2. SerDes信号与通道基础
SerDes 链路能否在接收端被正确判决，取决于“发送波形—通道传输—接收采样”这条链路上每一环对信号完整性的影响。本节把这条链路拆成六个相互关联的基础概念：调制方式决定每符号携带多少信息，差分信号决定抗共模干扰能力，通道损耗与回波损耗决定幅度和反射，串扰决定邻近信道的噪声注入，抖动决定采样时刻的不确定度，眼图则把这些效应综合成可判读的指标。理解它们之间的因果关系，是后续做均衡、预加重和通道预算的前提。
一、NRZ 与 PAM4：每符号携带的信息量
NRZ（Non-Return-to-Zero）每个符号周期只有两个电平，对应 1 bit；PAM4（4-level Pulse Amplitude Modulation）每个符号周期有四个电平，对应 2 bit。以 56 Gbaud 为例，NRZ 的比特率为 56 Gb/s，PAM4 则为 112 Gb/s。代价是 PAM4 的垂直眼高只有 NRZ 的三分之一（理想情况下），对噪声、非线性与幅度压缩更敏感。因此 PAM4 链路通常需要更强的 FEC 与更精细的均衡。
在工程上，判断是否采用 PAM4 的常见依据是：当单通道 NRZ 速率超过约 32 Gb/s 后，通道损耗与封装寄生使眼图难以闭合，此时改用 PAM4 以降低奈奎斯特频率。例如 112 Gb/s PAM4 的奈奎斯特频率为 28 GHz，而 112 Gb/s NRZ 需要 56 GHz，后者在常规 PCB 材料上损耗过大。
二、差分信号：共模抑制与阻抗约定
差分信号用一对互补走线传输，接收端取两者之差。外部共模噪声（如电源波动、邻近干扰）同时耦合到两条线上，相减后被抵消。差分对的三个关键参数是：单端阻抗 Z0（通常 50 Ω）、差分阻抗 Zdiff（通常 85 Ω 或 100 Ω）、共模阻抗 Zcm。Zdiff = 2×Z0×(1−k)，其中 k 为耦合系数，走线越近 k 越大，Zdiff 越低。
实际设计中，差分对内的两条线必须等长（skew 控制在 1~5 ps 以内）、等间距、参考同一完整地平面。若出现长度失配，部分差分信号会转换为共模信号，既增加 EMI，又降低接收眼高。过孔、连接器、AC 耦合电容处是 skew 与阻抗突变的高发位置，应优先在这些位置做补偿。
三、通道损耗与回波损耗
通道损耗（Insertion Loss，IL）描述信号经过通道后的幅度衰减，通常以 dB 表示，并随频率升高而增大。FR4 在 28 GHz 附近每英寸损耗可达 1~2 dB，而低损耗材料（如 Megtron 6、M7）可降到 0.5 dB/inch 左右。工程上常用“奈奎斯特频率处的损耗”作为通道预算的核心指标，例如 28 GHz 处 IL 为 20 dB 属于中等损耗，超过 30 dB 则需要更强的均衡或改用更低损耗材料。
回波损耗（Return Loss，RL）描述反射回来的能量，RL = −20log|Γ|，Γ 为反射系数。RL 越差（数值越小），说明阻抗不连续越严重，反射波会与主信号叠加形成码间干扰。常见突变源包括：过孔残桩、连接器、封装焊球、AC 电容焊盘。改善手段是控制阻抗连续性、缩短残桩、使用背钻或优化焊盘反焊盘尺寸。
四、串扰：近端与远端
串扰分为近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT）。NEXT 在发送端附近测量，主要由容性耦合与感性耦合共同决定；FEXT 在接收端测量，与走线长度、信号上升时间及两条线的传播速度差有关。在高速 SerDes 中，FEXT 通常比 NEXT 更值得关注，因为它会直接叠加在接收信号上。
控制串扰的常用方法：增加攻击线与受害线间距（3W 原则，即间距≥3 倍线宽）、避免长距离并行、在敏感信号之间插入地线或地平面、减少参考平面开槽。对于 112 Gb/s PAM4，串扰预算通常要求单条攻击线贡献的噪声不超过接收眼高的 5%~10%。
五、抖动：随机与确定性
抖动是采样时刻相对理想位置的偏差，分为随机抖动（RJ）和确定性抖动（DJ）。RJ 服从高斯分布，用 RMS 值描述；DJ 包括周期性抖动（PJ）、数据相关抖动（DDJ）和占空比失真（DCD），用峰峰值描述。总抖动 TJ 在给定误码率下由 RJ 与 DJ 卷积得到，常用公式为 TJ(BER) = DJ + 2×Q×RJ，其中 Q 由目标 BER 决定，例如 BER=1e-12 时 Q≈7.03。
DDJ 主要来自通道的码间干扰，是均衡器要处理的主要对象；PJ 常来自时钟或电源噪声；DCD 来自占空比偏差。测量时通常用示波器的 TIE（Time Interval Error）直方图分离 RJ 与 DJ，再外推到目标 BER。
六、眼图指标：把上述效应综合起来
眼图是把多个 UI 的波形叠加后形成的统计图。关键指标包括：眼高（Eye Height）、眼宽（Eye Width）、眼高/眼宽在 BER 轮廓下的值、抖动、信噪比（SNR）以及眼图交叉点。眼高反映垂直噪声与幅度压缩，眼宽反映水平抖动与码间干扰。工程上常看 BER=1e-12 或 1e-15 的眼图模板（Mask），判断信号是否满足协议要求。
下面这张图把“发送—通道—接收”链路中的六个基础效应与眼图指标对应起来，便于建立整体因果视图。
七、把指标落到设计动作上
理解这些基础量之后，实际设计动作就有了明确指向。若通道在 28 GHz 处 IL 为 25 dB，而接收端眼高不足，优先检查是否可以通过降低损耗材料、缩短走线或增加背钻来改善；若 RL 在某个频点出现明显凹陷，应定位该频点对应的物理结构（如过孔残桩长度约为四分之一波长），并做针对性优化；若 FEXT 超标，先检查并行长度与间距，再考虑增加地线隔离；若 TJ 中 DJ 占比高，说明码间干扰或周期性噪声是主因，应优先做均衡或电源滤波，而不是单纯提高发送幅度。