高速串行链路这个圈子,做得久了你会发现一个很有意思的现象:真正决定一个系统能不能跑通的,往往不是那几百页的协议栈,而是最底层那一对差分线上的信号到底长什么样。SerDes 系统里 NRZ 和 PAM4 这两种调制方式的取舍,几乎贯穿了整个链路设计的每一个决策点——从芯片选型、板材选择、连接器规格,到均衡参数配置、误码率门限设定,甚至到测试仪器要用多高带宽的。我这些年做过不少 10G 到 112G 的链路调试,也踩过不少 NRZ 时代遗留的经验直接套到 PAM4 上翻车的坑。这篇文章想做的事情很直接:把 NRZ 和 PAM4 在 SerDes 系统里各自扮演的角色讲透,把"为什么速率一上去就必须换调制方式"这笔账算清楚,再把发送端、接收端、时钟、测试这几个环节里真正影响成败的实操细节摊开来说。不管你是刚接触高速接口的硬件新人,还是已经在调 112G 链路但总觉得眼图不够开的老手,下面这些内容应该都能对上你的需求。
1. 先把 SerDes 和两种调制的关系摆清楚
1.1 SerDes 在系统里到底承担了什么活
SerDes 本质上是把并行数据换成串行数据发出去、再在接收端还原回并行数据的一对收发器。听起来简单,但它存在的理由非常硬:并行总线的偏斜(skew)会随着数据宽度和速率同步恶化。早期那种 32 位、64 位的源同步并行总线,时钟和数据走线长度稍有不齐,采样窗口就被吃掉一大块;速率越高,单位时间(UI)越短,同样的走线长度误差占用的 UI 比例就越大。串行链路把时钟信息嵌进数据流里,接收端用时钟数据恢复电路(CDR)从跳变里重建采样时钟,这一下子就把"时钟到每根数据线的偏斜"这个问题从物理层面消除了。
一个完整的 SerDes 通道通常分两段看:PCS 层负责编码、加扰、通道对齐这些数字活;PMA 层负责串并转换、时钟倍频、驱动和接收均衡这些模拟活。我习惯把 PMA 叫作"真正会咬人的地方"——绝大多数链路调不通的问题都出在这一层,PCS 层的问题反而好定位,因为它是确定性的数字逻辑。你在示波器上看到的眼图、在误码仪上看到的浴盆曲线,全是 PMA 层的行为表现。而 NRZ 和 PAM4 的差别,恰恰就是在 PMA 这一层被放大的。
理解这一点很关键。因为很多人会下意识觉得调制方式只是"编码选择",改个寄存器就换了,实际上换调制方式等于把整个模拟链路的设计约束全部重算一遍。发送端驱动器的线性度要求变了,接收端均衡器的架构要求变了,时钟抖动的预算变了,连测试方法都变了。这不是软件开关,是硬件重新设计。
1.2 NRZ 与 PAM4 的本质差异:一个符号带一个比特还是两个比特
NRZ 也就是不归零码,两个电平,高电平和低电平,一个符号周期只传 1 个比特。判决的时候只需要一个参考门限,落在门限上面判 1,下面判 0。这种方式的优点是判决逻辑极其简单,噪声容限大,眼图只有一只"眼睛",张开度直观。
PAM4 是四电平脉冲幅度调制,四个电平,一个符号周期传 2 个比特。四个电平按幅度从低到高排列,相邻电平之间形成三个判决门限,眼图上就是三只"眼睛"叠在一起。代价非常直接:同样的峰峰值摆幅下,每个电平之间的间距只有 NRZ 的三分之一。
打个生活化的比方。NRZ 像是你在一条只有两个台阶的楼梯上判断自己在哪一级,台阶落差大,站偏一点也不会认错。PAM4 像是四级台阶,总高度没变,但每级落差只有原来的三分之一,你稍微晃一下就可能把第二级看成第三级。信息量翻倍了,但对"站稳"的要求也严格得多。
