什么是 PAMx (x=2,3,4...)信号技术?

1.    简介

最近,一种应用于企业级高速信号互连的PAM信号传输技术兴起,该技术正被广泛用于使用电或光信号传输的消费和汽车应用。在本报告中,我们将介绍正被越来越多采用的PAM信号技术背景及其定义,以及定义PAM是什么。我们还将描述PAM与NRZ方法之间的关系及其优点和缺点。

 

2.  NRZ/PAM2 和 PAM4 之间的差异(脉冲幅度调制 4 级)

NRZ(不归零)是一种流行的信号技术,具有 2 个电压等级来表示逻辑数据(1 位:“0”和“1”),如图Fig.1-1 所示。

NRZ 与信令技术中的 PAM2(脉冲幅度调制 2 级)相同。因此,在下文中,NRZ被描述为NRZ/PAM2。
另一方面,PAM4 是一种信令技术,其中 4 个电压等级(2 位:“00”、“01”、“10”和“11”)以相同的单位间隔 (UI) 编码,产生 3 个眼图,如图 Fig.1-2 所示。

 

Fig1-1_1-2
Fig.1-1, Fig.1-2

 

Fig.1-3
Fig.1-3

 

3.    PAM4的优势

PAM4 的优点是,相对于 NRZ/PAM2 信号的相同电气特性(UI、奈奎斯特频率、符号速率),数据速率加倍,如图Fig.1-1 所示。当使用NRZ/PAM2信号使数据速率加倍时,主要电气特性(UI、奈奎斯特频率、符号速率)将比原始信号更差,如图Fig.1-3 和表Table 1 所示。

Table 1 显示了当数据速率加倍时,(1) NRZ/PAM2 与 (2) PAM4 和(3)NRZ/PAM2。

Table1
Table 1

4.    PAM4的缺点

 如果我们将信号从 NRZ/PAM2 切换到 PAM4,同时保持相同的 400 mVpp 最大电压水平, PAM4信号的四个电压级别标称值为400 mV、266 mV、133 mV和0 mV。因此,与NRZ/PAM2信号相比,三个眼图中,每个眼图是1/3 EH(眼图高度),如图Fig.1-2 所示。这使得 信号更容易受到噪声的影响。

 

5.    PAMx (2, 3, 4, 6, 8, 16) 之间的比较

PAM(脉冲幅度调制)信令技术有许多变体,具有不同的级别计数。
Table 2 是其中一些PAMx(2,3,4,6,8,16)水平的比较,仅供参考。
以下是主要性能项目的计算公式。

 符号速率 (Gsym/s) = 1 / UI
 数据速率 (Gbps) = 符号速率 x 每个符号的位数(请参阅注释 1)
 奈奎斯特频率 (GHz) = 符号速率 / 2
 注1:每个符号的位数取决于信令技术,如表Table 2 所示。

Table2
Table 2

 

6.    为什么PAMx成为一种流行的信令技术?

 NRZ/PAM2 的技术数据速率上限似乎在 100 Gbps 左右,如图Fig. 2 所示。
 如果使用NRZ/PAM2,则数据速率高于100 Gbps,将很难确保盈利能力。
此外,所有常见的传输介质(AOC、ACC、DAC 等)(见注2)也有类似的限制。
 因此,PAMx技术是数据速率超过50 Gsym/s/通道的有效突破。

注2:AOC(有源光缆),ACC(有源铜缆),DAC(直连电缆)

Fig. 2 显示了流行标准中使用的信令技术。
Fig. 2 上的每个细箭头都显示了不同的 PAMx 信令技术; 用单个标记表示的使用该技术的相关标准。
标有“技术限制”的大箭头表示NRZ/PAM2数据速率的信令技术限制。
标有“技术趋势”的大箭头显示了可能的新信号技术的方向
这可能是PAMx或其他信号调制技术的变体。

image4
Fig.2

 

7.    总结

1)NRZ/PAM2的信令技术限制将达到每通道约100 Gbps(100 Gsym/s)。
2) PAMx(3, 4, 8, 16)是NRZ/PAM2的替代信令技术,用于确保生产力。
3) 对于每通道超过 200 Gbps 的数据速率,必须使用 PAMx 或其他调制技术的新变体。

 

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