1 工作简介

         ——一款基于预加重非对称分数间隔均衡的128 Gb/s PAM-4发射机

在云计算与人工智能应用快速发展的推动下，高性能数据中心对海量数据的处理与互连带宽需求呈现指数级增长。这一趋势对高速有线互连系统提出了更高的吞吐率与能效要求，并直接驱动了高速有线发射机技术的持续演进。为在受限信道带宽条件下提升频谱利用率，业界已普遍采用四电平脉冲幅度调制（PAM-4）信令作为主流方案。

然而，与传统NRZ信令相比，PAM-4由于引入了多电平跃迁，其信号转换更加复杂。具体而言，PAM-4信令中间电平眼与顶部/底部电平眼在带宽需求上的差异，导致这些电平跃迁对应的边缘过渡时间不一致，从而在眼图中表现为不等的转换沿抖动。该类抖动压缩了水平眼睛张开度，加剧了码间干扰，导致信号完整性显著恶化。这一问题在高数据速率下尤为突出，已成为制约下一代高速PAM-4发射机性能提升的关键瓶颈之一。

南方科技大学潘权教授团队针对该问题，提出了一种128 Gb/s四电平调制有线发射机，采用预加重非对称分数间隔均衡来减轻该信号完整性问题。所提出的预加重非对称分数间隔前馈均衡器处理了PAM-4眼图中的不等的转换沿抖动，并实现了水平眼宽的拓展。同时，为进一步提升均衡灵活性与精度，发射机中引入了一组额外的5抽头单位间隔前馈均衡器，实现对残余码间干扰的消除。在发射器输出驱动级中，提出的边缘提升脉冲发生器提高了输出级带宽，从而显著加快发射机输出信号的上升沿和下降沿，进一步改善高速PAM-4信号的眼图质量。在串化链路中，利用锁存最小化串行器来优化了数据路径的功耗和面积。

芯片测试结果表明，所提出的发射机在最高 128 Gb/s的数据速率下可稳定工作，整体能效仅为1.5 pJ/b，在同类高速PAM-4发射机中处于领先水平。测试眼图进一步验证了所提方案在信号完整性改善方面的显著效果：所提出的预加重非对称分数间隔前馈均衡器能够有效抑制并消除PAM-4信号中由不同电平跃迁引入的非对称转换沿抖动，使顶部眼、中间眼和底部眼实现良好的一致性。由此，上、中、下“三眼”的水平眼宽得到均衡并显著拓展，为超高速PAM-4有线互连提供了充足的水平裕量与可靠的数据传输保障。

2 主要作者简介

通讯作者

潘权，南方科技大学长聘教授，博士生导师。

2005年毕业于中国科学技术大学电子科学与技术系，获理学学士学位；2014年毕业于香港科技大学电子及计算机工程学系，获哲学博士学位。主要研究工作集中在高速模拟/射频集成电路设计，主要包括：Wireline高速通信集成电路、光通信集成电路、Serdes／clock and data recovery（CDR）电路、低噪声放大器/频率综合器和硅光互连研究。作为负责人不仅在国际主流会议／期刊上发表70多篇高水平学术论文，同时有超过8年丰富的国内外工作经验，包括4年硅谷业界最前沿的工作经验，担任IEEE ISSCC和CICC技术委员会成员。曾获得IEEE电路系统协会杰出青年作者奖、南方科技大学校长青年科研奖、南方科技大学优秀教学奖、南方科技大学优秀书院导师奖。

3 原文传递

https://ieeexplore.ieee.org/document/10967239