通过PCB互连的信令通常采用两级脉冲，编码为1和0或位。它被称为NRZ(不归零)或PAM-2行代码类型。然而，使用NRZ代码提高数据速率也带来了一些障碍。对于一个28 Gbps的NRZ信号，当主频谱瓣低于28 GHz时，比特时间约为35.7 ps。对于56 Gbps的NRZ信号，位时间约为17。86 ps，主谱瓣低于56 GHz。我们已经看到了这个问题:至少可以说，让PCB互连分析和测量达到56 GHz以上是非常具有挑战性的。此外，预期的衰减(介电、导体和粗糙度损失)也将成为56 GHz NRZ的障碍。

为了降低信号带宽，4级脉冲幅度调制(PAM-4)在生产板上被更多地使用。符号00、01、10和11不是作为单个比特，而是由4级脉冲编码，并且符号时间比具有相同数据速率的NRZ信号的比特时间大两倍。56 Gbps的PAM-4大约是35.7 ps，与28 Gbps的NRZ相同!如果我们知道如何设计与28 Gbps NRZ测量相关的互连，那么移动到56 Gbps NRZ会是“免费的午餐”吗?不那么容易，正如我从Alex Manukovsky的教程“与25 Gb NRZ和56 Gb PAM4应用程序的实验室测量相关的通道建模和仿真的逐步指南”和小组讨论“闭上眼睛的情况:PAM是答案吗?”NRZ死了吗?”

因此，为了了解问题，我决定做一个数值实验，并比较我们在DesignCon2018论文M. Marin, Y. Shlepnev“40 GHz PCB互连验证:期望与现实”中介绍的测试板EvR-1的NRZ和PAM-4信号互连的可预测性(论文和完整的报告可用在这里．)

我们使用“沉或游”公式进行可预测的互连设计，即基于以下组件:互连几何调整+确定的材料模型+验证软件->可预测的互连．有了这三个组件，我们就能够可靠地预测EvR-1板上大多数互连结构的行为，而无需对28-30 Gbps NRZ信号进行额外的调整或校准。例如，这里是一个简单的差动链接，有两段1.1英寸微带线，两对背钻孔，1.5英寸带线和四个压合连接器和发射，进行测量:

过孔，轨迹大小和形状被调整以匹配实际制造的结构(记住，这些板不是按设计制造的)。采用gms参数技术，在适当的介质损耗和导体损耗分离的情况下，对2个微分微带和2个微分带段测量了s参数，确定了介电和导体粗糙度模型(详情见论文)。频率域的测量相关性分析在30 GHz范围内是可以接受的，TDR显示出与低成本PCB互连一致的变化:

这种相关性实际上足以可靠地预测28 Gbps NRZ信号的眼图，如下所示(15 ps上升和下降时间，PRBS-32):

考虑到与生产板非常相似的低成本制造，5.5%的眼睛高度差异和1.5%的眼睛宽度差异实际上并不坏。现在，让我们试着预测56 Gbps的PAM-4，具有完全相同的15 ps升降时间和PRBS-32:

振幅误差相对较小。在NRZ的情况下，现在有大约25%的误差!眼睛的宽度也不能准确预测。有什么问题吗?显然，三只眼睛的眼孔变小了，相对误差自然就增大了。让我们看看用于生成上面的眼睛图的信号光谱(用DFFT计算有限序列的比特和符号):

在这种情况下，NRZ信号的功率大约是PAM-4信号的两倍，具有双倍的数据速率和相同的上升/下降时间和相同的振幅。对于这两种信号类型，第二波瓣的功率与第一个波瓣的功率之比大致相同。28 Gbps NRZ信号的位时间等于56 Gbps PAM-4信号的符号时间。对这两个信号的分析精度取决于28 GHz以上模型的精度，28 GHz是频谱的第二波瓣所在的位置。这种情况下的模型与大约30 GHz以上的测量不相关，因为过孔失去了定位特性。这种不准确性并没有阻止28 Gbps NRZ信号的可接受相关性。但是，使用56 Gbps PAM-4时，模型的精度降低了。在这种情况下，看起来28ghz以上的信号能量更重要，以便进行与测量相关的分析。在这种情况下，相关性的缺失可能不会阻止链接操作-轻微的眼睛退化将由自适应Rx/Tx处理。对于Tx/Rx合规边界上的链接，情况可能有所不同。

最重要的是，与NRZ相比，具有两倍数据速率的PAM-4链路建模更具挑战性。模型的相关带宽应扩展到pam -4。这意味着设计过程必须包括制造调整和材料模型识别，最重要的是，互连分析软件应该对56 Gbps的PAM-4链路进行高达40-50 GHz的验证。这听起来可能很荒谬，但大多数互连分析工具都没有经过验证，而且也不能进行验证。验证的关键是进行最少数量的初始步骤(几何调整和材料模型识别)，并将该工具应用于典型的互连结构，而无需进一步调整。大约5年前，我们与Wild River Technology合作推出了CMP-28板，并在DesignCon2018上与Infinera的Marko Marin在EvR-1板上进行了演示。这都是关于构建过程和验证工具。建议:不要仅仅因为你花了很多钱就相信工具供应商，或者它是“3D电磁”，或者营销人员说该工具是准确的，甚至是“智能的”，并经过验证并展示了几个案例。验证一切!