关于NRZ与PAM4信号差异

一直想不到好的一个点来写些东西。

今天是周末，是父亲节，又是一个天文爱好者的节日

杭州处于黄梅季节，今天大雨，自然看不到这个天文景象

于是坐在电脑前码一些关于眼图的东西，码着码着，好像都挺普通的，网上到处都有。

遂删之。。。

兄弟我做了11年的通信EMC，对高速设计一直不敢掉以轻心，也略有心得。早年懵懵懂懂的SDRAM，吃尽苦头的DDR3，然后泰然处之的DDR4，再到后来的25GHz。

一路过来，成长颇多。

DDR3只缩成了一页PPT放在的PCB设计文档中，归结为同层同组同参考。

DDR4洋洋洒洒写了25页。

25GHz只留下了一个成功的身影，就离开了。

今天就聊一聊扯一扯PAM4，因为其奇葩的眼图，让我决定翻翻资料。

整理一下，与兄弟们一些学习。

PAM4是PAM（Pulse Amplitude Modulation，脉冲幅度调制）调制技术的一种。有PAM3（for IEEE P802.3bp）、PAM4（for IEEE802.3， 28/56/100/400GHz）、PAM5（IEEE P802.3ab）、PAM8（IEEE P802.3bm）。..等多种不同位阶数的编码方式。PAM信号是继NRZ（NonReturn-to-Zero）后的热门信号传输技术，也是多阶调制技术的代表，当前已被广泛应用在高速信号互连领域。NRZ和PAM4信号典型波形如下图所示。其中，右侧为NRZ和PAM4的光眼图对比，NRZ为单眼波形， PAM4为三眼波形（y轴方向存在3个眼状图形）。

RZ 编码（Return-to-zero Code），即归零编码，其特点是在每个信号单元的中间均有跳变，为接收方提供了自同步机制（接收方根据该跳变对本方的时钟基准进行调整）。

RZ（Non Return Zero Code）编码，NRZ编码也称为不归零编码。

NRZ与PAM4信号差异如下：

» NRZ信号采用高、低两种信号电平表示数字逻辑信号的1、0，每个时钟周期可以传输1bit的逻辑信息。

» PAM4信号采用4个不同的信号电平进行信号传 输，每个时钟周期可以传输2bit的逻辑信息，即 00、01、10、11。

这个图就能看出PAM4编码的优越性，只用了NRZ一半的空间就表达完了。

上图是PAM4的三种表达方式。

这个是眼图细节部分测试表达。

这些都是硬件角度的一些重点，我们切到EMC角度来看看。

EMC对这些高频信号重点都是关心的他的信号频率及其频谱分布。

单一56Gbps信号而言，PAM4制式其基频只有14GHz，而NRZ制式的基频是28GHz，足足少了一半，是不是很优越？

还记得当年攒机的时候拼命超频，自己搞EMI时一门心思想降频。只要性能能保证，绝不升频。

如果是上图这种16组26Gbps转8组26Gbaud架构的400GE光模块会如何？光模块内部用NRZ制式，是不是只有200GE的容量。从串扰角度讲，你喜欢16组的26Gbps还是喜欢8组的26Gbps，当然是8组的，这些差分耦合的共模总能量明显会少，虽然不是线性的一半。再看原始架构下，光模块自身NRZ制式是16组的13Ghz，而PAM4才8组的6.5GHz，这时候一比较在基频及总能量上PAM4都会优越很多。从这一层面上讲，同一样容量下，PAM4制式EMI性能会优先NRZ制式，这也是为什么这几年PAM4在高频场景应用越来越多的一个原因。当然，大部分人还是先看容量，EMC后面再说。

这是一个开发板，三个IC都同时支持NRZ和PAM4制式，A1有接地的散热片，A2没有散热片，A3有不接地的散热片。不管是哪种制式，李工都基于同一个频率来测量研究，他设定为28GHz，是28Gbps NRZ制式2次谐波，是56Gbps PAM4制式2次谐波，即同一基频，容量差一倍。

时域内测VPP，两种制式幅度没有大的区别。

近场scan扫描，在A3处测得的值也相近。

混响室中测试，发现最高能量也相近。

电波暗室中测试发现，能量也相近。

从上述的几个比对测试看，同一频率下，不管是NRZ还是PAM4辐射能量都相近，这时候站在EMC角度好像没什么优越性，所以很遗憾。

但如果是相同的56Gbps容量，PAM4基频比NRZ小一半，这时候在同一高频点去测量，就会差很多（理论上是20db/decad），作者并未研究。

散热片的接地方式不同，作者也测出了不同的值，我贴出来给兄弟们参考一下。

就这个参考板而言，A3接散热片会变差，只有四边都接地时，辐射才会最优，就相当于给A3做了一个屏蔽罩。

这是我2007写的一篇关于散热片的贴子，在老的站刊中还能看到。

这是散热片两点接地测得的数据。

这是4个接地点的数据。

这个不是接地的数据。

这个结论与李工的分析相近，原始的贴子里还有些意外情况及公式的分析，有兴趣的兄弟可以去扒一扒。

最后说一句，上面关于PAM4部分的东西来源于网络，自己小做整理，并未深入，有深入研究过的兄弟，请多多指教和分享。
责任编辑:pj