一分鐘了解下一代數(shù)據(jù)中心高速信號(hào)互聯(lián)技術(shù)PAM4

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什么是PAM4?

PAM4 (4-Level Pulse Amplitude Modulation, 四電平脈沖幅度調(diào)制), 是PAM調(diào)制技術(shù)的一種，其采用4個(gè)不同的信號(hào)電平來進(jìn)行信號(hào)傳輸，每個(gè)符號(hào)周期可以表示2個(gè)bit的邏輯信息(0,1,2,3), 也就是一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)是四個(gè)電平。

提到PAM4信號(hào)傳輸技術(shù)，就不得不提NRZ(Non-return-to-zero)信號(hào)傳輸技術(shù), NRZ信號(hào)傳輸技術(shù)是傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)采用最多的，即采用高，低兩種信號(hào)電平來表示要傳輸?shù)臄?shù)字邏輯信號(hào)的1/0信息，每個(gè)信號(hào)符號(hào)周期可以傳輸1bit的邏輯信息。

下圖是典型的PAM4與NRZ的信號(hào)波形及眼圖對(duì)比。

與NRZ相比, PAM4具有4種數(shù)字幅度電平,每個(gè)電平或符碼都包含兩個(gè)信息bit, 在相同的波特率下，吞吐量是NRZ的兩倍。

為什么需要PAM4?

網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的快速發(fā)展，帶來了更高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的需求。

一般提升光通信傳輸速率有三種方式：

▶ 提高調(diào)制速率

▶ 增加WDM信道數(shù)目

▶ 增加電平數(shù)目

1. PAM4技術(shù)可以有效提升帶寬利用效率，同時(shí)PAM4采用高階調(diào)制格式，就是一個(gè)有效的方式來降低光學(xué)器件的采用數(shù)量，降低對(duì)光學(xué)器件性能的要求以及在不同應(yīng)用場(chǎng)合的性能，成本，功耗以及密度之間達(dá)到一個(gè)平衡。

2. 大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的到來，流量的增長(zhǎng)，迫切需要一個(gè)更復(fù)雜的調(diào)制方式,PAM4是更高效的調(diào)制技術(shù)。

3. 在新一代的200G/400G接口標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，普遍的訴求是每對(duì)差分線上的數(shù)據(jù)速率要提高到50Gbps以上。如果仍然采用NRZ技術(shù)，由于每個(gè)符號(hào)周期只有不到20ps, 對(duì)于收發(fā)芯片以及傳輸鏈路的時(shí)間裕量要求更加苛刻，所以PAM4技術(shù)的采用幾乎成為了必然趨勢(shì) 。

PAM4調(diào)制的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

一般實(shí)現(xiàn)PAM4調(diào)制的技術(shù)分為兩類，分別是基于DSP的數(shù)字DAC實(shí)現(xiàn)方法或者是基于模擬的Combine方法。

主流的模擬方式是基于MSB+LSB Combiner來實(shí)現(xiàn)PAM4信號(hào)，有兩路NRZ信號(hào)進(jìn)行相加操作。

主流的數(shù)字方式是基于高速DAC的方式進(jìn)行0/1/2/3電平的快速輸出。

在此同時(shí)，PAM4與NRZ相比，在設(shè)計(jì)測(cè)試過程中其面臨的挑戰(zhàn)也不容忽視。

PAM4面臨的挑戰(zhàn)

• PAM4信號(hào)有16種切換狀態(tài)，中間眼圖對(duì)稱,而上和下的眼圖不對(duì)稱。如果是光眼圖的話，光器件的線性度很差，或者激光器的驅(qū)動(dòng)線性度很差, PAM4的上和下眼圖很容易變形，變形就會(huì)容易誤判，測(cè)試的參數(shù)，比如jitter, 眼寬, 眼高就不準(zhǔn)確。
• PAM4信號(hào)雖然降低了信號(hào)的符號(hào)率，但10dB以上的通道損耗還是會(huì)使得接收端信號(hào)眼圖完全閉合，因此，對(duì)于PAM4信號(hào)，發(fā)送端的預(yù)加重和接收端的信號(hào)均衡也很重要。
• 相對(duì)于NRZ調(diào)制，PAM4調(diào)制的信噪比SNR會(huì)減小9.6dB, 因此在大多數(shù)情況下, PAM4系統(tǒng)（不使能FEC的情況下）不會(huì)無誤碼運(yùn)行: BER=ERFC(SQRT(SNR)).
  

在絕大多數(shù)PAM4的場(chǎng)景，系統(tǒng)不可能會(huì)有無誤碼運(yùn)行的情況。IEEE802.3 規(guī)定了PAM4系統(tǒng)的FEC糾錯(cuò)前BER指標(biāo)。

目前DSP方案的產(chǎn)品實(shí)際FEC糾錯(cuò)前BER<1E-7,

目前模擬方案的產(chǎn)品實(shí)際FEC糾錯(cuò)前BER<1E-6, 實(shí)際上，保證不出現(xiàn)大塊誤碼的要求要優(yōu)先于BER參數(shù)。

PAM4信號(hào)作為下一代數(shù)據(jù)中心中高速信號(hào)互連的熱門信號(hào)傳輸技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于200G/400G接口的電信號(hào)或光信號(hào)傳輸。對(duì)于以上挑戰(zhàn)，易飛揚(yáng)擁有業(yè)內(nèi)一流的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)攻克PAM4調(diào)制的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)難題，易飛揚(yáng)PAM4系列200G/400G產(chǎn)品包括200G QSFP56 SR4/AOC, 200G QSFP56 FR4, 400G QSFP56 DD SR8/AOC等。

易飛揚(yáng)所有PAM4產(chǎn)品從解決方案上可以分成兩類：

數(shù)字類PAM4產(chǎn)品 – DSP方案

DSP可以支持各種復(fù)雜高效率的調(diào)制方式。電口適配能力強(qiáng)，光電性能好。

模擬類PAM4產(chǎn)品–模擬CDR

模擬類PAM4產(chǎn)品–模擬CDR, 功耗低、成本低。

易飛揚(yáng)始終秉持創(chuàng)新理念，創(chuàng)新工藝，攻堅(jiān)克難，在下一代數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品的研發(fā)上投入了大量人力資源和物力資源，志在為下一代數(shù)據(jù)中心的發(fā)展提供行之有效的解決方案。更多詳情，請(qǐng)?jiān)L問易飛揚(yáng)官網(wǎng)：https://www.gigalight.com/cn/