2. 高速串行信号基础
高速串行链路验证的所有指标，最终都落在“眼图张不张得开”这一件事上。而眼图是否张开，由调制方式、码型、抖动、噪声、均衡和链路预算共同决定。理解这几个量的物理含义与相互制约关系，是后续用示波器、误码仪和矢量网络分析仪做验证的前提。
一、NRZ与PAM4：每符号携带多少比特
NRZ（不归零）是最基础的调制方式，一个符号周期（UI）只表示1 bit：高电平代表逻辑1，低电平代表逻辑0。PAM4（四电平脉冲幅度调制）在同一个UI内使用四个电平，每个符号携带2 bit，电平映射通常为：00 → -3、01 → -1、11 → +1、10 → +3（以归一化幅度表示，具体映射由协议规定）。
关键差别在于：相同符号率下PAM4比特率翻倍，但代价是眼高只剩NRZ的约1/3。以56 GBd为例，NRZ对应56 Gb/s，PAM4对应112 Gb/s；若NRZ眼高为800 mV，PAM4理想眼高约267 mV，且存在三个眼（上、中、下），中间眼由01与11之间的跳变形成，最容易闭合。因此PAM4对噪声、抖动和线性度的要求远高于NRZ，验证时必须分别测量三个眼的眼高、眼宽和信噪比。
二、码型：为什么用PRBS而不是全0全1
码型决定信号的频谱内容和最坏情况。常用测试码型包括：
- PRBS7/PRBS9/PRBS15/PRBS31：伪随机二进制序列，周期分别为2⁷-1、2⁹-1等，用于模拟真实数据的随机性，覆盖不同低频成分。
- PRBS13Q/PRBS31Q：PAM4专用四电平伪随机序列，Q表示四电平。
- SSPRQ：短压力码型，专门用于PAM4，包含最坏情况的电平跳变组合，能快速暴露均衡器与时钟恢复的弱点。
- 全0、全1、1010：用于测直流电平、时钟恢复锁定和周期性抖动，但不代表真实数据。
选择原则：验证接收机容限用PRBS31或SSPRQ；调试均衡器用SSPRQ；测时钟恢复用1010或PRBS7。码型越长，低频成分越丰富，越容易激发基线漂移和AC耦合效应。
三、抖动与噪声：眼图闭合的两个来源
抖动是信号边沿在时间轴上的随机或确定性偏移，单位常用ps（峰峰值）或UI（1 UI = 1/符号率）。以56 GBd为例，1 UI ≈ 17.86 ps。抖动分为：
- 随机抖动RJ：高斯分布，用RMS值描述，无界，通常用σ表示。
- 确定性抖动DJ：有界，包括周期性抖动PJ、数据相关抖动DDJ（由码型引起）、占空比失真DCD。
- 总抖动TJ：在给定误码率（如1E-12）下，TJ = DJ + 2×Q×RJ，Q为与BER对应的分位数（1E-12时Q≈7.03）。
噪声是信号在幅度轴上的扰动，用SNR或噪声RMS描述。PAM4中常用信噪比SNR和电平分离度（Level Separation Mismatch Ratio, RLM）衡量。RLM理想值为1，若某电平间距明显偏小，说明驱动器或信道非线性严重，该眼会提前闭合。
四、均衡：补偿信道损耗
高速信道（PCB走线、连接器、电缆）对高频衰减大，导致码间干扰ISI。均衡分发送端和接收端：
- TX FFE：发送端前馈均衡，用预加重/去加重补偿，抽头数常见3~5 tap，系数可调。
- RX CTLE：连续时间线性均衡，模拟高通，提升高频增益，常用峰值增益（如6~12 dB）和零点位置描述。
- RX DFE：判决反馈均衡，用已判决符号消除后续码间干扰，抽头数常见1~15 tap。
验证时通常先扫CTLE增益，再调DFE抽头，最后看眼高和BER是否收敛。均衡过度会放大高频噪声，因此存在最优工作点。
五、链路预算：把损耗、抖动、噪声算进一张账
链路预算的核心是：发送端输出幅度减去信道损耗、串扰、反射、抖动和噪声代价后，接收端仍需满足最小眼高和BER要求。简化关系为：
接收眼高 ≈ 发送幅度 - 信道插入损耗 - 串扰 - 反射 - 均衡残差
接收眼宽 ≈ UI - TJ - 占空比失真 - 时钟恢复误差
链路余量 = 接收眼高 - 接收机灵敏度要求以112 Gb/s PAM4、56 GBd为例，UI≈17.86 ps，若TJ=0.25 UI≈4.46 ps，则眼宽余量约13.4 ps；若接收机要求眼高≥50 mV，而实际眼高仅40 mV，则链路余量为负，需要调整均衡或降低损耗。
六、验证时的观察顺序
实际验证中，建议按“先看幅度、再看时间、最后看均衡”的顺序推进：先用示波器测发送端眼图，确认幅度和RLM；再测抖动分解，区分RJ和DJ；然后扫CTLE和DFE，观察眼高与BER是否同时改善；最后用误码仪在目标BER下测接收灵敏度，计算链路余量。若余量为负，优先检查信道损耗和串扰，再考虑增加均衡抽头或降低符号率。
把调制、码型、抖动、噪声、均衡和链路预算串起来看，高速串行验证就不再是零散指标的堆砌，而是一条从发送到接收、从幅度到时间、从物理层到误码率的完整证据链。