112Gbps PAM4 SerDes 建模与仿真：挑战、方法与实践
摘要
随着数据中心、云计算和高速以太网对带宽需求的爆发式增长，串行链路速率已迈向 112Gbps。PAM4（4 电平脉冲幅度调制）因其频谱效率高而成为主流方案，但也引入了信噪比下降、眼图不对称、均衡复杂等全新挑战。本文基于 Cadence 在 DesignCon 2019 上发布的技术成果，系统梳理 112G PAM4 SerDes 在建模与仿真中的关键难题，包括多电平均衡算法、Mueller CDR、格雷编码、复合眼图分析、虚拟 BERT 以及 IBIS‑AMI 参数配置，并介绍 Cadence Sigrity SystemSIM 与 AMI Builder 如何实现仿真与硅片的高度相关。文章旨在为高速 SerDes 设计及验证工程师提供一份实用的技术参考。
1. 引言
PAM4 通过每符号携带 2 比特信息，在相同波特率下将数据率提升一倍。与传统的 NRZ 相比，PAM4 只需一半的带宽即可实现 112Gbps 传输，但付出的代价是眼高仅为 NRZ 的 1/3，信噪比损失约 9.5 dB。此外，三个眼图的不对称性以及非相邻电平切换带来的抖动增大，使得原有的 NRZ 建模方法不再适用。Cadence 推出的 Magpie 112G LR SerDes IP（7nm 工艺）同时支持 112/56Gbps PAM4 及向下兼容的 NRZ 速率，可在 >35dB 插损的信道中稳定工作。为了准确预测该 IP 在实际系统中的性能，必须建立能够反映 PAM4 特性的行为模型与仿真方法论。
2. PAM4 基础与 Magpie IP 概览
2.1 PAM4 信号特点
-
映射方式：每 2 比特映射为 1 个符号，对应 4 个电平（通常记为 -1, -1/3, +1/3, +1）。
-
格雷编码：相邻电平的比特对仅一位不同（如 00→01→11→10），使得判决错误时仅错 1 比特，被所有 PAM4 标准采纳。
-
<
