光收发模块发展至2018年，已经步入200G/400G应用，56GBaud、100GBaud速率的激光器光源还未成熟，如何在现有产业链条件下满足更高速率的光互连需求，更高阶的信号调制成为一种主流选择。

PAM（Pulse Amplitude Modulation：脉冲幅度调制）信号调制是目前数据传输做高速信号互连的一种热门信号传输技术，可以广泛应用于100G/200G/400G接口的电信号或光信号传输。

传统的数字信号最多采用的是NRZ（Non-Return-to-Zero）信号，即采用两种信号电平来表示数字逻辑信号的1、0信息，每个符号周期可传输1bit的逻辑信息，是PAM2的一种形式；而PAM信号则可以采用更多信号电平，从而每个符号周期可传输更多bit信息。比如以PAM4信号来说，采用4个不同的信号电平来进行信号（00、01、10、11）传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息。下图是典型的NRZ信号的波形、眼图与PAM4信号的对比。

图1：PAM4调制(右边)使用4个幅度电平，相当于每个码两个比特，而NRZ(左边)的每个码发送1个比特

波特率和比特速率

在对PAM-4信号进行描述时，需要特别注意波特率（Baud Rate）和bit速率（Bit Rate）的区别。对于传统的NRZ信号来说，由于1个符号传输1bit数据，bit速率和波特率是一样的，比如在100G以太网里使用4路25.78125GBaud的信号进行传输，每路信号上的bit速率也是25.78125Gbps，4路信号实现100G以太网的信号传输；而对于PAM-4信号来说，由于1个符号传输2bit数据，能传输的bit速率是波特率的2倍，比如在200G以太网里使用4路26.5625GBaud的信号进行传输，每路信号上的bit速率是53.125Gbps，4路信号就可以实现200G以太网的信号传输。对于400G以太网来说，用8路26.5625GBaud的信号就可以实现了。下图是IEEE 802.3bs里定义的一些200G/400G以太网的接口标准。

图2：IEEE 802.3bs定义的200G 400G PAM4接口

PAM4的代价与挑战

PAM4有4个电平3个眼睛，NRZ是2个电平1个眼睛，接收灵敏度比NRZ更差。PAM4信号有16种切换状态，因此会导致上、下眼图在垂直方向上的不对称，眼图的非线性问题也较易发生。PAM4信号虽然降低了信号的符号率，但10dB以上的通道损耗还是会使得接收端信号眼图完全闭合。

因此，对于PAM4信号，发送端均衡必须做预加重Transmitter pre-emphasis，接收端的信号需要综合应用多种均衡Receiver equalization，接收端均衡技术应用 CTLE(Continuous Time Linear Equalizer，连续时间线性均衡器)、FFE(Feed Forward Equalizer，前向反馈均衡器)和 DFE(Decision Feedback Equalizer, 判决反馈均衡器)，使闭上的眼图张开。

同时，在模块侧与设备侧引入FEC(前向纠错) 技术，这样BER的要求可以放宽到10^6倍，PAM4的设计只要满足BER < 10^-6，而不是10^-12。

鑫杰讯拥有业内一流的研发团队，已经攻克PAM4调制的信号完整性设计难题，将在未来推出更高速率的产品，敬请期待。