调制格式与信号处理

线性度

Linearity
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定义

器件输出对输入保持线性关系的程度,是 LPO/LRO 方案的核心指标。

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同样的波特率,PAM4 塞进两倍比特,代价是眼高只剩三分之一NRZ · 2 电平 · 1 bit/符号10眼高判决门限 1 个,噪声余量大PAM4 · 4 电平 · 2 bit/符号3210眼高仅约 1/3判决门限 3 个,必须靠 FEC 与均衡补回来这就是「速率翻倍但误码率变差」的根源:眼图一开三份,同样的噪声就更容易判错。
NRZ 与 PAM4 眼图对比 NRZ 每个符号只区分「有光/无光」,PAM4 要区分四个电平。波特率相同时 PAM4 比特率翻倍,但三个眼图的眼高只剩 NRZ 的三分之一,对噪声、线性度、时钟抖动的要求同步提高——这就是 FEC 和均衡在高速率下成为必备件的原因。
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

线性度指器件(调制器、驱动器、TIA、探测器)的输出与输入之间保持比例关系的程度。对 PAM4 这样的多电平信号来说,线性度直接决定了眼图的均匀性——如果电平间隔不均匀,最小的那个眼会最先闭合。

线性度的要求随「去 DSP」而提高:DSP 可以通过数字手段部分补偿非线性,一旦去掉它(LPO/LRO),非线性就只能靠模拟器件本身控制。这解释了为什么线性驱动芯片与线性 TIA 会成为 LPO 路线上的关键器件。

在光链路中,非线性来源很多:调制器的电光响应、驱动器的增益压缩、探测器的饱和、光纤的非线性效应。因此线性度是一个全链路指标,而不是单个器件的指标

关键数字

电平间隔均匀性线性度的直接体现
去 DSP 后要求提高LPO/LRO 的核心难点
全链路指标多个环节共同决定

关键要点

  • 线性度好,接收端才能用简单的均衡替代完整 DSP。
  • 对驱动芯片与跨阻放大器的线性度要求,直接决定 LPO 能否稳定互通。
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