这里有个容易被忽略的点:PAM4 的误码特性不是对称的。理想情况下,误判主要发生在相邻电平之间,也就是一个符号错 1 个比特;但如果信号质量差到跨级误判,一个符号错 2 个比特。这也是为什么 PAM4 里普遍采用格雷码映射——把相邻电平映射成只差 1 个比特的编码组合,这样最常见的相邻误判只造成 1 比特错误,而不是 2 比特。实际链路调试时,如果你发现误码统计里"每符号 2 比特错误"的比例明显偏高,那基本可以判定不是噪声问题,而是均衡过头或者电平压缩导致的系统性失真。
实操心得:调 PAM4 链路时不要只看总误码率,一定要看误码的比特分布。相邻电平误判和跨级误判对应的根因完全不同,前者多半是噪声和抖动,后者多半是线性度、压缩或者电平不平衡。
1.3 为什么速率一上去就不得不换 PAM4
这个问题必须算笔账才说得清。假设信道条件不变,你希望把单通道速率从 56G 提到 112G。如果继续用 NRZ,那波特率就要翻倍,从 28GBd 左右提到 56GBd 左右,对应的奈奎斯特频率也从 14GHz 提到 28GHz。而 PCB 信道的插入损耗是随频率单调上升的,在 28GHz 处损耗通常比 14GHz 处高出十几甚至二十几个 dB。这十几个 dB 意味着接收端眼图直接闭合,均衡器再强也救不回来——因为均衡是有极限的,它放大高频的同时也放大高频噪声,而且发射端的动态范围就那么大。
换用 PAM4 之后,56GBd 的波特率就能承载 112Gbps 的数据率,奈奎斯特频率维持在 28GHz,和 NRZ 跑 56Gbps 时完全一样。也就是说,信道损耗这个最硬的物理约束没有被恶化。代价转移到了信噪比上:PAM4 相对于 NRZ 有大约 9.5dB 的固有信噪比损失,这个数字来自 20log10(3),因为眼高只剩三分之一。
所以整件事的逻辑链条是这样的:速率翻倍 → 如果维持 NRZ 则信道损耗大幅恶化且无法均衡补偿 → 改用 PAM4 把带宽压力降回来 → 但引入 9.5dB 的 SNR 代价 → 这个代价靠提高发送摆幅、优化均衡、使用更低损耗的板材和连接器、以及引入 FEC 来消化。整个高速串行链路的技术演进,从 25G 到 112G 再到 224G,本质上就是在反复做这道平衡题。
我常跟团队里新人的说法是:NRZ 到 PAM4 不是"升级",是"换命"。你把带宽的命换成了信噪比的命。理解了这句话,后面所有的设计取舍都不会觉得莫名其妙。
2. 调制方式选型背后的账怎么算
2.1 信道损耗曲线才是真正的决策依据
选 NRZ 还是 PAM4,最不该做的事是看别人用什么就跟着用什么。真正的决策依据是信道在目标奈奎斯特频率处的插入损耗。行业里比较通用的经验分界线大概是这样的:如果信道在奈奎斯特频率处的插损能控制在 10dB 到 15dB 以内,NRZ 完全够用,而且余量舒服;超过 20dB 就要认真考虑 PAM4 或者更强的均衡架构;超过 30dB 基本只能靠 PAM4 加上 ADC-DSP 接收机加 FEC 的组合拳。
这个数字背后的道理在于均衡器的能力边界。一个典型的发送端 FFE 加接收端 CTLE 加 DFE 的组合,能补偿的损耗是有限的。CTLE 的峰值增益通常也就 10dB 到 15dB 量级,再往上提会把高频噪声一起抬起来;DFE 的抽头数量做到 5 到 10 个已经算多了,而且 DFE 有个先天缺陷——它只能消除因果性的后游标干扰,对前游标干扰无能为力,同时还有误码传播的风险。
所以我在做链路方案评估时,第一步永远是拿到信道的 S 参数,看插入损耗曲线,看回波损耗,看串扰。这三个东西决定了你能不能用某个方案。没有 S 参数就开始讨论均衡参数,那是瞎调。
