高速先生成員-- 黃剛

 

28G到56G的產品現在在行（háng）業（yè）內已經趨（qū）於（yú）成熟了，高速（sù）先生也幫助過非（fēi）常非常多的朋友實現了這個速率（lǜ）下（xià）的產品的量產。而（ér）很（hěn）多（duō）客戶（hù）在做28G NRZ和56G PAM4的過程（chéng）中，也跟著高速先（xiān）生一起翻翻損耗協（xié）議，例如看（kàn）到下麵的28G和56G關於光模塊損耗的協議時，不禁會感（gǎn）慨，原來28G和56G居然損耗（hào）是一樣的啊，居然（rán）都（dōu）是（shì）要求在基頻下主（zhǔ）板的損耗為7.3dB。

 

 

基頻這個概念大家相信已經很（hěn）清（qīng）楚了吧，例如28G NRZ的基頻是14GHz。如果還不（bú）清楚的話，可以再翻翻高速先生上個季度寫過的（de）文章《明明我說的（de）是25G信（xìn）號，你卻讓我看12.5G的損（sǔn）耗？》。不（bú）看還好，看完之後相信大家就有意見了，28G NRZ的（de）基頻是14GHz我相信，56G PAM4的基頻不就是28GHz嗎，明明基頻都（dōu）不（bú）一樣，怎麽（me）能說它們的損（sǔn）耗是一樣的呢？

 

 

這可能的確涉及到部分（fèn）朋友的知識盲區了，其實就是NRZ和PAM4的編碼方式的區別。NRZ也就（jiù）是我們常說的不歸零嗎，也就是不是0就是1，所以在一個時鍾（zhōng）周期內隻傳輸2位比特。PAM4則不是，它采用四電平（píng）脈衝幅度調製（zhì），用4個不同（tóng）的信（xìn）號電平來（lái）進行（háng）信號傳輸（shū），所（suǒ）以在一個時鍾（zhōng）周期內能傳輸4位比特。說的有點幹哈，那我們就大概（gài）畫個草圖，你們就（jiù）能理解了。

 

 

所以在基頻，也就（jiù）是時鍾頻率不提升的（de）情況下， PAM4就天然比NRZ多采樣一倍的比特，因（yīn）此56G PAM4並不需要提（tí）升一倍的基頻，隻（zhī）需要（yào）和28G NRZ一樣（yàng）就好了，隻不過從眼圖上看，就由NRZ的“一個眼睛”變成了PAM4的“3個眼睛”，也就（jiù）是像文章封麵（miàn）給（gěi）大（dà）家展示的一樣（yàng）。這時候再（zài）回去看之前兩個（gè）協議的損耗對比，都是在14GHz時滿足（zú）7.3dB的損耗，的確它們兩種不同速率的通道損耗是一樣一樣的哦！

所以就有（yǒu）了（le）之前很多朋友在問，那損耗都一樣了，不就是PCB上走線長度一樣嗎，既然走線長度一樣，也不就意味著設計一樣嗎？做28G NRZ產（chǎn）品的朋友豈不是（shì）虧（kuī）了，還不如直接上（shàng）56G PAM4呢！

 

 

總感覺56G PAM4速率（lǜ）能（néng）提升一倍，但是和28G NRZ損耗（hào）一樣這個事情，怎麽看都有（yǒu）貓膩。覺得還是要驗證一下比（bǐ）較好，例（lì）如我們搭建（jiàn）一個在（zài）理想收發模型下去傳輸不（bú）同損耗量級的理想傳輸線的仿（fǎng）真鏈路。所謂理想收發模型就是內阻理想，封裝理想，無（wú）加重均衡（héng）參數的模型，而理（lǐ）想傳輸線就是阻抗完全匹配的模型。

 

 

我們想驗（yàn）證不同（tóng）的損耗情況下，28G NRZ和56G PAM4的（de）眼圖表現的（de）對比情況。傳輸線的損耗我們（men）從1dB到6dB，每（měi）隔1dB進行（háng）遞增來驗（yàn）證，如下所示：

