PAM4 = 4-level Pulse Amplitude Modulation (4値パルス振幅変調)
　伝送信号の周波数が高くなると伝送損失が大きくなってしまうため、Lane単位における帯域幅要求を減らす目的で導入された伝送方式

現在主流の伝送方式は「NRZ(Non Return to Zero)」
　NRZ ：2値情報伝達 (0,1=1bit) → Eye開口が1つ
　PAM4 ：4値情報伝達 (00,01,10、11=2bit) → Eye開口が3つ

採用(予定含)されている主なインターフェース
400Gイーサネット PCIe Gen6.0 GDDR6 NandFlash Memory new!

<メリット>
同じ伝送周波数であればNRZに対して2倍の情報量を伝送出来る。
逆に言うとNRZでPAM4と同じ情報量を伝送するためには2倍の周波数にする必要がある。

<デメリット>
NRZで0,1を表現していた電圧レベルと同一電圧レベルとした場合、その間に新たに2つの電圧レベルが必要になるため、NRZが1つのEyeに対して、PAM4は3つのEyeとなる。
したがって各レベル間の振幅はNRZの1/3になるため、ノイズが混入した場合に影響を受けやすくなり信号雑音比(SNR)が厳しくなることから、これまで以上にプリント基板の伝送線路特性(インピーダンスアンマッチ、挿入損失、クロストーク)にケアが必要になる。

QSFP-DD モジュール通信を想定し、検証基板を作製。
事前にシミュレーションをした結果と実機から得られる実測結果を比較することとした。
　
Tips QSFP-DDとは
　・56Gbps×8Lane(4Lane×2=Double-lane Density) PAM4伝送
　・ケージの物理実装はQSFP+/QSFP28/QSFP56に対して下位互換
　・基板上の端子形態はQSFP56比でLane増加分2列構成

青線がFEM電磁界シミュレーション結果でピンクが実測を示す。

シミュレーションと実機で高い相関を確認した。これによりPAM4伝送帯域においても
事前シミュレーションは有効で開発のシフトレフトに適した手段であることが確認できた。
※図中の灰色線はFEM以外の電磁界解析結果を示す。
5GHzを超えるような高周波信号の解析には適切なパラメータ運用と電磁界エンジンの選択が必須である。

紹介した内容以外に、基板材料の違いや、ビアのインピーダンスシミュレーション、導体粗さの考察などを実施。
詳しくは弊社までお問い合わせください。