56Gbit/s鏈路開始落實於PAM4訊號傳輸,成為克服通道頻寬問題的方式之一。隨著這種調變技術逐漸成熟,你可能需要產生各種訊號,才能測試在不同失真條件下的接收器性能。對接收器實施應力測試有助於理解接收器的薄弱環節,並瞭解它對各種訊號損耗的容限。

PAM4是一種具有四個振幅位準的訊號調變技術,相較於兩個振幅位準的訊號調變(PAM2)——通常稱之為不歸零(NRZ),PAM4更有助於避免由於頻寬增加造成的訊號退化。PAM4技術成功之處在於每個符號可以傳送2個位元。而在特定的資料速率下,它與NRZ相對的是可以將頻寬減少一半。

舉例來說,一個56Gbit/s的PAM4訊號執行於28Gbaud/s的資料速率,而一個56Gbit/s的NRZ訊號則以56Gbaud/s的資料速率執行。為了正確地比較,我們需要區別資料率與符號率——即鮑率(baud rate)。圖1顯示PAM4和NRZ訊號之間的區別。

20170523_Adsantec_TA31P1 圖1:PAM4調變(右圖)使用4個振幅位準,每個符號可傳送2位元;而NRZ(PAM2)的每個符號傳送1個位元

在特定的傳輸速率條件下,雖然PAM4訊號的符號間干擾(ISI)比PAM2訊號多,但PAM4在特定資料率條件下的符號間干擾反而較少。這是因為PAM4在每個baud傳送2位元。以特定資料率在頻寬受限的通道(如電氣背板)上傳輸訊號時,如何讓符號間干擾降至最低就是業界轉向PAM4的主要動機。

產生PAM4測試訊號

圖2顯示一個能夠產生差分PAM4訊號傳輸的測試建置方塊圖。它使用兩個序列數位圖形產生器、兩個主動可編程預(去)加重放大器、兩個被動微波合成器,以及經組合器後的兩根相位匹配電纜。

20170523_Adsantec_TA31P2 圖2:PAM4訊號產生器設置方塊圖,圖中顯示驅動接收器所需的差分輸出訊號

為了產生PAM4測試訊號,我們將圖形產生器/主動放大器配對中的一對指定為最高有效位元(MSB),它提供的輸出幅度是另一對(指定為最低有效位元LSB)的兩倍。由此產生成的訊號能夠滿足標準中針對不同符號/資料率中規定的所有PAM4電氣訊號和傳送器性能參數要求。圖3顯示對應圖2原理圖的實物設置。

20170523_Adsantec_TA31P3 圖3:測試安裝件之間直接連線,能夠將訊號損耗減至最低

使用兩個序列圖形產生器,有助於讓我們將兩種不相關的資料訊號整合在一起,從而提供分別為MSB和LSB編程資料圖形的靈活度。這種主動可編程的預(去)加重放大器提供了一種簡單的方式,為MSB和LSB導入所要求(針對PAM4接收器測試目的)的訊號變化。被動組合器可以直接從兩個輸入的序列資料來源產生PAM4訊號。以下討論必須執行的一些測試項目。

抖動和雜訊容限

由於明確採用4個獨立的符號位準,PAM4接收器必須容忍不良(相對於PAM2)的訊號雜訊比(SNR)和較小的符號間電壓擺幅。PAM4訊號中每個眼圖的幅度大約是NRZ訊號的三分之一。判斷接收器靈敏度的一個簡易方法是降低輸入訊號幅度,直到誤碼率(BER)達到不可接受的值。你可以透過適當地減少兩個並聯主動放大器的輸出幅度來實現這個測試。

你也可以使用預(去)加重主動放大器導入符號間干擾類型的特性來實現眼圖收斂。放大器可以建模一個完全以頻率為主的損耗曲線,這樣測試時就無需使用任何實體參考通道(如一致性測試電路板)或可編程衰耗器。

另外,可以在PAM4測試訊號的一個或兩個位元上疊加正弦抖動(SJ),進一步縮小眼圖的開口。圖4顯示未添加正弦抖動時的25Gbit/s PAM4訊號。圖5顯示將10MHz、0.2UI(單位間隔)的正弦抖動同時疊加到MSB和LSB的結果。

20170523_Adsantec_TA31P4 圖4:未疊加正弦抖動的25Gbit/s PAM4訊號,顯示相對清晰的眼圖

20170523_Adsantec_TA31P5 圖5:疊加10MHz、0.2UI正弦抖動後的25Gbit/s PAM4訊號,顯示比圖4的眼圖開口更小

你還需要測量接收器對輸入訊號線性度和位準隔離的靈敏度。為了進行這些測量,應該使用放大器的輸出幅度調整功能,一併或分開調整三個PAM4眼圖的高度。

其它接收器測試

針對接收器時脈恢復電路的基本測試包括評估該電路在特定頻率範圍內對不同程度的正弦抖動容限。標準中給定的抖動容限範本都規定好了每個頻率的正弦抖動容限。一般來說,PAM4接收器必須在時脈恢復頻寬以下的正弦抖動頻率點容忍若干個正弦抖動的UI (在5UI和0.05UI之間),以及在時脈恢復頻寬之上的正弦抖動頻率點容忍有限的UI正弦抖動(0.05UI)。

將接收器置於任何實際傳送器和通道對的最大符號間干擾之下,即可測試接收器的等化能力(CTLE和/或DFE)。如前所述,符號間干擾類型效應可以用主動放大器的預(去)加重功能產生。

PAM4當前標準和未來標準都需要分別在高干擾/串擾與低符號間干擾/插損以及低干擾/串擾與高符號間干擾/插損的情況下進行一致性測試。這是理所當然的,因為接收器對干擾和串擾的容限在不同的情況下可能發生變化,因此有必要單獨進行測試。此外,主動放大器可以使用其個別的幅度控制、預(去)加重和抖動插入功能,協助創造所要求的測試條件。此外,還可以使用改變這些元件的方式,進一步衡量強制測試條件以外的接收器性能。

結語

使用兩個訊號產生器、兩個放大器和兩個混波器,就可以搭建一個測試裝置,用於測試PAM4接收器對抖動和不同眼圖高度的容限。改變這些條件將有助於表徵接收器特性,並完成一致性測試。