3系列標準作為以太網技術的基礎，近年來不斷推動著數據傳輸速率的提升。從2010年代的100Gbps（802.3bj）和200Gbps（802.3cd），到2020年代的400Gbps（802.3ck）乃至當今的1.6Tbps（802.3dj），以太網技術經歷了飛速的發展，目前IEEE 802.3dj單通道支持的最大速率超過200Gbps。與此同時，調制技術也從傳統的NRZ（非歸零碼）向PAM4（四電平脈沖幅度調制）轉變，這一轉變使頻譜效率提升了一倍，為未來實現更高的速率傳輸提供了可能。

OIF（Optical Internetworking Forum）的CEI框架同樣在推動著高速互連技術的發展。從CEI-56G到CEI-112G，再到CEI-224G，這些標準不僅支持了單通道224Gbps的速率，還面向芯片至光引擎（D2OE）、背板及銅纜互連等多種應用場景，為高速互連技術的發展提供了有力的支撐。

InfiniBand（無限帶寬，縮寫為IB）是另一個用于高性能計算的電腦網絡通信標準，它具有極高的吞吐量和極低的延遲，用于電腦與電腦之間的數據互連，也用作高速存儲系統之間的互連。最新推出的Infiniband XDR互連產品的單通道速率高達200Gbps，同樣也采用PAM4編碼調制技術。

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技術驅動因素

AI與5G/6G技術的快速發展，對數據傳輸速率提出了更高的要求。AI大模型的訓練與推理、5G基站回傳等場景，都需要高速、穩定的數據傳輸支持。此外，隨著數據中心規模的擴大，對800G/1.6T以太網的支持也成為必然。同時，高密度SerDes設計在追求更高傳輸速率的同時，也需要兼顧功耗效率，以實現綠色、節能的數據中心運營。

02.

224Gbps技術背景與應用場景

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技術背景

由于PAM4調制技術的引入，高速信道在112 GBd波特率下實現了224Gbps的傳輸速率。然而，這一轉變也對傳輸信號的信噪比（SNR）提出了更高的要求。相較于NRZ調制，PAM4的SNR需求提升了9.5 dB。為了提升糾錯能力，低密度奇偶校驗碼（LDPC）與級聯編碼（如RS+Hamming編碼）等技術被廣泛應用。

在材料與工藝方面，高頻低損耗PCB基材（如Dk≤3.5，Df≤0.003）的推出以及高頻連接器（如1.85 mm同軸接口）的廣泛應用，為224Gbps傳輸速率的實現提供了有力的保障。

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典型應用場景

224Gbps高速互連的應用場景非常廣泛，包括但不限于芯片至光引擎（D2OE）封裝基板走線、背板互連高速PCB和高速無源銅纜、機架內互連高速有源銅纜（AEC）以及數據中心光模塊（如OSFP可插拔模塊）。在這些場景中，對傳輸介質的性能、傳輸距離以及關鍵要求都有著嚴格的規定，以確保數據傳輸的穩定性和可靠性。

03.

224Gbps高速線纜測試關鍵指標

高速線纜的測試指標主要由常規指標和部分后處理指標組成。常規指標分為頻域指標和時域指標，其結果可由VNA直接測量得到。后處理指標，通過對VNA測量數據進行算法處理后得到。

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頻域指標

頻域指標是衡量高速線纜性能的重要參數。差分插入損耗（如Sdd21）反映了信號在傳輸過程中的衰減情況，是評估通道性能的關鍵指標。差分回波損耗（如Sdd11）則表征了線纜的阻抗匹配程度，降低Sdd11對于減少反射干擾具有重要意義。模式轉換（如Scd21）反映了差分信號轉為共模噪聲的能力，近/遠端串擾（NEXT/FEXT）分別反映了近端Tx信號(或遠端Tx信號)對此條Lane接收端(Rx位置)的耦合噪聲情況。224Gbps高速線纜的典型頻域指標如下所示。

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時域指標

時域指標同樣對高速線纜的性能評估至關重要。時域阻抗分布，反映了高速線纜的阻抗隨長度分布的均勻性。時延差（Skew）反映了差分對內或差分對間傳輸延遲的差異，對于保持信號同步具有重要意義。224Gbps高速線纜的典型時域指標如下所示。

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后處理測試指標

高速線纜的測試指標還有一些后處理測試指標。以IEEE802.3dj為例，其后處理指標包括信道工作裕量、有效回波損耗和插入損耗偏差等。

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信道工作裕量（COM） ： COM是品質因數，基本上是插入損耗和隔離度之間的差值，可粗略地描述為信噪比。它綜合了插入損耗、串擾與均衡能力的信噪比指標，是評估通道性能的綜合指標。在分析每條Lane的信道裕量時，需要用到對應該條Lane所有的NEXT/FEXT測試數據。

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有效回波損耗（ERL） ： ERL 則將回波損耗與均衡效果以及發射器噪聲和接收器頻率響應結合到類似信噪比的品質因數中。它結合了均衡與噪聲影響的反射抑制能力，對于提升信號質量具有重要意義。ERL是時域計算的結果，通過PTDR 時域響應計算而來。

