2. LPO链路预算的构成与计算框架

LPO（Linear Pluggable Optics，线性可插拔光模块）与传统光模块最大的区别在于：模块内部取消了 DSP/CDR 的重定时与均衡功能，主机 SerDes 的发送端和接收端直接与光器件的模拟前端对接。这一架构变化决定了 LPO 的链路预算不能只算“光功率够不够”，而必须把功率预算、噪声预算、线性度预算三条主线同时纳入，并明确发射机、信道、接收机三段的分配关系。

一、三段式预算分配的基本框架

LPO 链路可以抽象为“发射机（TX）→ 信道（Channel）→ 接收机（RX）”三段。发射机包含主机 SerDes TX、驱动、激光器/调制器；信道包含 PCB 走线、连接器、光纤/光缆；接收机包含光电探测器、TIA、主机 SerDes RX。每一段都同时贡献“有用信号”和“有害劣化”，因此预算分配必须成对考虑。

功率预算回答的是“信号幅度够不够”：从 SerDes 输出摆幅出发，扣除驱动损耗、调制器插损、光纤衰减、连接器损耗、探测器响应度不足带来的等效损耗，最终要保证到达 RX 判决点的信号幅度高于灵敏度。噪声预算回答的是“信噪比够不够”：把 TX 抖动、RIN、信道反射、RX 热噪声、TIA 噪声等折算到同一参考点，得到总噪声，再与信号幅度比较得到 SNR。线性度预算回答的是“波形失真是否可控”：LPO 没有 DSP 做非线性补偿，因此调制器线性度、TIA 线性范围、SerDes 均衡能力共同决定了在目标误码率下允许的最大失真。

二、功率预算与噪声预算的区分

很多初学者会把功率预算和噪声预算混为一谈，认为“功率够大就行”。在 LPO 中这两者必须分开计算，因为它们的参考点和约束条件不同。

功率预算以“平均光功率”或“OMA（光调制幅度）”为参考，关注的是信号幅度是否超过接收灵敏度。典型计算式为：

功率余量 = P_TX_avg − L_channel − S_RX
其中：
  P_TX_avg  = 发射平均光功率（dBm）
  L_channel = 信道总损耗（dB），含PCB、连接器、光纤
  S_RX      = 接收灵敏度（dBm，对应目标BER）

例如某 100G/Lane LPO 示例：P_TX_avg = 0 dBm，信道损耗 3 dB，灵敏度 −8 dBm，则功率余量为 5 dB。这个余量要覆盖温度漂移、老化、连接器重复插拔等劣化。

噪声预算以“信噪比”为参考，关注的是信号与噪声的比值。噪声来源包括：TX 的相对强度噪声（RIN）、信道反射引起的干涉噪声、RX 的热噪声和散粒噪声。计算时通常把各噪声折算到接收端电流域：

总噪声电流密度 i_n_total = sqrt(i_n_TX² + i_n_ch² + i_n_RX²)
SNR = (R · P_rx) / i_n_total
其中 R 为探测器响应度（A/W），P_rx 为接收光功率

功率预算决定“能不能收到”，噪声预算决定“收到后能不能判对”。两者必须同时满足，缺一不可。

三、线性度预算的引入

LPO 取消了 DSP，意味着没有数字域的非线性补偿。因此线性度预算成为 LPO 区别于传统模块的关键约束。线性度预算主要考察三个环节：

• 调制器线性度：激光器的 P-I 曲线或 MZM 的传输曲线并非理想线性，在偏置点附近存在非线性区。偏置点选择不当会引入二次/三次谐波失真。
• TIA 线性范围：TIA 在输入光功率过高时会进入饱和，输出波形被压缩。线性度预算要求接收光功率不超过 TIA 的线性上限。
• SerDes 均衡能力：主机 SerDes 的 CTLE/DFE 可以补偿部分线性失真，但补偿能力有限，超出后误码率迅速恶化。

线性度预算通常用“总谐波失真（THD）”或“SFDR（无杂散动态范围）”来量化。在 LPO 链路中，建议把线性度预算单独列一行，与功率、噪声并列，形成三行预算表。

四、典型 LPO 链路预算表的设计

下表给出一个 100G/Lane LPO 链路的预算表示例，参数为教学示例值，用于说明字段结构和计算逻辑，不代表任何实际产品实测结果。

设计这张表时，关键是把“参考点”统一。功率预算以 dBm 为参考，噪声预算以 pA/√Hz 为参考，线性度预算以 dBc 或 dB 为参考。三者不能直接相加，但可以分别判断是否满足门限。实际工程中，通常先算功率余量，再算噪声余量，最后检查线性度余量，三者都为正才算链路预算通过。