[发明专利]一种Duo-binary PAM4发射机及数据传输系统

说明书

为了解决传统NRZ和PAM4发射机在经过强信道下衰减过大功耗过高的问题，本发明提供一种Duo‑binary PAM4发射机及数据传输系统，本发明的Duo‑binary PAM4发射机包括伪PRBS发生器、预编码模块、双二进制模块、低速并串转换模块、4:1高速合路器和电压模驱动电路，4:1高速合路器包括四个独立的数据信号电流补偿电路，且四个数据信号电流补偿电路的输出端通过线与将四路信号进行叠加从而实现合路功能输出信号Y；数据传输系统包括接收机和前述Duo‑binary PAM4发射机。本发明采用Duo‑Binary PAM4编码解决信号衰减过大的问题，利用电流补偿架构的4:1高速合路器，降低了功耗，提升了时序裕度，拓宽了判决容限。

技术领域

本发明涉及芯片与光模块的互联、芯片与芯片的互联和以太网互连领域的有线通信技术，具体涉及一种Duo-binary PAM4发射机及数据传输系统。

背景技术

Duo-binary PAM4发射机是高速串口的数据发送端，用于将处理器、存储器或者传感器发出的多路并行数据串行化，并通过信道传输至接收机。如图1所示，现有Duo-binaryPAM4发射机主要包括伪PRBS发生器、预编码模块、双二进制模块、低速并串转换模块、4:1高速合路器和电压模驱动电路，其工作流程包括：(1)利用伪随机码发生器产生64路875Mb/s的并行信号；(2)利用预编码模块消除并行信号前后码元的相关性；(3)利用双二进制模块将输入信号转换为三电平信号(4)利用低速并串转换模块将64路875Mbps合成4路14Gbps的高速串行信号；(5)利用4:1高速合路器将4路数据串化成一路高速的数据流；(6)利用电压模驱动电路实现信号输出。由于双二进制信号进行传输时会出现差错传递，需要在进行双二进制转换前加入预编码电路来消除前后码元的相关性。

图2给出了Duo-Binary PAM4(DB-PAM4)的功率谱密度，112Gb/s Duo-binary PAM4信号的奈奎斯特频率频率为14GHz，而同速下的PAM4信号奈奎斯特频率频率为28GHz，NRZ信号为56GHz。图3给出在强信道下，Duo-binary PAM4信号、PAM4信号以及NRZ信号的信道衰减。Duo-binary PAM4信号衰减为20.9dB，PAM4信号衰减为36.16dB，NRZ信号达到70dB衰减。Duo-binary PAM4发射机不同于NRZ信号只有两个电平和两种跳变沿以及PAM-4信号具有4个电平和12种不同的跳变沿，Duo-binary PAM4具有7个电平和30种不同的跳变沿，有限的电平的跳变速度在Duo-binary PAM4中带来确定性抖动，显著压缩了眼宽。

如图3所示传统的4:1高速合路器，主要包含电感，电阻和四个完全相同的脉冲产生单元。采用电感拓宽了带宽，使用电阻控制了电路的电流。每个脉冲产生单元在两个相差90度相位的时钟驱动下产生1UI(Unit Interval，单位码元长度)的数据输出脉冲。这四个相同的脉冲产生单元然后在流水线时钟的驱动下将四路数据串行化成一路高速的数据流(CK0，CK90，CK180，CK270为相位相差90度的四个时钟)。其时序波形图如图4所示，当数据率达到100Gb/s时，传统的1/2速架构的合路器留给数据建立和保持的时间只有1UI(仅为10ps)，而合路器必须要提供充足的时序裕度以保证时序的正确性，因此需要设计能够有效扩展时序裕度的合路器。

发明内容

本发明要解决的技术问题：为了解决传统NRZ和PAM4发射机在经过强信道下衰减过大功耗过高的问题，提供一种Duo-binary PAM4发射机及数据传输系统，本发明采用Duo-Binary PAM4编码解决信号衰减过大的问题，利用电流补偿架构的4:1高速合路器，降低了功耗，提升了时序裕度，拓宽了判决容限。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：