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插入損耗偏差(ILD) :：插入損耗偏差 ILD(f) 是插入損耗測量值IL(f) 與插入損耗擬合值IL fitted (f)之間的差值, IL fitted (f)是通過多項式線性預測的結果。

除了上述指標，CEI-224G和Infiniband XDR 200Gbps高速線纜各自還有一些特有的后處理測試指標。CEI-224G還有FOM ILD (又叫ILD RMS )和ICN(綜合串擾噪聲)等指標，Infiniband XDR還有ILD RMS （有效插損偏差）、ICN(綜合串擾噪聲) 和ICMCN（綜合共模轉換噪聲）等指標。FOM ILD (ILD RMS )是對ILD(f)數學加權后的運算結果，ICMCN是對S cd21 數學加權后的運算結果，ICN則是由MDNEXT和MDFEXT運算而成。若需了解更深入的含義解釋，請見各自的產品規范，在此不再贅述。

04.

夾具去嵌的應用和典型去嵌方法

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夾具去嵌的必要性

網絡分析儀在測試高速線纜時，經常需要對夾具進行去嵌。通過去嵌可消除夾具對DUT測試結果的影響，從而獲得更加準確的測試結果。對于IEEE 802.3dj、CEI-224G和Infiniband XDR高速線纜的測試，當前產品標準不強制要求對夾具進行去嵌，線纜測試結果通常會包含夾具的影響。但終端用戶有時會要求線纜制造商對夾具進行去嵌后再進行測試，因此有必要介紹一些與去嵌相關的知識。

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典型去嵌方法

VNA常見的去嵌方法包括基本去嵌方法、高級時域去嵌方法。

基本去嵌方法是網絡分析儀的基本功能，包括Auto length and Loss、Time Gate、Direct Compensation等。這類方法只適合于低頻應用，不適合于高速線纜的夾具去嵌。

適合于高速線纜去嵌的是高級去嵌方法，這類方法本質上是時域算法軟件。R&S VNA提供了三種高級去嵌選件：R&S ISD、R&S SFD、R&S EZD。使用這些高級去嵌方法，用戶可對夾具的影響進行精確去除。

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測試夾具設計

測試夾具的設計對于確保去嵌精度同樣至關重要。IEEE P370標準規范了夾具設計、去嵌方法與S參數驗證流程，以確保去嵌測試結果的準確性和可靠性。

05.

R&S公司測試方案

針對IEEE 802.3dj、CEI-224Gbps和Infiniband XDR高速線纜的測試，R&S公司可提供全套軟硬件測試解決方案。該方案可實現對CR4(4 lanes)/CR8（8 lanes）高速線纜的自動化測試。

方案

硬件部分：

由矢量網絡分析儀（R&S ZNA67）、矩陣開關系統（R&S OSP320 + OSP-B121VL + OSP-B122VL）和自動校準單元（R&S ZN-Z156）等組成。這些硬件共同構成了高精度、多端口的測試平臺。該系統支持從10MHz到67 GHz的寬頻帶測量，性能指標完全滿足224Gbps高速線纜的測試需求。

針對224Gbps高速線纜的測試，R&S提供兩種OSP開關方案：24端口方案和48端口方案。其中24端口方案用作CR4線纜的測試，而48端口方案用作CR8線纜的測試。以CR8線纜測試為例，R&S測試方案由2臺OSP320矩陣開關（內含2x OSP-B121VL+8x OSP-B122VL開關模塊）以及1臺R&S ZNA67高端矢量網絡分析儀組成。

方案

軟件部分：

R&S?ZNrun 矢網自動化測試平臺軟件支持IEEE 802.3dj、OIF CEI-224G等標準，可一鍵生成COM、ERL等關鍵指標報告。同時，該軟件內部還可集成MATLAB腳本，便于對其進行二次開發，從而對測試數據的處理和分析更加高效、便捷。

R&S?ZNrun軟件套件采用了包含多個客戶端的服務器架構。測試開發人員可以使用R&S?ZNrun Workbench工具配置和控制測試裝置。R&S?ZNrun為測量客戶端提供控制面板，便于測試操作員一鍵開始測量并驗證結果。R&S?ZNrun提供全自動一致性測試解決方案，能夠準確、快速地對高速線纜組件等執行自動化測試。

R&S?ZNrun以其高度集成化、多客戶端控制與同步測量、全自動一致性測試解決方案以及靈活定制與擴展性等技術特點，為用戶提供了高效、準確、便捷的測試解決方案。

總 結

224Gbps高速互連系統是支撐下一代數據中心與通信網絡的核心技術之一。基于R&S高精度矢量網絡分析儀和高性能多端口開關矩陣的R&S ZNrun自動化軟件平臺，可以全面評估各類高速互連線纜的插入損耗、串擾、時延差等關鍵指標。該軟件平臺還內置了后處理算法，可以輕松實現COM、ERL和ICN等指標的計算。

未來，隨著數據傳輸速率的不斷提升與光電融合技術的發展，高速線纜測試技術將不斷向更高帶寬、更高集成度和智能化方向演進。隨著PAM6/PAM8等調制技術的引入，傳輸速率將進一步提升至448Gbps乃至更高。