2. 串行链路基础：差分信号、PAM-N调制方式、编码基础

说起串行链路，我总想起刚入行时调试SGMII口的那段日子。当时觉得不过就是两根线来回传数据嘛，能有多难？结果眼图上满是毛刺，时钟就是锁不住。后来才明白，差分信号、调制方式和编码这三个东西，就像串行链路的“地基”——任何一个不稳，整栋楼都得塌。今天咱们就一个一个掰开聊。

2.1 从单端到差分：信号传输的进化

单端信号大家都熟，一根信号线加一根地线。但到了SGMII这种几Gbps的速率，单端就扛不住了。为什么？

• 地弹噪声：高速翻转时，地电位瞬间波动，信号参考点就漂了。
• 共模干扰：电源噪声、辐射串扰全部耦合到信号上，你根本分不清是1还是0。
• EMI辐射大：单端回路面积大，天线效应明显。

差分信号就聪明多了：两根线传互为反向的信号，接收端只看两线之差。共模噪声同时叠加到两根线上，一减就没了。这就是共模抑制——说白了，噪声被“对消”了。

SGMII物理层用的就是低压差分信号（LVDS），典型摆幅只有350~450mV。电压低、摆幅小，功耗和EMI都降下来了。但这也意味着信号更容易被衰减——所以后面才会讲到均衡和时钟恢复，环环相扣。

2.2 PAM-N调制：不止是0和1

传统串行链路用NRZ，也就是PAM-2：电平要么高、要么低，一个符号传1比特。但随着速率冲到10Gbps以上，NRZ的带宽代价太大了。这时候PAM-4就上场了。

PAM-4用4个电平：00、01、10、11，每个符号传2比特。同样波特率下，数据速率翻倍。听起来很爽对吧？但代价也不小——信噪比直接损失约9.6dB。我在10Gbps PAM-4链路上遇到过信号质量刚过线，温度一高眼图就闭了。所以说，PAM-N是拿信噪比换带宽，得权衡。

2.3 编码基础：DC平衡与时钟恢复

原始的二进制数据直接丢进信道会出大问题：长串的连续0或1会导致信号直流分量漂移，接收端DC基线一团糟。而且没有足够的跳变沿，时钟恢复电路根本提取不出时钟。

解决办法就是编码。8B/10B编码是最经典的——每8比特数据扩展成10比特编码，保证游程长度不超过5个连续相同符号，DC平衡也算得好好的。我当年第一次调8B/10B链路，写了个编码器自查表对着跑，结果发现接收端解码老是出错。查了半天，原来是编码表里有个映射值不对。嗯，那之后我学乖了，直接用IP核，但原理必须吃透。

后来有了更高效率的64B/66B编码，它用同步头做帧锁定，再加扰码实现DC平衡。不过SGMII和它的前身GMII都用8B/10B，所以咱们重点掌握这个就行。

2.4 三者如何协同？

差分信号负责物理传输，PAM-N定义每个符号承载多少比特，编码保证符号序列有足够的时钟信息。这三者一结合，串行链路才能跑起来。

这张图把三者关系串起来了。你想想看：差分信号保证了传输质量；PAM调制决定了波特率和信噪比预算；编码则提供了时钟恢复所需的跳变。缺一不可。

好了，到这一步，差分信号、PAM-N调制、编码基础这三个核心概念你应该有了整体认识。它们是串行链路建立和时钟恢复的底层支撑，后面的均衡、预加重、CTLE等全都建立在它们之上。把地基打牢，后面调试起来就顺多了。