intel出品：高速PAM4信令基礎(chǔ)

由于PAM4信號(hào)每個(gè)符號(hào)周期可以傳輸2bit的信息，因此要實(shí)現(xiàn)同樣的信號(hào)傳輸能力，PAM4信號(hào)的符號(hào)速率只需要達(dá)到NRZ信號(hào)的一半即可，因此傳輸通道對(duì)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(hào)進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄浴?/span>

PAM4信號(hào)為4電平脈沖幅度調(diào)制，可以顯示比傳統(tǒng)數(shù)字信號(hào)更多的bit邏輯信息，但其實(shí)另一方面在PAM4信號(hào)設(shè)計(jì)測(cè)試過程中遇到的挑戰(zhàn)則尤為嚴(yán)峻：

· 比如PAM4信號(hào)對(duì)噪聲更敏感，同樣的系統(tǒng)噪聲，PAM4信號(hào)約有9.5dB的信噪比；

· 比如在PAM4信號(hào)有16種切換狀態(tài)，因此會(huì)導(dǎo)致上、下眼圖在垂直方向上的不對(duì)稱，進(jìn)一步導(dǎo)致在交叉點(diǎn)處和眼高的中間處測(cè)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(hào)的雖然降低了信號(hào)的符號(hào)率，但10dB以上的通道損耗還是會(huì)使得接收端信號(hào)眼圖完全閉合，因此，對(duì)于PAM4信號(hào)，發(fā)送端的預(yù)加重和接收端的信號(hào)均衡很重要。

· 比如…………

在NRZ場(chǎng)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。

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(shí)現(xiàn)，但是以噪聲敏感性為代價(jià)。

如果我們將NRZ信號(hào)視為眼睛如圖所示，它將具有比特周期T和幅度A.該信號(hào)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(gè)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(hào)。從根本上說，我們要做的是將數(shù)量增加一倍。我們從A點(diǎn)發(fā)送到B點(diǎn)的比特。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是添加第二個(gè)通道或通道。在這個(gè)通道中，我們可能希望發(fā)送一個(gè)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(gè)缺點(diǎn)，那就是我們現(xiàn)在需要兩個(gè)發(fā)射器，兩個(gè)接收器和兩個(gè)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(gè)比特流。我們創(chuàng)建了一個(gè)56-Gb/s通道，而不是兩個(gè)28-Gb/s通道。結(jié)果，在我們以28 Gb/s傳輸一位的同一時(shí)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(hào)ML的眼圖顯示振幅仍然與信號(hào)M和L的振幅相同，但現(xiàn)在是時(shí)期T/2。如果我們顛倒這個(gè)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(hào)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(huì)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(hào)，將其除以一半，并將其加到M(最高有效位)信號(hào)。結(jié)果是四個(gè)信號(hào)電平而不是兩個(gè)，每個(gè)信號(hào)電平對(duì)應(yīng)一個(gè)兩位符號(hào)。

PAM4信號(hào)在圖1中看起來像跡線M + L/2。最低級(jí)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(jí)脈沖調(diào)制PAM4信號(hào)的眼圖是不尋常的，有三個(gè)眼圖開口和四個(gè)垂直堆疊的電平，如圖所示。比特周期(或符號(hào)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(duì)于帶寬要求，我們回滾到1/T.因此，該信號(hào)移動(dòng)56 Gb/s，使用與移動(dòng)28 Gb/s的ML信號(hào)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(hào)是三倍m。

實(shí)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?yàn)樵谌魏伍L(zhǎng)度的銅線上移動(dòng)都難以超過28 Gb/s。但是當(dāng)你有一些SNR空間時(shí)，考慮使用PAM4調(diào)制方案可能會(huì)有所收獲。

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