什麼是 PAMx (x=2,3,4...)信號技術?

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1.  簡介

最近,一種應用於企業級高速訊號互連的PAM信號傳輸技術興起,該技術正被廣泛用於使用電或光訊號傳輸的消費和汽車應用。在本報告中,我們將介紹正被越來越多採用的PAM訊號技術背景及其定義,以及定義PAM是什麼。我們還將描述PAM與NRZ方法之間的關係及其優點和缺點。

 

2.  NRZ/PAM2 和 PAM4 之間的差異(脈衝震幅調變 4 級)

NRZ(不歸零)是一種流行的信號技術,具有 2 個電壓等級來表示邏輯數據(1 位:“0”和“1”),如圖 Fig.1-1 所示。

NRZ 與訊號技術中的 PAM2(脈衝振幅調變 2 級)相同。因此,在下文中,NRZ被描述為NRZ/PAM2。
另一方面,PAM4 是一種信號技術,其中 4 個電壓等級(2 位:“00”、“01”、“10”和“11”)以相同的單位間隔 (UI) 編碼,產生 3 個眼圖,如圖 Fig.1-2 所示。

 

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

 

Fig.1-3
Fig.1-3

 

3.  PAM4的優勢

PAM4 的優勢是,相對於 NRZ/PAM2 訊號的相同電氣特性(UI、奈奎斯特頻率、符號速率),數據速率加倍,如圖 Fig.1-1 所示。當使用NRZ/PAM2訊號使數據速率加倍時,主要電氣特性(UI、奈奎斯特頻率、符號速率)將比原始訊號更差,如圖 Fig.1-3 和表 Table 1 所示。

Table 1 顯示了當數據速率加倍時,(1) NRZ/PAM2 與 (2) PAM4 和(3)NRZ/PAM2。

Table1
Table 1

4.  PAM4的缺點

如果我們將訊號從 NRZ/PAM2 切換到 PAM4,同时保持相同的 400 mVpp 最大電壓水平, PAM4訊號的四個電壓级别標準值为400 mV、266 mV、133 mV和0 mV。因此,与NRZ/PAM2訊號相比,三個眼圖中,每個眼圖是1/3 EH(眼圖高度),如圖 Fig.1-2 所示。這使得訊號之間更容易受到異音(雜訊)的影響。

 

5.  PAMx (2, 3, 4, 6, 8, 16) 之間的比較

PAM(脈衝振幅調變)信號技術有許多變體,具有不同的級別計數。表 Table 2 是其中一些PAMx(2,3,4,6,8,16)水平的比較,僅供參考。
以下是主要性能項目的計算公式。

符號速率 (Gsym/s) = 1 / UI
數據速率 (Gbps) = 符號速率 x 每個符號的位數(請參閱註釋 1)
奈奎斯特頻率 (GHz) = 符號速率 / 2
注1:每個符號的位數取決於信號技術,如表 Table 2 所示。

Table2
Table 2

 

6.  為什麼PAMx成為一種流行的信號技術?

 NRZ/PAM2 的技術數據速率上限似乎在 100 Gbps 左右,如圖 2 所示。
 如果使用NRZ/PAM2,則數據速率高於100 Gbps,將很難確保盈利能力。
此外,所有常見的傳輸介質(AOC、ACC、DAC 等)(見註2)也有類似的限制。
 因此,PAMx技術是數據速率超過50 Gsym/s/通道的有效突破。

注2:AOC(有源光纜),ACC(有源銅纜),DAC(直連電纜)

圖 Fig. 2 顯示了流行標準中使用的信號技術。
Fig. 2 上的每個細箭頭都顯示了不同的 PAMx 信號技術; 用單個標記表示的使用該技術的相關標準。
標有“技術限制”的大箭頭表示NRZ/PAM2數據速率的信號技術限制。
標有“技術趨勢”的大箭頭顯示了可能的新信號技術的方向
這可能是PAMx或其他信號調製技術的變體。

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Fig.2

 

7.  總結

1)NRZ/PAM2的信號技術限制將達到每通道約100 Gbps(100 Gsym/s)。
2)PAMx(3, 4, 8, 16)是NRZ/PAM2的替代信號技術,用於確保生產力。
3)對於每通道超過 200 Gbps 的數據速率,必須使用 PAMx 或其他調製技術的新變體。

 

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