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克服PAM-4多重訊號位準設計的測試挑戰

上網時間: 2015年10月30日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:Ethernet  PAM-4  脈衝振幅調變訊號  DSO  DSA Z634A 

作者:Tami Pippert/Keysight Technologies

即時資料存取的需求與日俱增,驅動了日益革新的乙太網路(Ethernet)傳輸技術。Ethernet傳輸的新標準已達到400G,使得傳輸速率更上層樓。為了實現更高的傳輸速率,業界開始使用PAM-4(具4個振幅位準的脈衝振幅調變訊號)技術。不同於只有1與0二進位的NRZ(非歸零)訊令,PAM-4使用多重訊號位準。

PAM-4是效能更出色的顛覆性創新技術。此外,PAM-4無需使用高頻寬連接器,極具經濟效益。和其他顛覆性技術一樣,想要將PAM-4成功部署於產品中,有賴於設計和測試方面的創新。

在時域中,PAM-4具4個振幅位準(-3、-1、1及 3),如圖1所示。不同於只能產生單一眼圖的NRZ訊號,PAM-4有3個清楚張開的眼圖,可對應各個訊號位準。圖中顯示4個位準產生的3個垂直眼圖。相較於Baud率相同(28 GBaud PAM-4 = 56 Gb/s)的NRZ訊號,額外的垂直位準讓PAM-4能提供2位元資料。從頻域的觀點來看,相同的資料傳輸率,PAM-4所需的頻寬為NRZ的一半。


PAM-4的4個振幅位準與眼圖

以PAM-4使用多位準訊令,需要具備能處理多位準訊號以及其他PAM-4測試挑戰的創新工具,這些挑戰包括時脈還原、決策回饋等化(DFE)以及訊號雜訊比損耗等。以下為PAM-4及受影響工具的概述:

PAM-4模擬:適用於發射器(TX)、頻道及接收器(RX)的典型PAM-4通訊系統配置可為晶片對晶片、晶片對模組(電氣或光學)或電子背板。這些高性能組件、模組及網路的開發,需要用到複雜的測試與量測技術,以測定介面互通性與測試驗證。由於這些是全新的技術,因此PAM-4Ethernet開發的相關技術文件與工程經驗有限,這使得PAM-4的模擬極具價值。

思考新的測試方式及端對端連接模擬,成為確保PAM-4相符性及互通性的重要環節。為具備在高數據傳輸率時對干擾效應的測試與矯正能力,以及研發PAM-4設計所需的新電路、模組及網路技術,必須仰賴有效的PAM-4模擬。諸如為求訊號完整性的是德科技先進設計系統套件等電子設計自動化(EDA)工具,讓設計工程師得以找出Ethernet PAM-4與NRZ中模擬和量測之間的相互關係,以及工作流程。

PAM-4量測解決方案:PAM-4的量測與模擬的挑戰都相互類似。當今工程師們面對的主要挑戰為時脈還原(CR)、眼圖不對稱度及雜訊。在PAM-4方面,新挑戰的複雜性增加量測的困難度。受損的連結可關聯到時脈還原,以及閉合眼圖的挑戰,如時序偏差、壓縮及非線性等。

輸出發射器(TX)特性:輸出測試可驗證輸出參數是否符合或超越標準需求,包括眼圖參數及抖動率量測等。是德科技提供輸出訊號測試與量測的儀器解決方案,並針對您的應用建議最佳的硬體與軟體量測工具。發射器(TX)特性可利用取樣示波器予以量測,例如搭配PAM-N分析軟體的Keysight 86100DCA-X;基於硬體架構,取樣示波器的雜訊底線低於即時示波器,因此對PAM-4訊號的特性分析更加精準。

我們也可使用適用於故障排除及單發事件的即時示波器量測發射機特性,如Keysight DSO/DSA Z634A。即時示波器提供最快速的取樣率與長時間紀錄的功能,且無須藉由重複訊號產生波形。配合特殊化的PAM-4分析軟體,即時示波器可準確且迅速地對現行及研擬中標準所述的PAM-4電氣訊號進行特性分析。

輸入接收器(RX)特性:輸入測試可驗證接收器可否偵測到正確的位元以及來自狀況最差頻道的缺陷。接收器對於線性及時序偏差問題較為敏感。PAM-4眼圖的固有ISI需要對波形抖動較不敏感的接收機。

傳統PAM-4誤碼率測試儀的替代方案為任意波形產生器(AWG)。Keysight M8195A 65 GSa/s AWG在速度上的突破,使其可作為通訊訊號的解決方案,該儀器可產生任意振幅調變訊號,如PAM-8、同調調變、OFDM及QAM-N,可輕易產生包括抖動、干擾、時序偏差及線性等應力類型。

結語

由於對資料速率的需求不斷增加,使速度從100G持續升高到 400G,而使設計與量測的新挑戰一一浮現。從初期的設計模擬與分析輸出特性,演變至針對輸入測試建立新的應力類型,PAM-4相關的設計與測試涵蓋極廣。





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