2.2 从 NRZ 到 PAM4 的链路预算拆解
把链路预算拆成一张表会更清楚。下面这张表是我自己常用的粗算框架,实际项目里每一项都要按具体器件手册和板材数据替换:
| 预算项 | NRZ 56Gbps | PAM4 112Gbps | 说明 |
|---|---|---|---|
| 波特率 | 约 28GBd | 约 56GBd | PAM4 每符号 2 比特 |
| 奈奎斯特频率 | 约 14GHz | 约 28GHz | 均为波特率的一半 |
| 发送摆幅(差分峰峰) | 800mV 左右 | 800mV 左右 | 受工艺和功耗约束 |
| 单眼高度(理想) | 约 800mV | 约 267mV | PAM4 眼高约为 NRZ 三分之一 |
| 固有 SNR 代价 | 0dB | 约 9.5dB | 20log10(3) |
| 信道插损(奈奎斯特处) | 约 12dB | 约 20dB 至 25dB | 取决于板材与走线长度 |
| 均衡后残余损耗 | 约 3dB 至 5dB | 约 6dB 至 9dB | FFE + CTLE + DFE 联合 |
| 所需 FEC | 通常不需要或轻量 | 普遍需要 | 常见为 RS 码,开销 2% 至 6% |
看这张表要注意一件事:PAM4 的眼高在理想情况下就已经只有 NRZ 的三分之一,这意味着它对任何额外的幅度损失都极其敏感。比如一个电源噪声耦合进来,NRZ 链路可能毫无感觉,PAM4 链路眼图马上就塌了。所以在 PAM4 设计里,电源完整性和参考时钟质量的重要性会被放大好几倍,这不是危言耸听,是实测中反复验证过的。
2.3 什么场景守住 NRZ,什么场景必须上 PAM4
场景判断这件事,我一般按三条线来划。
第一条是距离。板内芯片到芯片的短距离互连,如果走线控制在 10 英寸以内,用低损耗板材,NRZ 跑到 56Gbps 是完全可行的,而且功耗和复杂度都更低。一旦超过板级范围,走背板或者线缆,损耗上去之后 PAM4 就是必选项。第二条是功耗预算。PAM4 的发送驱动器和接收机架构更复杂,尤其是 ADC-DSP 架构的接收机,功耗可能是纯模拟架构的两三倍。在散热受限的场景里,这个因素会反过来压制你选 PAM4。第三条是延迟。FEC 会引入编解码延迟,在存储或者某些对延迟敏感的互连场景里,这个延迟是要认真评估的。
我做过一个项目,链路距离不长但机箱内部温度很高,最后选了 NRZ 方案而不是 PAM4,原因就是 PAM4 的额外功耗会让结温超标。这种取舍在教科书里不会写,但在实际项目里天天发生。所以别把 PAM4 当成"更先进所以更好",它只是在一个特定约束组合下的最优解,约束变了,答案就会变。
3. 链路关键模块与参数配置的实操要点
3.1 发送端 FFE:抽头不是越多越好
发送端的前馈均衡(FFE)本质上是一个多抽头的 FIR 滤波器,通过对当前符号和前后符号加权求和,在发送端就预先补偿信道的高频衰减。最常见的配置是 3 抽头(前游标、主游标、后游标)或者 4 抽头。
抽头系数的物理意义要搞清楚:主抽头(main cursor)决定主信号的幅度,后游标抽头(post-cursor)用来抵消信号在时间上拖尾造成的码间干扰,前游标抽头(pre-cursor)用来补偿信道的非最小相位特性。所有抽头的绝对值之和不能超过主抽头能提供的总驱动能力,否则会出现电压压缩,信号摆幅下降,这是 FFE 配置里最常见的错误。
