如何克服PAM4調制的仿真挑戰呢？

5G發展需求

隨著5G網絡的發展，不斷擴大的帶寬需求要求單位時間內傳輸更多的邏輯信息，PAM4信號技術以其較高的傳輸效率和較低的建設成本成為下一代高速信號互連的熱門信號傳輸技術。

PAM是什么

簡介

PAM（Pulse Amplitude Modulation）即脈沖幅度調制，是一種用于數字通信的編碼技術，可將連續信號轉化為離散信號進行傳輸。

原理

轉化過程中，用窄脈沖信號對連續信號進行采樣（相當于用連續信號對它的振幅進行調制）后量化編碼，實現脈沖振幅調制(PAMx)。根據脈沖信號幅值量化編碼的位數x不同，目前常用的有PAM2，3，4等調制方式。

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PAM1

PAM

調制的類型和應用

PAM2（NRZ不歸零）

用0和1兩個電壓等級表示信號幅度，每個周期可以傳輸1bit的邏輯信息。

PAM3

用三個電壓等級表示信號幅度，每周期傳遞log2(3)=1.58bit邏輯信息。

PAM4

用兩個符號，00、01、10、11四個電壓等級表示信號幅度，產生 3 個眼圖，每周期傳遞log2(4)=2bit邏輯信息。

考慮到業務場景對傳輸速率、誤碼率、技術難度等的要求，不同的傳輸協議版本選取了不同的PAM編碼方式，如下圖所示。隨著時代發展的需求變化，數據傳輸對速率和效率的要求更高，帶來了更加嚴格的技術挑戰。

PAM&Protocol

圖源：什么是 PAMx （x=2，3，4...）信號技術？| I-PEX

PAM

優勢與挑戰

A

/ 高傳輸速率 /

PAM3、PAM4相比于傳統的二進制脈沖調制NRZ，由于每個符號可以表示更多的信息，因此可以在相同的帶寬內傳輸更多的數據，具有更高的數據傳輸速率，迎合當下技術發展需求。

B

/ 低建設成本 /

PAM3、PAM4的信號幅度差異較明顯，相較于PAM6及以上具有更好的抗干擾能力，從而在數據傳輸過程中的準確性上有相對不錯的表現。同時建設成本較低，具有很高的性價比。然而，PAM4技術也面臨一些挑戰。

C

/ 精確的時鐘同步 /

由于每個符號代表多個比特位，需要精確的時鐘和同步技術來保證正確解調信號。

D

/ 干擾更敏感 /

隨著每符號代表的比特位增加，各電平間差異縮小，對信號的質量和噪聲較為敏感，解碼易出錯，需要采取相應的措施來降低噪聲和干擾的影響。

面對高速信號干擾敏感和高質量要求的挑戰，高精度的仿真工具成為信號傳輸設計保質保量、降本增效必不可少的抓手。下文將以PAM4信號SerDes傳輸為例，提供巨霖工具SIDesigner的設計流程演示。

SIDesigner仿真演示

1. 打開SIDesigner，主要使用AMIContainer和S parameter器件搭建如下原理圖，導入所需文件，并按照需求，在頁簽上完成激勵源、AMI算法參數、封裝、編碼、抖動等信息的設置：

2. 通過軟件的通道仿真分析，在輸出端觀測統計眼圖波形，也可同步觀察計算過程中的信號響應曲線，并且可以通過波形顯示器包含的數據后處理功能進行進一步分析（如眼高、眼寬、bathtub、berc等）。

審核編輯：劉清