PAM4的CDR

以上是基于NRZ 的CDR的介紹，到了PAM4以后，時鐘數(shù)據(jù)又怎么恢復的呢？PAM4 CDR相對于NRZ信號的CDR而言，其設計難度增大。但是其基本原理差不多，都是依據(jù)PLL實現(xiàn)時鐘鎖定。

圖6 PAM4 CDR結(jié)構

PAM4的時鐘提取

1）串并轉(zhuǎn)換，將25 GBaud的PAM4信號轉(zhuǎn)成4路并行的6.25 GBaud PAM4信號，并行化的好處是降低每路的波特率（速率），讓PLL更容易捕捉頻率和相位，也會獲得更好的抖動性能。

2）PD的核心部分是其前端電路 （PD-FE），它由并行的3 條數(shù)據(jù)通路和1條邊沿通路構成，而每條通路均包含了1個判決器。PD-FE中除3位判決器之外通過一種新型的積分器，用來實現(xiàn)前述相鄰數(shù)據(jù)的積分，并據(jù)此給出調(diào)節(jié)時鐘相位的超前（DN） /滯后（UP）信號，進而控制鎖相環(huán)路中的CP對環(huán)路濾波器（LPF）充放電流，閉環(huán)調(diào)節(jié)時鐘相位。

CDR的測試應用

1、實際測試中為什么需要CDR？

通常測試光模塊眼圖或者BER時，需要一個時鐘和被測光信號同步，才能進行眼圖或者BER測試。前面介紹了CDR的基本原理，那么實際應用中為什么需要CDR呢？

標準定義：

Ethernet IEEE 802.3,Fibre Channel, 以及OIF-CEI協(xié)議里規(guī)定，測試抖動，眼高/眼寬必須使用時鐘恢復；

測試場景需要：

針對NRZ測試方面，如果待測件環(huán)境無法提供時鐘輸出，此時則需要CDR從信號中來提取時鐘；針對PAM4測試方面，特別是400G的光模塊，成為業(yè)界關注的重點。當前400G主流的光模塊，不論是400G-FR8/LR8還是400G-FR4/DR4的實現(xiàn)方式其電口側(cè)都是8路53 Gbps PAM4信號。

對于400G-SR8/FR8/LR8等模塊來說，光模塊內(nèi)部只是做CDR（時鐘恢復）以及電/光或光/電轉(zhuǎn)換，因此光口側(cè)與電口側(cè)一樣，也是8路53 Gbps PAM4信號。此種情況測試光眼圖BER，可以采用電口側(cè)的時鐘作為示波器的trigger（此時時鐘和光信號是同步的），也可以CDR來提取時鐘。

但是對于400G-DR4/FR4/LR4等模塊來說，光模塊內(nèi)部還有Gearbox DSP芯片做了retime處理，把兩路電口輸入復用成一路信號再調(diào)制到光上，因此光口側(cè)的速率是電口側(cè)速率的2倍，即4路106 Gbps PAM4信號。此時電口側(cè)和光口側(cè)的時鐘不同步，我們則必須要用一個外部的CDR來提取時鐘，以便trigger和光信號同步，才能測試106 Gbps的光眼圖。

圖7 53G CR

2、CDR對測試的影響

a）Loop Bandwidth

PLL帶寬選擇越寬，信號越容易鎖定，容忍信號的變化范圍也大，但是輸出的抖動也大；PLL帶寬越窄，輸出抖動越小，但是信號有變化時容易失鎖。

圖8 不同BW的CR輸出

b）輸出抖動

理想情況下PLL能及時追蹤到數(shù)據(jù)跳變沿（即鎖住相位），輸出的時鐘與輸入數(shù)據(jù)同相，即抖動為零。實際情況中,當連續(xù)邊沿的抖動變化太快時，PLL不能及時追蹤到邊沿的變化，于是恢復的時鐘和數(shù)據(jù)邊沿存在抖動，它的抖動傳遞函數(shù)（Jitter Transfer Function）的頻響為高通濾波特性。這個抖動最終會傳遞到光眼圖上，影響mask margin，TDEC/TDECQ等指標。TDECQ的測試中，對CDR的要求是環(huán)路帶寬4MHz, slope 20dB/dec。

圖9 抖動傳遞

總結(jié)

隨著光通信的不斷發(fā)展，PAM4技術的引入、數(shù)字芯片在光模塊中的使用，以及后續(xù)的COBO/CPO封裝的應用，在各種測試場景里，都需要使用到CDR以確保符合規(guī)范并進行準確的測試。

引用資料： 《面向5G通信的高速PAM4 信號時鐘與數(shù)據(jù)恢復技術》