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PAM4 (4 Pulse Amplitude Modulation) 信號作為下一代數(shù)據(jù)中心中高速信號互聯(lián)的熱門信號傳輸技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于200G/400G接口的電信號或光信號傳輸。
隨著我們社會對數(shù)據(jù)的渴望不斷增長 - 不僅數(shù)據(jù)越多，而且數(shù)據(jù)傳輸速度越快 - 基于NRZ類型編碼的舊調(diào)制方案越來越不充分。我們需要盡可能有效地從A點到B點獲取數(shù)據(jù)，無論是PC板上的芯片還是長途光纖的一端到另一端。在許多方面受到青睞的調(diào)制方案是PAM4。
PAM4信號其采用4個不同的信號電平來進(jìn)行信號傳輸，每個符號周期可以表示2個bit的邏輯信息（0、1、2、3）。下圖是典型的NRZ信號的波形、眼圖與PAM4信號的對比。
由于PAM4信號每個符號周期可以傳輸2bit的信息，因此要實現(xiàn)同樣的信號傳輸能力，PAM4信號的符號速率只需要達(dá)到NRZ信號的一半即可，因此傳輸通道對其造成的損耗大大減小。隨著未來技術(shù)的發(fā)展，也不排除采用更多電平的PAM8甚至PAM16信號進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄浴?/p>
PAM4信號為4電平脈沖幅度調(diào)制，可以顯示比傳統(tǒng)數(shù)字信號更多的bit邏輯信息，但其實另一方面在PAM4信號設(shè)計測試過程中遇到的挑戰(zhàn)則尤為嚴(yán)峻：
· 比如PAM4信號對噪聲更敏感，同樣的系統(tǒng)噪聲，PAM4信號約有9.5dB的信噪比；
· 比如在PAM4信號有16種切換狀態(tài)，因此會導(dǎo)致上、下眼圖在垂直方向上的不對稱，進(jìn)一步導(dǎo)致在交叉點處和眼高的中間處測得的眼寬并不一樣，眼圖的非線性問題也較易發(fā)生。
· 比如PAM4信號的雖然降低了信號的符號率，但10dB以上的通道損耗還是會使得接收端信號眼圖完全閉合，因此，對于PAM4信號，發(fā)送端的預(yù)加重和接收端的信號均衡很重要。
· 比如…………
在NRZ場景中，我們采用二進(jìn)制模式，比如0011010，并將其編碼為一系列固定電壓電平，較低電壓為零，較高電壓為1(參見圖中的數(shù)據(jù)流M) 1的)。我們假設(shè)給定比特率為28 Gb/s。
圖1
PAM4加倍串行數(shù)據(jù)傳輸中的位數(shù)通過增加脈沖幅度調(diào)制的電平數(shù)來實現(xiàn)，但是以噪聲敏感性為代價。
如果我們將NRZ信號視為眼睛如圖所示，它將具有比特周期T和幅度A.該信號所需的帶寬與比特周期(1/T)有關(guān)。比特率越快，比特周期越短，帶寬越高。
還有一個信噪比(SNR)比要求，它與振幅有關(guān)。眼圖變得越垂直越小，維持SNR就越難以解釋鏈路接收端的信號。從根本上說，我們要做的是將數(shù)量增加一倍。我們從A點發(fā)送到B點的比特。實現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是添加第二個通道或通道。在這個通道中，我們可能希望發(fā)送一個不同的位模式，比如0101100(參見圖1中的數(shù)據(jù)流L)。但這種方法有一個缺點，那就是我們現(xiàn)在需要兩個發(fā)射器，兩個接收器和兩個通道。我們可能沒有額外的房地產(chǎn)或功耗，所以我們尋找另一種解決方案。
我們還可以做些什么來加倍比特率?一種方法是序列化兩個比特流。我們創(chuàng)建了一個56-Gb/s通道，而不是兩個28-Gb/s通道。結(jié)果，在我們以28 Gb/s傳輸一位的同一時段，我們現(xiàn)在有兩位以56 Gb/s傳輸。這看起來像圖1中的比特流ML。
信號ML的眼圖顯示振幅仍然與信號M和L的振幅相同，但現(xiàn)在是時期T/2。如果我們顛倒這個數(shù)字，我們得到帶寬，2/T.我們保留了與A相關(guān)的SNR要求，但信號所需的帶寬增加了一倍。因此，它分別是SNR和帶寬的好消息和壞消息。
我們需要一種方法來將通道中的比特率加倍，而不會使所需帶寬加倍，這就是PAM4進(jìn)入圖像的地方。 PAM4取L(最低有效位)信號，將其除以一半，并將其加到M(最高有效位)信號。結(jié)果是四個信號電平而不是兩個，每個信號電平對應(yīng)一個兩位符號。
PAM4信號在圖1中看起來像跡線M + L/2。最低級別為00，然后分別為01,10和11。 PAM4表示脈沖幅度調(diào)制，“4”表示四級脈沖調(diào)制PAM4信號的眼圖是不尋常的，有三個眼圖開口和四個垂直堆疊的電平，如圖所示。比特周期(或符號周期)是T.但是，這三只眼睛中的每一只眼睛的開口是A/3。對于帶寬要求，我們回滾到1/T.因此，該信號移動56 Gb/s，使用與移動28 Gb/s的ML信號相同的帶寬量。但是隨著與A/3相關(guān)的SNR，我們發(fā)現(xiàn)我們的M + L/2信號是三倍m。
實際上，我們已經(jīng)將SNR換算為帶寬。許多串行鏈路受帶寬限制，因為在任何長度的銅線上移動都難以超過28 Gb/s。但是當(dāng)你有一些SNR空間時，考慮使用PAM4調(diào)制方案可能會有所收獲。
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