调制格式与信号处理

时钟恢复

Clock and Data Recovery · CDR
图解CDR

定义

从接收信号中提取时钟、并对数据做判决重定时的电路。

图解

速率越高,误码越依赖「事后补救」· 这条链路上每一步都在为噪声买单发端 FEC 编码加冗余比特Driver预加重 / 整形光通道损耗 · 色散 · 噪声TIA + 均衡CTLE · DFE收端 FEC 纠错纠回可用误码直观理解:速率翻倍,余量减半PAM4 把眼高压到 1/3,同样的噪声更容易判错;FEC 的作用是先用冗余比特把误码「记下来」,再在收端纠回来。代价是额外时延与功耗,而且 FEC 本身也要吃掉一部分带宽。所以「误码率」这个指标必须连着 FEC 门限一起说,单独引用裸误码率没有可比性。相关指标:TDECQ(发射机色散眼闭合代价)、消光比、RS-FEC 门限(常见约 2.4e-4 量级)。
FEC 与均衡链路 FEC 是高速光互连里「看不见但不可省」的一环:PAM4 把眼高压到三分之一后,裸误码率必然变差,系统靠发端加冗余、收端纠错把误码率拉回可用水平。代价是额外时延与功耗——这也解释了为什么 LPO 这类去掉 DSP 的方案必须靠更强的模拟器件来补。
光模块内部信号链(发射在上,接收在下)电接口 · 金手指DSP / CDR重定时 · 均衡Driver线性驱动TOSA激光器 + 调制器合波 / 耦合AWG · FAU光口双工 LC / MPO电接口 · 金手指DSP / CDR重定时 · 判决TIA跨阻放大ROSA探测器分波 / 耦合去复用LPO 做的事:把上面那个 DSP/CDR 方块直接拿掉,改用高线性度 Driver 与 TIA 撑住信号质量。实际模块内还有 MCU、温控(TEC)、电源管理等外围电路,此处仅画出信号主链路。
光模块内部信号链 光模块的信号主链路。发射方向电信号依次经过 DSP/CDR → Driver → TOSA → 合波耦合;接收方向反过来。任何一个环节的带宽、线性度或损耗都会吃掉链路余量,这也是为什么高速率下「器件都合格但模块不合格」很常见。

说明

时钟恢复(CDR)从接收到的数据流中提取出时钟信息,用它在最佳时刻对信号进行采样判决。没有准确的时钟,采样点会漂移,误码率迅速上升。

时钟恢复的难度随速率与调制格式提高:PAM4 的三个眼都需要正确的采样点,可用时间窗口更窄,因此对抖动的容忍度更低。抖动因此成为高速链路中与噪声同等重要的指标

在架构上,CDR 通常与重定时功能集成在 DSP 中;LPO 去掉 DSP 后,时钟恢复能力就转移到交换 ASIC 的 SerDes 侧,这也是 LPO 需要平台配合的原因之一。

关键数字

采样判决点CDR 的核心作用
抖动容忍度高速下的关键约束
去 DSP 后转移LPO 需要 SerDes 承担

关键要点

  • 是重定时模块(Retimer)的核心功能,决定接收端的抖动容限。
  • LPO 方案取消 DSP 后,时钟恢复能力下降,是链路裕量变薄的根因之一。
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