PAM4碼型發生器選擇攻略（上篇）  

  PAM4概覽

  PAM4作為新出現的高速串行總線編碼模式，在幾乎所有超過50Gbps的標準中都存在。由于在同等速率的情況下帶寬的要求是NRZ的一半，對于絕大多數的高速電纜、背板以及連接器而言，使用PAM4編碼可以在速率翻倍的情況下具備同樣的奈奎斯特頻率。

  由于每一個symbol或者每一個UI傳輸2個比特的數據，那么在同樣的輸出幅度的情況下，需要區分4種不同的電平，這帶來了9dB的信噪比惡化。在高速總線傳輸過程中，抖動和噪聲是影響誤碼率的最關鍵指標，信噪比惡化意味著誤碼率的提升。所以在相同速率的情況下對比NRZ和PAM4，PAM4利用了四電平的調制方式，通過犧牲信噪比來換取奈奎斯特頻率的減半。下圖是NRZ和PAM4 這兩種編碼模式下的帶寬、速率、定時、信噪比的對比。

  由于PAM4的信號是多電平，對于測試測量而言是一個挑戰，下面是一個PAM4的眼圖的示例。

  對于NRZ信號而言，只存在一個上升沿和一個下降沿。 但是對于PAM4信號，跳變發生在LEVEL0、LEVEL1、LEVEL2、LEVEL3之間的一共12種跳變。 而由于這些多重信號幅度之間的跳變會導致眼高和眼寬的惡化，一個高質量的PAM4信號源在測試中至關重要。

  PAM4碼型產生的四種方法

  傳統的PAM4誤碼儀分為PAM4信號發生器PPG和PAM4信號誤碼比較接收器ED兩個部分。對于PAM4信號發生器而言，目前有4種比較流行的方法產生PAM4輸出信號。(由于文章篇幅太長，此處上篇列舉兩種方法，下篇更多精彩正在來的路上!)

  1)2路NRZ碼型發生器無源合成1路PAM4碼型發生器

  早期的誤碼儀都是通過2路NRZ高速碼型發生器輸出信號后，經過無源的射頻器件(即通過衰減器和合成器)來合并成一路PAM4信號，PAM4應用出現早期到目前主流的PAM4信號發生器都是延用這種方式。

  該方法具體實現是依靠NRZ碼型發生器輸出2路碼速率完全一致的NRZ信號，通過高頻電纜連接到外部的無源寬帶合成器，調節兩路信號的相位，使之初始相位完全相同，再調節衰減器，其中一路的幅度為滿幅度(作為PAM4 的msb)，另一路為半幅度(作為PAM4的lsb)，合成后即可將2路雙電平的NRZ的信號合并為一路四電平的PAM4信號。從構架上看，它其實是2路NRZ的碼型發生器合并而成，不可避免的存在一些限制。下圖是一個雙通道的NRZ碼型發生器產生PAM4的圖例。

  性能的影響：2路NRZ輸出接到寬帶功率合成器后，由于信號衰減，性能不可避免的會受到影響，例如抖動、上升時間、由于線性度不好導致的額外噪聲。在不同的速率下，為了保證2路NRZ輸出初始相位一致，每次總是需要連接到示波器進行繁瑣的de-skew校準。合成后的PAM4碼型發生器指標會嚴重的惡化。

  功能的影響：對于PAM4碼型發生器而言，為了補償高頻衰減，去加重均衡幾乎是必備的需求，在所有的高速串行標準中也都有相應的要求。對于用2路NRZ碼型發生器合成PAM4的方法而言，即便額外選件支持去加重均衡，也沒有一個簡單易行的轉換方法把每一路的NRZ輸出的均衡直接轉化為PAM4的均衡。 如果實際應用中希望控制PAM4的msb和lsb的均衡，需要連接到具備PAM4測量功能的示波器，進行非常繁瑣的校準。

  使用的影響：測試環境的構建上相對比較復雜，因為首先需要時鐘合成器配合2路獨立的NRZ高速碼型發生器，加上外部的高頻相位匹配電纜和功率合成器等附件，通過一臺傳統的臺式28Gbps的NRZ碼型發生器要構建一個單通道的具備去加重均衡功能的PAM4信號發生器需要至少2個通道都具備均衡功能，并且需要配合價格不菲的具備PAM4測量功能的高帶寬示波器來進行校準。下圖是一個傳統的2通道NRZ碼型發生器通過外圍硬件配合產生PAM4的單路輸出功能。

  1)2路NRZ碼型發生器無源合成1路PAM4碼型發生器

  除了上面提到的通過無源寬帶合成器產生PAM4輸出以外，還可以基于數模轉換器實現PAM4信號發生器。通過2路NRZ碼型發生器，輸出到一個2位的數模轉換器中去生成pam4信號。在這種情況下DAC轉換器的作用類似于一個PAM4的有源合成器。這種方式是通過有源電路來實現，一般是一個外部供電的盒子。這種方式對比第一種方式的優點是由于是有源電路，輸出帶寬高，上升時間快。但是從構架上和第一種方法完全一致，所以上面第一種方法列出的所有限制同樣存在(諸如不支持均衡、需要繁瑣de-skew校準等)。另外由于是通過數模轉換器的有源電路實現，2路NRZ的定時延時控制、每一個msb和lsb的電平控制也需要連接到示波器進行額外的外部校準。

  (上篇完)

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