【假一罚四】高速数字接口与光电测试李凯

数字化正以不可逆转的趋势重构我们的生活。
当珠峰被缕金光照耀时，8848米的风景被数字化后经5G网络和二氧化硅的单模光纤传送到千里之外； 当开启一天工作进行新产品设计时，创意思想在DDR内存和CPU纳米级别的原子迷宫里曲折往返； 当宅家玩高清游戏时，虚拟世界通过PCIe总线在GPU的乘加阵列里做快速的矩阵旋转； 当开启GPS自驾旅行时，从卫星接收和计算的位置信息在数字化地图上被精确标注和指引。
随着互联网上数据流量的爆发和AI应用的落地，高性能服务器、大规模数据中心、5G基站、高速光网络等已经成为新基建的核心基础设施。为了应对计算和带宽的压力，数字接口和光互联技术正以每3~5年一代的速度快速升级迭代。
本书前一版本《高速数字接口原理与测试指南》成书于2014年，汇集了当时比较流行的一些高速数字接口技术和测试方法，也得到了读者的大力支持。但随着技术的快速迭代，原书有些关于主流接口的内容逐渐过时。而且随着电连接技术不断被推向极限，光互联技术也从阳春白雪开始走入千家万户，有必要对其做专门的剖析。因此这本《高速数字接口与光电测试》在保留原书架构的基础上做了大的更新和增删，其中约有一半和高速光电互联有关的章节为全新内容，希望能够帮助读者构架起高速数字总线、高速光电互联的基础概念，了解相关行业的前沿进展及测试技术。但因篇幅所限，很多技术内容没有充分展开，关注具体技术细节的读者可以进一步阅读相关的专业文献，本书就作为对当前高速数字连接技术发展的一个记录吧。
本书第1、2章先介绍了高速数字信号的上升时间、带宽、建立/保持时间、并行总线/串行总线、单端与差分信号、时钟分配、编码方式、传输线的影响、预加重和均衡、抖动和扩频时钟、链路均衡、PAM4调制等基本概念，随后详细解释了数字信号的波形、眼图、模板、抖动、相位噪声、传输线影响以及测试分析方法等。
第3～9章针对一些典型高速接口如USB3.0、USB4.0、PCIe4.0、PCIe5.0、DDR4/5、LPDDR4/5、HDMI1.4、HDMI2.1、DP2.0、千兆/10G以太网、SFP 、车载以太网、100G背板、GDDR/HBM、CCIX、CXL、NVLink、GenZ、InfiniBand等的标准发展、技术演变、测试方法等做了详细介绍。
第9~13章主要介绍了光纤原理、多模光纤、单模光纤、保偏光纤、光纤连接器种类、模场直径、光信号调制、TOSA/ROSA组件、VCSEL/FB/DFB光源、DML/EML/MZM调制技术、PIN/APD探测器、光模块封装类型、硅光技术、Copackage、光纤链路预算、FEC、I/Q调制等技术，并详细解读了光接口速率发展、并行单模、并行多模、粗波分复用、细波分复用、密集波分复用、多模波分复用、Mux/DeMux、单纤双向、偏振复用等基本概念，以及中心波长、平均光功率、消光比、光调制幅度、眼图模板、J2/J9、VECP、TDP、TDECQ、光压力眼、EVM等参数的概念和测试方法。
第14~20章介绍了数据中心的光互联技术、数据中心内部25G/100G/400G网络结构与发展、数据中心间的DCI网络、5G光承载网的关键光互联技术、100G/400G光模块类型与光电接口测试、800G光互联的挑战与关键技术、CEI28GVSR电接口测试、112G电口测试、224G光口测试，以及高速光电器件的发展、光无源器件测试、有源器件测试、硅光晶圆测试、相干通信技术发展与测试方法等。
本书在写作过程中，借鉴了一些Keysight公司的公开产品及方案资料，一些实际测试波形由笔者借助Keysight公司的测试设备完成，特此声明。
笔者2021年9月

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。