我在实际调试里的做法是:先用信道 S 参数做通道仿真,用 IBIS-AMI 模型跑统计眼图,扫一遍抽头组合,找到眼高眼宽最优的一组作为初始值,再上板细调。直接在板上瞎扫抽头效率极低,因为一次参数下发、等待链路稳定、读误码计数,这个循环可能要几十秒,全组合扫下来几天就没了。
注意:FFE 的前游标抽头会显著增加发送端的输出摆幅要求,激进地加大前游标往往换来的是整体幅度压缩,眼高反而变小。如果仿真显示需要很大的前游标,通常说明信道的前游标干扰很严重,这时候更该考虑的是换板材或者缩短走线,而不是在均衡上硬扛。
还有一点是 PAM4 下 FFE 的线性度问题。NRZ 只有两个电平,驱动器的线性度要求不高;PAM4 有四个电平,如果驱动器的输出级在高电平处提前饱和,四个电平的间距就不均匀,中间那只眼会特别小。这种"眼图不对称"的现象我在早期几版硬件上都遇到过,最后是靠调整输出级的偏置和负载解决的。所以看 PAM4 眼图时一定要分别看三只眼的高度,不能只看总高度。
3.2 接收端 CTLE 与 DFE 的分工
CTLE 是连续时间线性均衡器,本质是一个高频增益可调、低频增益固定的模拟滤波器。它的作用是把信道衰减的高频段抬回来,让整体频响变平。关键参数是直流增益和峰值增益,以及峰值所在的频率位置。峰值频率设错是很常见的问题——设低了补不到奈奎斯特频率,设高了会把噪声抬起来。
DFE 是判决反馈均衡器,它用已经判决出来的历史符号去预测并减去当前符号上的后游标干扰。DFE 的好处是不放大噪声,因为它作用在判决之后。坏处是它只能处理后游标,而且一旦判错,错误会在后续符号上传播,这就是误码传播。在 PAM4 里这个问题更严重,因为判决门限有三个,任一门的误判都会污染反馈。
实际配置时,我一般的顺序是先调 CTLE 把眼图大致打开,再加 DFE 抽头把残余的后游标压掉。CTLE 调过头最典型的表现是眼图看起来"尖"但不"宽",也就是眼高上去了眼宽没改善,这时候读误码会发现误码率反而变差,因为噪声被放大了。这个现象特别容易被误判成"均衡不够",然后继续加 CTLE,越加越差。
DFE 抽头的数量选择要看信道。短走线 1 到 2 个抽头就够,长背板可能要 5 个以上。抽头数增加会带来功耗和面积代价,同时误码传播风险也上升。所以有些设计会在 FFE 和 DFE 之间做分工:让发送端 FFE 多承担一些后游标补偿,接收端 DFE 少开几个抽头,整体稳定性和功耗都更好。这个思路在 PAM4 链路里我见得比较多,因为接收端的功耗压力实在大。
3.3 CDR 与参考时钟:抖动的账要提前算
CDR 的工作是从数据跳变中恢复时钟。它的两个核心指标是抖动容限和抖动传递特性。对 NRZ 来说,每个 UI 里最多只有一次跳变;对 PAM4 来说,因为有四个电平,相邻符号之间的跳变幅度可能很小,甚至不跳变——比如从电平 1 到电平 2,幅度变化只有三分之一。这会导致 CDR 的相位检测器输入信号变弱,环路增益下降,抖动容限变差。
这就是为什么 PAM4 链路的参考时钟质量要求比 NRZ 严格得多。参考时钟的随机抖动会直接传递到发送端输出,在 PAM4 里这个抖动相对于已经缩小的眼宽占比更大,眼图闭合更快。
抖动预算我一般这样拆:总抖动预算按 UI 的百分比分配,比如 0.3UI 作为总目标;其中参考时钟贡献的随机抖动按均方根值折算,发送端 PLL 的带内抖动传递要留够余量,信道引入的确定性抖动(主要是码间干扰和数据相关抖动)单独算一块。这三块在统计上不是简单相加的关系,随机部分用均方根合成,确定性部分线性相加,最后再看总的浴盆曲线是否满足目标误码率。
