PAM4和NRZ信号的区别是什么

　　PAM4是一种四电平信号调制技术，相比之下PAM2则是一种两电平信号调制技术，通常称之为NRZ。PAM4可以避免由于带宽增加造成的信号劣化。PAM4技术的成功关键在于每个码可以传送2个比特。在某个给定的数据速率下，与NRZ相比它可以将带宽减少一半。举例来说，一个56Gbit/s的PAM4信号运行在28Gbaud/s，而一个56Gbit/s的NRZ信号则运行在56Gbaud/s。为了正确地比较，我们需要区别码率（称之为波特率）和数据率。图1显示了PAM4和NRZ信号之间的区别。
　　
　　图1：PAM4调制（右边）使用4个幅度电平，相当于每个码两个比特，而NRZ（PAM2）的每个码发送1个比特。
　　虽然在给定波特率的条件下，PAM4信号的码间干扰（ISI）会比PAM2信号多，但在给定数据率的条件下PAM4的码间干扰反而更少。这是因为PAM4每个波特发送2个比特。这种在带宽受限的信道（比如电气背板）上传输给定数据率信号时，码间干扰的减少是人们转向PAM4的主要动机。
　　产生PAM4测试信号
　　图2显示了一个能够产生差分PAM4信号的测试装置框图。它使用两个串行数字图案发生器、两个有源可编程预（去）加重放大器、两个无源微波合成器及其后面两根相位匹配电缆。
　　
　　图2：PAM4信号发生器装置框图显示了驱动接收器所需的差分输出信号。
　　为了产生PAM4测试信号，我们将图案发生器/有源放大器对中的一对指定为最高有效位（MSB），它提供的输出幅度是另一对（指定为最低有效位LSB）的两倍。如此生成的信号可以满足标准中针对不同码率/数据率规定的所有PAM4电气信号和发送器性能参数要求。图3显示了对应图2所示原理图的实物装置。
　　
　　图3：测试装置部件之间的直接连线可以最大程度地减小信号损耗。
　　两个串行图案发生器的使用可以帮助我们将两个不相关的数据信号整合在一起，从而灵活地分别编程MSB和LSB的数据图案。有源可编程预（去）加重放大器能够用来方便地向MSB和LSB引入所要求（针对PAM4接收器测试目的）的信号变化。无源合成器可以用来直接从两个输入的串行数据源产生PAM4信号。下面是你可能需要执行的一些测试。
　　抖动和噪声容限
　　由于明确采用4个独立的码电平，PAM4接收器必须容忍不良（相对于PAM2）的信噪比和较小的码间电压摆幅。PAM4信号中每个眼图的幅度大约是NRZ信号的三分之一。判断接收器灵敏度的一个简易方法是降低输入信号幅度，直到误码率（BER）达到不可接受的值。你可以通过正确地减小两个并联有源放大器的输出幅度来实现这个测试。
　　你也可以使用预（去）加重有源放大器引入码间干扰类型特性来实现眼图收敛。放大器可以建模一个完全无源的取决于频率的损耗曲线，这样测试时就无需使用任何物理参考信道（如一致性测试电路板）或可编程衰耗器。
　　另外，可以在PAM4测试信号的一个或两个比特上叠加正弦抖动（SJ）来进一步减小眼图的开度。图4显示了没有增加正弦抖动时的25 Gbit/s PAM4信号。图5显示了将10MHz、0.2UI（单位间隔）的正弦抖动同时叠加到MSB和LSB上的结果。
　　
　　图4：没有叠加正弦抖动的25Gbit/s PAM4信号，显示有相对清晰的眼图。
　　
　　图5：叠加了10MHz、0.2UI的正弦抖动后的25 Gbit/s PAM4信号，显示比图4更小的眼图开度。
　　你还需要测量接收器对输入信号线性度和电平分离失配的敏感度。为了开展这些测量，你应该使用放大器的输出幅度调整功能一起或分开调整所有三个PAM4眼图的高度。
　　其它接收器测试
　　对接收器时钟恢复电路的基本测试中应该包括评估该电路在某个频率范围内对不同程度的正弦抖动的容忍度。标准中给出的抖动容限模板都规定好了每个频率的正弦抖动容忍度。一般来说，PAM4接收器必须在时钟恢复带宽以下的正弦抖动频率点容忍若干个UI的正弦抖动（在5UI和0.05UI之间），在时钟恢复带宽之上的正弦抖动频率点容忍有限UI的正弦抖动（0.05UI）。
　　可以将接收器置于任何实际发送器和信道对的最大码间干扰之下测试接收器的均衡能力（CTLE和/或DFE）。如前所述，码间干扰类型效应可以用有源放大器的预（去）加重功能产生。
　　PAM4当前标准和未来标准都会要求分别在高干扰/串扰与低码间干扰/插损情况下以及低干扰/串扰与高码间干扰/插损情况下做一致性测试。这是有道理的，因为接收器对干扰和串扰的容忍度在不同情况下可能是有变化的，因此有必要单独做测试。另外，有源放大器可以使用它们单独的幅度控制、预（去）加重和抖动插入功能来帮助创建要求的测试条件。还可以通过这些组件的进一步变化来测量强制测试条件以外的接收器性能。
　　使用两个信号发生器、两个放大器和两个合成器就可以搭建一个测试装置，用于测试PAM4接收器对抖动和不同眼图高度的容忍度。改变这些条件可以帮助你表征接收器特性，并完成一致性测试。