關于NRZ與PAM4信號差異

一直想不到好的一個點來寫些東西。

今天是周末，是父親節，又是一個天文愛好者的節日

杭州處于黃梅季節，今天大雨，自然看不到這個天文景象

于是坐在電腦前碼一些關于眼圖的東西，碼著碼著，好像都挺普通的，網上到處都有。

遂刪之。。。

兄弟我做了11年的通信EMC，對高速設計一直不敢掉以輕心，也略有心得。早年懵懵懂懂的SDRAM，吃盡苦頭的DDR3，然后泰然處之的DDR4，再到后來的25GHz。

一路過來，成長頗多。

DDR3只縮成了一頁PPT放在的PCB設計文檔中，歸結為同層同組同參考。

DDR4洋洋灑灑寫了25頁。

25GHz只留下了一個成功的身影，就離開了。

今天就聊一聊扯一扯PAM4，因為其奇葩的眼圖，讓我決定翻翻資料。

整理一下，與兄弟們一些學習。

PAM4是PAM（Pulse Amplitude Modulation，脈沖幅度調制）調制技術的一種。有PAM3（for IEEE P802.3bp）、PAM4（for IEEE802.3， 28/56/100/400GHz）、PAM5（IEEE P802.3ab）、PAM8（IEEE P802.3bm）。..等多種不同位階數的編碼方式。PAM信號是繼NRZ（NonReturn-to-Zero）后的熱門信號傳輸技術，也是多階調制技術的代表，當前已被廣泛應用在高速信號互連領域。NRZ和PAM4信號典型波形如下圖所示。其中，右側為NRZ和PAM4的光眼圖對比，NRZ為單眼波形， PAM4為三眼波形（y軸方向存在3個眼狀圖形）。

RZ 編碼（Return-to-zero Code），即歸零編碼，其特點是在每個信號單元的中間均有跳變，為接收方提供了自同步機制（接收方根據該跳變對本方的時鐘基準進行調整）。

RZ（Non Return Zero Code）編碼，NRZ編碼也稱為不歸零編碼。

NRZ與PAM4信號差異如下：

? NRZ信號采用高、低兩種信號電平表示數字邏輯信號的1、0，每個時鐘周期可以傳輸1bit的邏輯信息。

? PAM4信號采用4個不同的信號電平進行信號傳 輸，每個時鐘周期可以傳輸2bit的邏輯信息，即 00、01、10、11。

這個圖就能看出PAM4編碼的優越性，只用了NRZ一半的空間就表達完了。

上圖是PAM4的三種表達方式。

這個是眼圖細節部分測試表達。

這些都是硬件角度的一些重點，我們切到EMC角度來看看。

EMC對這些高頻信號重點都是關心的他的信號頻率及其頻譜分布。

單一56Gbps信號而言，PAM4制式其基頻只有14GHz，而NRZ制式的基頻是28GHz，足足少了一半，是不是很優越？

還記得當年攢機的時候拼命超頻，自己搞EMI時一門心思想降頻。只要性能能保證，絕不升頻。

如果是上圖這種16組26Gbps轉8組26Gbaud架構的400GE光模塊會如何？光模塊內部用NRZ制式，是不是只有200GE的容量。從串擾角度講，你喜歡16組的26Gbps還是喜歡8組的26Gbps，當然是8組的，這些差分耦合的共?？偰芰棵黠@會少，雖然不是線性的一半。再看原始架構下，光模塊自身NRZ制式是16組的13Ghz，而PAM4才8組的6.5GHz，這時候一比較在基頻及總能量上PAM4都會優越很多。從這一層面上講，同一樣容量下，PAM4制式EMI性能會優先NRZ制式，這也是為什么這幾年PAM4在高頻場景應用越來越多的一個原因。當然，大部分人還是先看容量，EMC后面再說。

這是一個開發板，三個IC都同時支持NRZ和PAM4制式，A1有接地的散熱片，A2沒有散熱片，A3有不接地的散熱片。不管是哪種制式，李工都基于同一個頻率來測量研究，他設定為28GHz，是28Gbps NRZ制式2次諧波，是56Gbps PAM4制式2次諧波，即同一基頻，容量差一倍。

時域內測VPP，兩種制式幅度沒有大的區別。

近場scan掃描，在A3處測得的值也相近。

混響室中測試，發現最高能量也相近。

電波暗室中測試發現，能量也相近。

從上述的幾個比對測試看，同一頻率下，不管是NRZ還是PAM4輻射能量都相近，這時候站在EMC角度好像沒什么優越性，所以很遺憾。

但如果是相同的56Gbps容量，PAM4基頻比NRZ小一半，這時候在同一高頻點去測量，就會差很多（理論上是20db/decad），作者并未研究。

散熱片的接地方式不同，作者也測出了不同的值，我貼出來給兄弟們參考一下。

就這個參考板而言，A3接散熱片會變差，只有四邊都接地時，輻射才會最優，就相當于給A3做了一個屏蔽罩。

這是我2007寫的一篇關于散熱片的貼子，在老的站刊中還能看到。

這是散熱片兩點接地測得的數據。

這是4個接地點的數據。

這個不是接地的數據。

這個結論與李工的分析相近，原始的貼子里還有些意外情況及公式的分析，有興趣的兄弟可以去扒一扒。

最后說一句，上面關于PAM4部分的東西來源于網絡，自己小做整理，并未深入，有深入研究過的兄弟，請多多指教和分享。
責任編輯:pj