实际选晶振的时候,我倾向于把相位抖动指标往严了选,因为这一块的余量事后基本没法补。板子做出来之后发现时钟不够干净,除了换器件没有别的办法。这个教训我吃过一次,代价是整整一版硬件的返工。
3.4 ADC-DSP 接收机架构与 ENOB 的关系
112G PAM4 之后,纯模拟的接收机架构越来越吃力,主流方案转向了 ADC-DSP 架构:先用高速 ADC 把模拟信号采下来,后面所有均衡、CDR、判决全部在数字域做。好处是灵活性极高,FFE、DFE、MLSE 各种算法都能软件配置,甚至可以做自适应;坏处是对 ADC 的采样率和有效位数(ENOB)要求极高。
这里的核心约束是:ADC 的 ENOB 直接决定了接收机能达到的信噪比上限。PAM4 本身已经损失了 9.5dB 的 SNR,如果 ADC 的 ENOB 不够,量化噪声会在这个已经很紧张的信噪比预算里再挖走一块。而且 ADC 前面的模拟前端(缓冲器、可变增益放大器)也会贡献噪声,整个接收机的噪声系数是要一起算的。
我在评估这类接收机 IP 时,会特别关注厂商给的 ENOB 是在什么输入频率和什么采样率下测的。有些数据是在低频下测出来的漂亮数字,放到奈奎斯特频率附近就掉得很厉害。这个细节如果不问清楚,选型很容易踩坑。
实操心得:ADC-DSP 架构的链路调试,优先看数字域的眼图监视器输出,而不是直接上示波器。芯片内部通常有眼图扫描功能,能看到均衡后的实际眼图,这个信息比外部探测准确得多,也避免了探头加载对信号的影响。
4. 实测与调试:眼图、浴盆曲线与 FEC 的那些事
4.1 眼图怎么读,PAM4 的三只眼有什么特殊性
眼图是把长时间的数字波形按 UI 周期叠加出来的统计图形。NRZ 只有一只眼,看的是眼高、眼宽、交叉点位置和抖动。PAM4 有三只眼,从上到下分别对应电平 3 到 2、2 到 1、1 到 0 的判决区间。三只眼的高度和宽度可能不一致,这是 PAM4 眼图分析的核心。
我读 PAM4 眼图的第一眼是看三只眼是否均衡。如果最上面和最下面那两只眼明显比中间那只大,说明电平间距不均匀,通常是驱动器非线性或者接收端增益压缩导致的。如果三只眼都偏小但均匀,那大概率是信道损耗或者均衡不足。这两种情况的处理方向完全不同,前者要调线性度,后者要加均衡。
第二个看的是眼图的水平张开度,也就是在目标误码率下的眼宽。PAM4 因为有三个判决门限,每个门的眼宽都要单独满足要求,取最差的那个作为整体指标。实际测试里经常出现中间那只眼的眼宽最窄,因为它的两个相邻电平都容易受到上下电平的干扰。
第三个看的是噪声分布的形状。理想的眼图内侧应该是干净的区域,如果内侧有大量轨迹穿过,说明确定性抖动或者码间干扰没消干净。PAM4 因为眼高小,这些轨迹更容易侵入判决区域,表现出来就是误码。
发送端的 PAM4 质量评估,行业里用的是一个叫 TDECQ 的指标,它综合考虑了发射机的噪声、抖动和色散代价,用一个 dB 数值表示。这个数值越小越好,实际项目里一般要求控制在 2dB 到 3dB 以内。TDECQ 超标的话,问题多半在驱动器线性度或者时钟质量上,得往回查。
4.2 误码率测试与浴盆曲线
误码率测试是链路验证的终极裁判。做法是让误码仪发送已知的伪随机序列,接收端统计错误比特数,算出误码率。目标通常是 1e-12 或者更低,对应到实际业务里就是"几天才可能错一个包"这种量级。
问题在于,直接测到 1e-12 需要极长的时间。假设链路跑 112Gbps,测到 1e-12 大约需要观测 1e12 个比特,也就是十几秒钟,看起来还行;但如果你的实际误码率在 1e-15 量级,要等它出现一个错误就得几分钟到几十分钟。所以工程上普遍用外推法:测一个相对较高的误码率区间(比如 1e-8 到 1e-10),画出浴盆曲线,然后按曲线的斜率外推到目标误码率。
