什么是pam4及PAM4的基礎(chǔ)知識

隨著我們社會(huì)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(diǎn)到B點(diǎn)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，在這篇文章中我們將討論P(yáng)AM4的基礎(chǔ)知識，然后再轉(zhuǎn)向它所帶來的測試和分析挑戰(zhàn)。有一段時(shí)間，NRZ類型的編碼已經(jīng)有了數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕{(diào)制方案。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1PAM4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(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。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(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，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(gè)信號電平而不是兩個(gè)，每個(gè)信號電平對應(yīng)一個(gè)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(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(dòng)56 Gb/s，使用與移動(dòng)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(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。