PCB设计、仿真为何相同损耗下，28G NRZ的产品不能直接升级到56G PAM4？

高速先生成员--黄刚

28G到56G的产品现在在行业内已经趋于成熟了，高速先生也帮助过非常非常多的朋友实现了这个速率下的产品的量产。而很多客户在做28G NRZ和56G PAM4的过程中，也跟着高速先生一起翻翻损耗协议，例如看到下面的28G和56G关于光模块损耗的协议时，不禁会感慨，原来28G和56G居然损耗是一样的啊，居然都是要求在基频下主板的损耗为7.3dB。

基频这个概念大家相信已经很清楚了吧，例如28G NRZ的基频是14GHz。如果还不清楚的话，可以再翻翻高速先生上个季度写过的文章《明明我说的是25G信号，你却让我看12.5G的损耗？》。不看还好，看完之后相信大家就有意见了，28G NRZ的基频是14GHz我相信，56G PAM4的基频不就是28GHz吗，明明基频都不一样，怎么能说它们的损耗是一样的呢？

这可能的确涉及到部分朋友的知识盲区了，其实就是NRZ和PAM4的编码方式的区别。NRZ也就是我们常说的不归零吗，也就是不是0就是1，所以在一个时钟周期内只传输2位比特。PAM4则不是，它采用四电平脉冲幅度调制，用4个不同的信号电平来进行信号传输，所以在一个时钟周期内能传输4位比特。说的有点干哈，那我们就大概画个草图，你们就能理解了。

所以在基频，也就是时钟频率不提升的情况下， PAM4就天然比NRZ多采样一倍的比特，因此56G PAM4并不需要提升一倍的基频，只需要和28G NRZ一样就好了，只不过从眼图上看，就由NRZ的“一个眼睛”变成了PAM4的“3个眼睛”，也就是像文章封面给大家展示的一样。这时候再回去看之前两个协议的损耗对比，都是在14GHz时满足7.3dB的损耗，的确它们两种不同速率的通道损耗是一样一样的哦！

所以就有了之前很多朋友在问，那损耗都一样了，不就是PCB上走线长度一样吗，既然走线长度一样，也不就意味着设计一样吗？做28G NRZ产品的朋友岂不是亏了，还不如直接上56G PAM4呢！

总感觉56G PAM4速率能提升一倍，但是和28G NRZ损耗一样这个事情，怎么看都有猫腻。觉得还是要验证一下比较好，例如我们搭建一个在理想收发模型下去传输不同损耗量级的理想传输线的仿真链路。所谓理想收发模型就是内阻理想，封装理想，无加重均衡参数的模型，而理想传输线就是阻抗完全匹配的模型。

我们想验证不同的损耗情况下，28G NRZ和56G PAM4的眼图表现的对比情况。传输线的损耗我们从1dB到6dB，每隔1dB进行递增来验证，如下所示：

首先我们来验证下28G NRZ在不同通道损耗下的眼图表现，下面的在协议要求的误码率-15次方下的眼图结果。

框框从大到小分别是1dB到6dB的眼图结果，下面是具体的眼图眼宽的结果列表。从左到右分别是1dB到6dB的结果。

可以看到从1dB的眼高为811mV到6dB的眼图为373mV，减小的还算是比较的线性。

那么我们再看看同样的1dB到6dB的通道损耗在56G PMA4下的表现是不是和28G NRZ一样的线性呢？

结果绝对让你们大跌眼镜，虽然从眼图的形状已经猜到，56G PAM4的眼图一定会比28G NRZ差，因为NRZ就一个眼睛，但是PAM4要分为3个眼睛。在同样的输出幅度下，PAM4的信噪比（SNR）也天然比NRZ少了9.5dB（时间关系，这里就不展开解释了哈）。但是协议上已经对PAM4信号有了很大的宽容度。例如芯片接收的误码率要求从NRZ的-15次方大幅降低到只需要-6次方，另外从芯片接收眼图标准来看。大部分芯片对28G NRZ的接收眼高还需要150mV左右，但是对PAM4的话，只需要不到30mV的样子。

然而即使是做了那么多宽松的规定，PAM4眼图随着损耗的递增，变化也是大家想象不到的大！从-6次方误码率下的不同损耗眼图结果来看，差别非常的明显而且不线性。

等等，我没眼花吧，每种电平只有5个颜色吗？不是说好的从1dB到6dB一共6个损耗量级的扫描眼图吗？对的，你没看错，误码率眼图显示的结果才5种，因为6dB通道损耗的眼图结果是……0！！！如下列表所示：

不会吧，56G PAM4随着损耗的递增，差异那么大吗？而且6dB在不加均衡的情况下，就已经没有眼图了？是的，28G NRZ随着损耗的增加，眼高减少的线性度还行，但是56G PAM4就完全不讲武德了哈，下图是两种情况下随损耗变化的眼高曲线对比，一看就差异很大了。

先不说其他别的设计差异，就说协议规定的损耗相同这个事情，也能看出两者极大的差异。当然不能说协议不对哈，至少从仿真结果上看，无源指标对于眼高的差异度是巨大的。或许在芯片的加重均衡参数上，56G PAM4需要更复杂的接收端均衡算法（例如FFE/DFE/CTLE）来把无源上的差异给弥补掉，这就对硬件实现和芯片性能提出了更高的要求。

文章写得太长了，本来高速先生还打算把其他设计上差异导致的两种仿真结果的差异一一给大家展示出来，只能先当本期文章的问题问问大家了，后面看大家回答的积极性再决定要不要写第二篇文章继续讲述了哈！

问题：你们觉得56G PAM4在PCB设计上需要比28G NRZ更注意哪些点呢？

审核编辑 黄宇