浴盆曲线的横轴是采样相位,纵轴是该相位下的对数误码率,形状像浴盆,中间平底区是可用采样窗口。曲线的两侧斜率反映抖动性质:斜率陡说明抖动主要是确定性抖动,斜率缓说明随机抖动占比大。这个信息很有用,因为随机抖动没法通过调均衡改善,只能靠改善时钟或者降低速率。
我在实际项目里碰到过一个很典型的情况:浴盆曲线整体平移,中心相位偏了。查下来是 CDR 的相位检测器有个固定偏置,导致采样点系统性偏移。这种情况眼图看着还行,但误码率就是上不去,非常难查。后来是通过扫 CDR 的相位偏移寄存器,找到最优值之后固定下来解决的。
注意:误码率测试一定要用足够长的伪随机序列,短序列(比如 PRBS7)会低估码间干扰的影响,因为它不产生长连 0 和长连 1 的低频成分。PAM4 链路我一般至少用 PRBS13Q 或者 PRBS31Q,虽然测试时间长,但结论才靠得住。
4.3 FEC 不是万能药,喷头和开销都要算
PAM4 链路普遍要上 FEC,常见的是 RS 码。开销 2% 到 3% 的方案能纠正的错误有限,开销 5% 到 6% 的方案纠错能力强一些。FEC 的作用是把误码率从 1e-6 量级压到 1e-15 量级,这个跨度很大,所以很多人会误以为"有 FEC 兜底,链路差点也没关系"。
这个想法很危险。FEC 的纠错能力是有上限的,误码率一旦超过它的门限,就会出现"纠错悬崖"——误码率突然从几乎为零跳到完全不可用。这不是渐变,是断崖式失效。而且 FEC 的纠错能力是按最坏情况预留的,链路里如果既有随机误码又有突发误码,突发误码会把 RS 码的纠错符号预算消耗得很快,实际可用余量远小于纸面数字。
所以正确的做法是把 FEC 当成余量,而不是当成补救手段。链路的裸误码率(FEC 之前)要留足够的余量,一般要求裸误码率比 FEC 门限低两个数量级以上,这样才能扛住温度漂移、电压波动和器件老化带来的退化。
还有一件事是延迟。FEC 的编解码需要缓冲,码块越大延迟越高。在一些对延迟敏感的场景里,这个延迟可能是不可接受的,这时候就得反过来要求在更低的开销下达到目标误码率,对链路质量的要求反而更高。
5. 常见问题与排查经验速查
5.1 典型故障现象和定位顺序
链路调不通的时候,最忌讳的是没头苍蝇式的乱试。我一般按固定顺序排查:先确认时钟和电源,再看发送端波形,再看接收端均衡后的眼图,最后看误码统计。这个顺序是从确定性强到确定性弱,能最快排除掉最基础的问题。
下面这张表是我整理的高频问题速查表,涵盖了我实际遇到过的大部分情况:
| 现象 | 可能原因 | 定位方法 | 处理方向 |
|---|---|---|---|
| 链路完全无法建立 | 参考时钟缺失或频偏过大 | 测参考时钟频率与相位噪声 | 检查时钟源与配置分频 |
| 眼图三只眼不均匀 | 驱动器线性度不足或输出压缩 | 看发送端单端波形电平间距 | 降低 FFE 幅度,调整偏置 |
| 眼高够但眼宽不足 | 抖动过大或 CTLE 峰值频率偏低 | 扫 CTLE 峰值频率,看浴盆曲线斜率 | 调高 CTLE 峰值频率 |
| 误码率随温度升高恶化 | 均衡余量不足 | 高低温循环测裸误码率 | 增加 FEC 余量或优化均衡 |
| 长时间运行偶发误码 | 电源噪声或串扰 | 观察误码与业务负载的相关性 | 加强电源去耦,检查串扰 |
| 特定码型下误码暴增 | 码间干扰未收敛 | 换不同 PRBS 序列对比 | 增加 DFE 抽头 |
