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PAM4仿真基础

9月前浏览473

PAM4即4-Level Pulse Amplitude Modulation:

  • 在NRZ信号中,每个比特是一个符号——比特有两个值,即0或1,这两个值构成了一个眼图。

  • 而在PAM4信号中,两个比特被组合成一个符号

—2比特有4种不同的组合方式,因此形成了4个不同的符号;

—(A,B)对转换为一个符号,其中“A”比特是接收到的第一个比特;

—四个符号由四个信号电平表示,形成三个眼图。

  • PAM4信号电平的三种常见命名规则:

{-3, -1, 1, 3} or {-1, -1/3, 1/3, 1} or {0, 1,2, 3}


  • 从二进制到PAM4映射:

可以采用“Linear” vs “Gray” coding

Gray编码相较于线性编码的优势在于:

1、每个符号间转换仅产生一个比特改变, 而线性编码从01到10一旦错误会发生两bit错误;统计数据显示,线性编码的比特误码率(BER)比Gray编码高出~33%;

2、还有一个好处是支持双模模式(NRZ和PAM4),通过接地测试芯片的最低有效位(LSB)实现;

TX到RX信令转换过程:

  • PAM4信号功率谱密度:

PAM4仅需NRZ带宽的一半。

在56Gbps时,PAM4的奈奎斯特频率为56/4 = 14 GHz,而NRZ的奈奎斯特频率则为56/2 = 28 GHz;


01

NRZ和PAM4之间的眼图比较

PAM4的眼高是NRZ的1/3:

另一方面,如果NRZ的平均功率为1,则PAM4的平均功率等于5/9:

在实际应用中,由于非线性的影响,还会出现进一步的退化—因此,对于PAM4而言,实际大约超过11 dB的信噪比损失

三个垂直眼不对称:

——即使在直线系统中,顶部和底部眼也与中间眼不同

——转换由对称和非对称转换组成——三种眼的损伤影响各不相同

尽管PAM4的奈奎斯特频率是PAM2的一半,实际可实现的PAM4眼宽仅占发射输出标称眼宽的1/2到2/3

中间的眼睛(红色)在垂直方向上最为对称。而上下眼睛(蓝色)则不具备垂直对称性——最大眼宽(EWlargest)并不对应最大眼高。在这个例子中,中间眼睛的宽度为~60% UI,而上下眼睛的宽度则为~48% UI


02


实际Channel对比

对于如下两个Channel,对于56Gbps,分别采用PAM2和PAM4:

对于Case1来说,明显PAM2更具优势,但对于Case2来说,PAM4优势更明显,NRZ眼图已经闭合。REF:https://www.synopsys.com/zh-cn/designware-ip/technical-bulletin/pam4-400g-ethernet.html

点击关注,后面更新ISI、Skew、串扰、非线性等对PAM4影响。

PAM4经典教学资料请查收:PAM4白皮 书、DC教学资料

通过网盘分享的文件:PAM4

链接: https://pan.baidu.com/s/10dCxB7Yi12v5FQbWznDYmQ?pwd=eugh 提取码: eugh 

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来源:信号完整性设计

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首次发布时间:2025-11-08
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硕士 | 资深SIPI工程... 专注高速高频信号完整性
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