DDM の精度と限界
DDM の数値は、dBm 小数点以下2桁、ボルト小数点以下2桁と、一見精密に見えます。しかし、その裏にある仕様が保証する精度ははるかに低いものです。各モニターが物理的に何を測定しているか、どこまでの精度が求められているか、そしてどこで機能しなくなるかを知っておけば、ノイズの範囲内でしかない「1 dB の低下」を追いかけたり、安価なモジュールが単に作り出した「正常」な読み値を信じてしまったりすることを避けられます。
仕様が保証すること
| モニター | 必要精度(SFF-8472/SFF-8636、内部校正時) | 分解能(LSB) | 対象範囲 |
|---|---|---|---|
| 温度 | ±3 °C | 1/256 °C | モジュールの動作範囲 |
| 供給電圧 | 公称値の ±3 % | 100 µV | 0 … 6.55 V |
| Tx バイアス | ±10 % | 2 µA | 0 … 131 mA |
| Tx パワー | ±3 dB | 0.1 µW | ベンダー規定の範囲(通常 −8 … +4 dBm) |
| Rx パワー | ±3 dB | 0.1 µW | ベンダー規定の範囲(通常 −20 … 0 dBm、APD では −30 … −7 dBm) |
多くのベンダーはこれより良い精度を実現しており、±1.5–2 dB が一般的です。ただし、それが分かるのはデータシートに記載されている場合だけです。±3 dB という規定は、同じ光ファイバー上の2つのモジュールが、相手側の Tx から実際の損失を引いた値に対して、正当に 6 dB もの差がある Rx 値を報告しうることを意味します。CMIS モジュールも同じモニターの形式を引き継いでいますが、そのアドバタイズページにはより厳しい数値が記載されている場合があります。
実際に測定されるもの
| 報告される値 | 物理的な実体 | 結果 |
|---|---|---|
| Tx パワー | レーザー出力の一部(背面端面またはタップ)を捉える監視用フォトダイオードの電流 | 工場でスケーリングされた推定値。温度や結合状態によって変動する。一部のモジュールでは定数に置き換えられている(DDM の値を参照) |
| Rx パワー | 受信フォトダイオードの平均フォトカレント(TIA の前段または後段) | 真の平均パワー。NRZ ではデータ内容に依存しないが、応答度は波長に依存するため、1310 nm で校正された受信器は 1550 nm の信号を約 1 dB 誤読する |
| Tx バイアス | ドライバーが設定する電流 | 通常は正確。EML モジュールではレーザー部のみで、変調器は含まれない |
| 温度 | モジュールの PCB 上またはコントローラー内のセンサー | 筐体温度より数 °C 高い値になる。レーザー温度ではない(レーザー温度はオプションの監視項目) |
| Vcc | モジュール内部で測定される電源電圧 | コネクターとフィルターの影響で、ホスト側のレールよりわずかに低くなる |
平均パワーと OMA
仕様書は受信感度をOMA(光変調振幅)で表しますが、DDM が報告するのは平均パワーです。標準的な消光比を持つ NRZ 信号では、この2つは約 2–3 dB 異なります(平均パワーは OMA + 3 dB より低くなりますが、正確な差は消光比に依存します)。PAM4 ではさらに事情が悪化し、平均パワーはアイの状態をほとんど示しません。そのため、平均パワーでは「範囲内」に見えても、受信感度の基準を満たせないモジュールがあり得ます。SFF-8472 のバイト 92 のビット3が、モジュールがどちらの数値を報告しているかを示します(校正を参照)。
下限と上限
- Rx の下限。 PIN で約 −30 dBm、APD で約 −35 dBm を下回ると、フォトカレントはノイズに埋もれます。生値は 0 になり、−40 dBm(0.1 µW/1 mW の 10·log10)として表示されます。−40 という読み値は「測定可能な光がない」ことを意味し、「−40 dBm の光がある」ことではありません。
- Rx の上限。 モニターの測定範囲を超えると値は飽和します。受信器自体の過入力(エラー)は、モニターの飽和より前に始まることも後に始まることもあります。
- Tx。 レーザーが点灯しているときのみ意味を持ちます。TX_DISABLE が有効な状態では下限まで低下するはずです。Tx が無効化されているのに公称値のままなら、それは定数です。
タイミング
- モジュールは内部で監視項目を1秒間に数回更新し、ホストは数秒ごとにポーリングし、NMS は数分ごとに行います。200 ms 程度の短いフラップのような一過性のイベントは、DDM に一度も現れないことがあります。
- 挿入直後はデータ未準備ビットが立っています(SFF-8472 A2h 110.0、SFF-8636 バイト 2.0)。このときに読み取った値は無意味です。
- フラグはラッチされます。表示されているアラームは、数分前に発生し、すでに解消したイベントによるものである場合があります(しきい値とアラームを参照)。
DDM が存在しない、または誤解を招く場合
| モジュール種別 | 得られる情報 | 備考 |
|---|---|---|
| パッシブ DAC | 何も得られない(A2h デバイスがない) | 識別情報のみ |
| 1000BASE-T/10GBASE-T SFP | 温度のみ、またはまったくない場合が多い。Tx/Rx フィールドはゼロまたは定数 | 銅線 PHY には測定対象の光学部品がない |
| AOC | 両端でフルの DDM | レベルはケーブル内部のもの。AOC 内部で Rx が低い場合は、コネクターの汚れではなくケーブル自体の故障を意味する |
| PON OLT モジュール | Rx はすべての ONU にわたるバーストモード平均値 | ONU ごとのパワーは DDM ではなく OLT のレンジングから得られる(PON の問題を参照) |
| PON ONU スティック | Rx は正しい値。Tx はバースト送信中のみ意味を持つ | アイドル時は Tx が低い値またはゼロを示すことがある |
| 波長可変 DWDM | Tx/Rx は問題なし。レーザー温度、TEC 電流、波長/周波数の監視項目が追加される | 波長可変マップ |
| 外部校正モジュール | 定数を適用するまでは生値のまま | ホストやツールがバイト 92 を無視すると、非現実的な数値になる(校正を参照) |
| 低価格帯または複製モジュール | Tx、場合によってはバイアスも定数。Rx は通常は実測値 | Tx disable との比較やロット間の比較で確認する |
| メディアコンバーター/PHY 経由の DDM | 値を合成しているだけの機器もある | ベンチでモジュール自身が報告する値のみを信頼する |
実践的なルール
- 1 dB 未満の差はノイズとして扱い、ベースラインから 2–3 dB 変化した場合に対応してください(監視を参照)。
- 単独の数値ではなく、リンク全体で両端の RxとTx 対 Rxを比較してください。
- 疑わしい Tx は、一度は外部パワーメーターで検証してください。モジュールが偽りの値を返す場合は、code database に記録し、遠端の Rx を頼りにしてください。
- 光ファイバー設備の認証に DDM を使わないでください。それは OTDR や光源を使う作業です。DDM は組み込みの健全性指標であり、試験機器ではありません。
- 数値が非現実的な場合(0 °C、+10 dBm、0.00 V など)は、物理的な異常ではなく校正を疑ってください。
比較対象となる想定範囲については、標準的な値を参照してください。