PCB設(shè)計(jì)、仿真為何相同損耗下，28G NRZ的產(chǎn)品不能直接升級到56G PAM4？
發(fā)布時(shí)間：2025-03-11 11:07
這就好像在兩車道的高速公路強(qiáng)行改為四車道，既要保證通過的車輛數(shù)量多一倍，還要保證速度不下降，你們覺得難不？ 高速先生成員--黃剛
28G到56G的產(chǎn)品現(xiàn)在在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)趨于成熟了，高速先生也幫助過非常非常多的朋友實(shí)現(xiàn)了這個(gè)速率下的產(chǎn)品的量產(chǎn)。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(xié)議，例如看到下面的28G和56G關(guān)于光模塊損耗的協(xié)議時(shí)，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主板的損耗為7.3dB。
基頻這個(gè)概念大家相信已經(jīng)很清楚了吧，例如28G NRZ的基頻是14GHz。如果還不清楚的話，可以再翻翻高速先生上個(gè)季度寫過的文章《明明我說的是25G信號，你卻讓我看12.5G的損耗？》。不看還好，看完之后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，怎么能說它們的損耗是一樣的呢？
這可能的確涉及到部分朋友的知識盲區(qū)了，其實(shí)就是NRZ和PAM4的編碼方式的區(qū)別。NRZ也就是我們常說的不歸零嗎，也就是不是0就是1，所以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只傳輸2位比特。PAM4則不是，它采用四電平脈沖幅度調(diào)制，用4個(gè)不同的信號電平來進(jìn)行信號傳輸，所以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)能傳輸4位比特。說的有點(diǎn)干哈，那我們就大概畫個(gè)草圖，你們就能理解了。
所以在基頻，也就是時(shí)鐘頻率不提升的情況下， PAM4就天然比NRZ多采樣一倍的比特，因此56G PAM4并不需要提升一倍的基頻，只需要和28G NRZ一樣就好了，只不過從眼圖上看，就由NRZ的“一個(gè)眼睛”變成了PAM4的“3個(gè)眼睛”，也就是像文章封面給大家展示的一樣。這時(shí)候再回去看之前兩個(gè)協(xié)議的損耗對比，都是在14GHz時(shí)滿足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！
所以就有了之前很多朋友在問，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(shè)計(jì)一樣嗎？做28G NRZ產(chǎn)品的朋友豈不是虧了，還不如直接上56G PAM4呢！
總感覺56G PAM4速率能提升一倍，但是和28G NRZ損耗一樣這個(gè)事情，怎么看都有貓膩。覺得還是要驗(yàn)證一下比較好，例如我們搭建一個(gè)在理想收發(fā)模型下去傳輸不同損耗量級的理想傳輸線的仿真鏈路。所謂理想收發(fā)模型就是內(nèi)阻理想，封裝理想，無加重均衡參數(shù)的模型，而理想傳輸線就是阻抗完全匹配的模型。
我們想驗(yàn)證不同的損耗情況下，28G NRZ和56G PAM4的眼圖表現(xiàn)的對比情況。傳輸線的損耗我們從1dB到6dB，每隔1dB進(jìn)行遞增來驗(yàn)證，如下所示：
首先我們來驗(yàn)證下28G NRZ在不同通道損耗下的眼圖表現(xiàn)，下面的在協(xié)議要求的誤碼率-15次方下的眼圖結(jié)果。
框框從大到小分別是1dB到6dB的眼圖結(jié)果，下面是具體的眼圖眼寬的結(jié)果列表。從左到右分別是1dB到6dB的結(jié)果。
可以看到從1dB的眼高為811mV到6dB的眼圖為373mV，減小的還算是比較的線性。
那么我們再看看同樣的1dB到6dB的通道損耗在56G PMA4下的表現(xiàn)是不是和28G NRZ一樣的線性呢？
結(jié)果絕對讓你們大跌眼鏡，雖然從眼圖的形狀已經(jīng)猜到，56G PAM4的眼圖一定會比28G NRZ差，因?yàn)镹RZ就一個(gè)眼睛，但是PAM4要分為3個(gè)眼睛。在同樣的輸出幅度下，PAM4的信噪比（SNR）也天然比NRZ少了9.5dB（時(shí)間關(guān)系，這里就不展開解釋了哈）。但是協(xié)議上已經(jīng)對PAM4信號有了很大的寬容度。例如芯片接收的誤碼率要求從NRZ的-15次方大幅降低到只需要-6次方，另外從芯片接收眼圖標(biāo)準(zhǔn)來看。大部分芯片對28G NRZ的接收眼高還需要150mV左右，但是對PAM4的話，只需要不到30mV的樣子。
然而即使是做了那么多寬松的規(guī)定，PAM4眼圖隨著損耗的遞增，變化也是大家想象不到的大！從-6次方誤碼率下的不同損耗眼圖結(jié)果來看，差別非常的明顯而且不線性。
等等，我沒眼花吧，每種電平只有5個(gè)顏色嗎？不是說好的從1dB到6dB一共6個(gè)損耗量級的掃描眼圖嗎？對的，你沒看錯(cuò)，誤碼率眼圖顯示的結(jié)果才5種，因?yàn)?dB通道損耗的眼圖結(jié)果是……0?。。∪缦铝斜硭荆?/span>
不會吧，56G PAM4隨著損耗的遞增，差異那么大嗎？而且6dB在不加均衡的情況下，就已經(jīng)沒有眼圖了？是的，28G NRZ隨著損耗的增加，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，一看就差異很大了。
先不說其他別的設(shè)計(jì)差異，就說協(xié)議規(guī)定的損耗相同這個(gè)事情，也能看出兩者極大的差異。當(dāng)然不能說協(xié)議不對哈，至少從仿真結(jié)果上看，無源指標(biāo)對于眼高的差異度是巨大的?；蛟S在芯片的加重均衡參數(shù)上，56G PAM4需要更復(fù)雜的接收端均衡算法（例如FFE/DFE/CTLE）來把無源上的差異給彌補(bǔ)掉，這就對硬件實(shí)現(xiàn)和芯片性能提出了更高的要求。
文章寫得太長了，本來高速先生還打算把其他設(shè)計(jì)上差異導(dǎo)致的兩種仿真結(jié)果的差異一一給大家展示出來，只能先當(dāng)本期文章的問題問問大家了，后面看大家回答的積極性再決定要不要寫第二篇文章繼續(xù)講述了哈！
問題：你們覺得56G PAM4在PCB設(shè)計(jì)上需要比28G NRZ更注意哪些點(diǎn)呢？