 

 

首先我（wǒ）們來驗證下28G NRZ在不同通道（dào）損耗下的眼圖表現，下麵的在協議要求的誤碼率-15次方下的眼（yǎn）圖結果（guǒ）。

 

 

框框從大到小分別是1dB到6dB的眼（yǎn）圖結果，下麵（miàn）是具（jù）體的眼圖眼寬的（de）結果列表。從左到右分別是1dB到6dB的結（jié）果。

 

 

可以看到從1dB的眼高（gāo）為811mV到（dào）6dB的眼圖為373mV，減小（xiǎo）的還算是比較的線性。

那麽我們（men）再（zài）看看（kàn）同樣的1dB到6dB的通道（dào）損耗在56G PMA4下的表現是不是和28G NRZ一樣的線性呢？

 

 

結果絕對讓你們大跌眼鏡，雖然從眼圖的形狀已經猜到，56G PAM4的眼（yǎn）圖一定會比28G NRZ差，因為NRZ就一個眼睛，但是PAM4要分為3個眼睛。在同樣的輸出（chū）幅（fú）度下，PAM4的（de）信噪比（SNR）也天然比NRZ少了9.5dB（時間關係，這裏（lǐ）就不展開解（jiě）釋了哈（hā））。但是協議上已經對PAM4信號（hào）有了很大的寬容度。例如（rú）芯片接收的誤碼率要求從NRZ的-15次方（fāng）大幅降低到隻需要-6次方，另（lìng）外從芯（xīn）片接收眼圖標準來看（kàn）。大部分芯片對（duì）28G NRZ的（de）接收眼（yǎn）高還需要150mV左右，但是（shì）對PAM4的話，隻（zhī）需要不到30mV的樣（yàng）子。

然而（ér）即使是做了那麽多寬鬆的規定，PAM4眼圖隨著損耗的遞增，變化也是大家想（xiǎng）象不到的大！從-6次（cì）方誤碼（mǎ）率下的（de）不同損耗眼圖結果來看，差別非常的明顯而且不線性。

 

 

等等，我沒眼花吧，每種電平隻有5個顏色嗎？不是說好的（de）從1dB到6dB一共6個損耗量級的掃描眼圖嗎（ma）？對的，你沒看錯，誤碼率眼圖顯示的結果才5種（zhǒng），因為6dB通道（dào）損耗的眼圖結果是……0！！！如下列表所示：

 

 

不會吧，56G PAM4隨著損耗的遞增，差異那麽大嗎（ma）？而且6dB在不加均衡的情況下（xià），就已經沒（méi）有眼圖了？是的，28G NRZ隨著損耗的增加，眼（yǎn）高減（jiǎn）少的線性度還行，但是56G PAM4就完全不講武德了哈，下圖是兩種情況下隨損耗變化的眼（yǎn）高（gāo）曲線對比，一看（kàn）就差異很大了。

 

 

先不說其他別的設計差異，就說（shuō）協議規定的（de）損耗相（xiàng）同這（zhè）個（gè）事情，也能看（kàn）出兩者極（jí）大的差異。當（dāng）然不能說協議不對哈，至少從仿真結果上（shàng）看，無源指（zhǐ）標對於眼高的差異（yì）度是巨（jù）大的（de）。或許在（zài）芯片的加重均衡參數（shù）上，56G PAM4需要更複雜的（de）接收（shōu）端均衡算法（例如FFE/DFE/CTLE）來把無源上（shàng）的差異給彌補掉（diào），這就對硬（yìng）件實現和芯片性能提出了更（gèng）高的要求‌。

 

 

文章寫得太長了，本來（lái）高速先（xiān）生還打算（suàn）把其他設計（jì）上差異導致的兩種仿真結果的差異（yì）一一給大（dà）家展示出來，隻能先當本期文章的問（wèn）題問問（wèn）大家了，後麵看大家回答的積極性再決定要不（bú）要寫第二篇文章繼續講述了哈！