用这张表的要点是:先区分"完全不通"和"能通但误码高"这两大类。完全不通通常是时钟、电源、复位、配置这类基础问题;能通但误码高才是信号完整性问题。这两类的排查路径完全不同,别混在一起。
5.2 板级设计与走线的几条硬经验
信号完整性的很多问题在原理图阶段就注定了,PCB 做出来之后能改的余地不大。我把这些年积累下来的几条硬经验列出来,都是踩过坑换来的。
过孔的残桩(stub)在高速链路里是隐形杀手。一个没用背钻的通孔,残桩会在特定频率上产生谐振,把那一小段频段的损耗拉得很高。28GHz 附近的谐振对 112G PAM4 链路影响特别明显,表现出来就是眼图上有规律的凹陷。所以高速链路用过孔必须背钻,而且要控制背钻深度,残桩长度一般要求小于 8mil,更高速率下要求更严。
换层时的参考平面处理也很关键。信号从一个参考平面换到另一个平面,如果两个平面不是同一网络,回流的路径就断了,会在换层点产生严重的阻抗不连续。这种情况下必须加缝合电容,而且要加在信号过孔附近,不是随便找个位置放几个就行。
差分对内的偏斜控制,在 PAM4 里比 NRZ 严格。因为 PAM4 的眼宽本来就小,对内偏斜会直接吃掉眼宽。我一般要求对内偏斜控制在 5mil 以内,走线绕等长的时候要注意绕线的形状,等长不等于等相位,绕成很紧的螺旋反而会引入额外的寄生参数。
连接器和线缆的选择容易被低估。很多人把注意力全放在 PCB 上,结果连接器那里损耗一大截。背板连接器在 28GHz 处的插损和串扰指标必须拿到实测数据,不能只看厂商给的典型值。线缆的屏蔽和接地处理也要按规范做,尤其是多通道并行的时候,相邻通道之间的串扰在 PAM4 下会被放大。
实操心得:做高速链路设计时,我习惯在关键网络上预留测试点和调试用的可调元件位。比如 CTLE 的配置电阻、参考时钟的串联匹配电阻、电源的额外去耦位。这些位置在调试阶段能救命,代价只是几个平方毫米的板面积。等到板子回来发现没法调,那才叫真的难受。
还有一条是关于电源的。PAM4 链路里,发送端驱动器对电源噪声极其敏感,因为电源噪声会直接调制到输出电平上,让四电平的间距发生抖动。我的做法是给高速收发器的模拟电源单独做一路 LDO,和数字电源彻底分开,去耦电容按频段分层布置,小容值靠近管脚,大容值稍远。这个做法看着保守,但实测下来对眼图的改善很实在。
5.3 从 112G 往 224G 走要注意的架构变化
224G PAM4 的奈奎斯特频率已经推到 50GHz 以上,这个频段上传统 FR4 板材基本没法用了,必须换超低损耗板材。同时,纯靠 FFE 加 CTLE 加 DFE 的架构已经很难闭合链路,业界普遍在往更强的数字信号处理方向走,比如最大似然序列检测这类算法,用计算复杂度换信噪比增益。
另外 224G 下对封装和信道协同设计的要求也高了很多。芯片封装内的走线损耗在 50GHz 处已经不能忽略,必须把封装、PCB、连接器当成一个完整的信道来做联合优化。以前那种"芯片管芯片、板子管板子"的分工方式已经行不通了,得从系统层面统一做通道仿真。
这个趋势对做硬件的人来说意味着技能栈要扩。光会画板子不够,得看得懂 S 参数、会跑通道仿真、能理解均衡算法的原理。我自己也是从纯硬件转过来的,这个过程不轻松,但确实是绕不过去的路。
最后分享一个小习惯:我在每个项目结项时都会把链路的关键参数、实测眼图、误码率数据和最终配置存一份档案。做过几个项目之后你会发现,很多问题的解法是高度相似的,有一份自己的实测数据库,下次遇到同类问题能省掉大量时间。这些数据比任何文档都值钱,因为它们是你在真实硬件上验证过的。