高（gāo）速先生成員-- 黃剛

 

28G到56G的產品現在在行業內（nèi）已（yǐ）經趨於成熟了，高速先生也幫助過非常非常多的朋友實現了這個速率下的產品的量產。而很多客戶在做28G NRZ和56G PAM4的過程中，也跟著高速先生一起翻翻損耗協議，例如看到下（xià）麵的28G和56G關於光模（mó）塊損耗的協議時，不禁會感慨，原來28G和56G居然損耗是一樣的啊，居然都是要求在基頻下（xià）主板的損耗為（wéi）7.3dB。

 

 

基頻這個概念大家相信已經很清楚了（le）吧，例（lì）如28G NRZ的基頻是14GHz。如果還不清楚的話，可以再（zài）翻翻（fān）高速先生上個季度寫過的文（wén）章《明明我說的是25G信號，你卻讓我（wǒ）看12.5G的損耗？》。不看還（hái）好，看完之後相信大家就有意見了，28G NRZ的基頻是14GHz我相信，56G PAM4的基頻不就是28GHz嗎，明明基頻都不一樣，怎麽能說它們（men）的損耗（hào）是一樣的呢？

 

 

這（zhè）可能的確涉及到部（bù）分朋友（yǒu）的知識盲區了，其實就是NRZ和PAM4的（de）編碼方式的區別。NRZ也就是（shì）我們常說的不（bú）歸零嗎，也（yě）就是不是0就是1，所以在一個時鍾周期（qī）內隻傳輸2位比特。PAM4則不是，它采用四電平脈衝幅度調製，用（yòng）4個不同的信號電（diàn）平來進行信號傳輸，所以在一個時鍾周期內能傳輸4位比特。說的有點幹哈，那我們就大概（gài）畫個草圖，你們就能理解了。

 

 

所以在基頻，也就是時鍾頻率不（bú）提（tí）升的情況（kuàng）下（xià）， PAM4就天然比NRZ多采樣一倍的（de）比特，因此56G PAM4並不需要提升一倍的基頻，隻（zhī）需要和28G NRZ一樣就好了，隻不（bú）過從眼（yǎn）圖上看，就由（yóu）NRZ的“一個眼睛”變成了PAM4的“3個眼睛”，也就是像文章封麵給大家展示的一樣。這時候再回去看之前兩個協議的損耗對（duì）比，都是在14GHz時滿足7.3dB的損耗，的確它們（men）兩種不同速率的通道損耗是一樣一樣的哦！

所以就有了之（zhī）前很多朋友在問，那損耗都一樣了，不就是PCB上（shàng）走線長度（dù）一樣嗎，既然走（zǒu）線長度一樣，也不就意（yì）味著設計一樣（yàng）嗎？做28G NRZ產品的朋（péng）友豈不是虧了，還不如直接上56G PAM4呢！

 

 

總感覺56G PAM4速率（lǜ）能提升一倍，但（dàn）是和（hé）28G NRZ損（sǔn）耗一樣這個事情，怎麽（me）看都有貓膩（nì）。覺（jiào）得還是要驗證一下比較好，例如我們搭建一個在理想收發模型（xíng）下去傳輸不同損耗量級的理想傳輸線的仿真鏈（liàn）路（lù）。所謂（wèi）理想收（shōu）發（fā）模型就（jiù）是內阻（zǔ）理想，封（fēng）裝理想，無加重均衡參數的模型，而理想傳輸線就是阻（zǔ）抗完（wán）全匹配的模（mó）型。

 

 

我們想驗證不（bú）同的損耗情（qíng）況下，28G NRZ和56G PAM4的眼圖表現的對比（bǐ）情況。傳輸線的損耗我們從1dB到（dào）6dB，每隔1dB進行遞（dì）增來驗證，如下所示：

 

 

首先我們來驗證下28G NRZ在不同通道損耗（hào）下的（de）眼圖表現，下麵的在協（xié）議要求的誤碼率-15次方下的眼圖結果。

 

 

框框從大到（dào）小分別是1dB到（dào）6dB的眼圖結果，下麵是具體的眼圖眼寬的（de）結果（guǒ）列表。從左到右分別是1dB到6dB的結果。

 

 

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

那麽我們再看看同樣的1dB到6dB的通道損耗在56G PMA4下的表（biǎo）現是不是和28G NRZ一樣的線性（xìng）呢？

 

 

結果絕對讓你們大跌眼鏡，雖然（rán）從眼圖的形狀已經猜到，56G PAM4的眼圖一（yī）定會比28G NRZ差，因為NRZ就一個眼睛，但是PAM4要分為3個眼（yǎn）睛。在同樣的輸（shū）出幅度下，PAM4的信噪比（SNR）也天然（rán）比NRZ少了9.5dB（時間關係，這裏就不展開解釋了哈）。但是協（xié）議上（shàng）已經對PAM4信號有了很大（dà）的寬容度。例如芯片接收（shōu）的誤碼（mǎ）率要求（qiú）從NRZ的-15次方大（dà）幅降低到隻需要-6次方（fāng），另外從芯片接收眼圖標準（zhǔn）來看（kàn）。大部分（fèn）芯片（piàn）對28G NRZ的接收眼高還需要150mV左右（yòu），但是對PAM4的（de）話，隻需（xū）要不到30mV的樣子。

然而即使是做了那麽多寬鬆的規定，PAM4眼圖隨著損（sǔn）耗的（de）遞增，變化也是大（dà）家想象不到的大！從-6次方誤碼率下的不同損耗眼圖（tú）結果來看（kàn），差別非常的明顯而且不線性。

 

 

等等，我沒眼花吧，每種電平（píng）隻有5個顏（yán）色嗎？不（bú）是說好的從（cóng）1dB到6dB一共6個損耗（hào）量級的（de）掃描眼圖嗎？對的，你沒看錯，誤碼率眼圖顯示的結果才（cái）5種（zhǒng），因為6dB通道損耗的眼圖結果（guǒ）是……0！！！如下（xià）列表所示：

 

 

不會（huì）吧，56G PAM4隨著損耗的遞增，差異那麽大嗎？而且6dB在不（bú）加均（jun1）衡（héng）的情況下，就已經（jīng）沒有眼圖了？是的，28G NRZ隨著損耗的（de）增加，眼高減少的線性度還行，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高曲線對比，一看就差異很大（dà）了。

 

 

先（xiān）不說其他別（bié）的設計差異，就說協議規定（dìng）的（de）損耗相同這個事情，也能看出兩者極大的差異。當然不能（néng）說協議不對（duì）哈，至（zhì）少從仿真（zhēn）結果上看，無（wú）源指標對於眼（yǎn）高的差異度是巨大的（de）。或許在芯片的加重均（jun1）衡參數（shù）上，56G PAM4需要更複雜（zá）的接收端均衡算法（例如FFE/DFE/CTLE）來把無源上的差異給彌補（bǔ）掉（diào），這就對硬件（jiàn）實現和（hé）芯片性能（néng）提出了更高的要求‌。

 

 

文章寫（xiě）得太長了，本來高速先生（shēng）還打算把其他設計上差異導致的兩種仿真結果的差異一（yī）一給大家展示出來（lái），隻能（néng）先當本期文（wén）章的問題問問大家了，後麵看大家回答的積極性再決定（dìng）要不要寫第二篇文章繼續講述了哈！