הדרישות ההולכות וגוברות לעולם מחובר עם גישה מידית לנתונים ממשיכות לדחוף את החדשנות בתחום שידור ה‑Ethernet.
400G הוא תקן Ethernet חדש שסולל את הדרך לתפוקה נוספת. כדי להשיג תפוקה רבה יותר, התעשייה מתחילה להשתמש ב-PAM-4 – Pulse-Amplitude-Modulated 4-level. שלא כמו בקידוד non-return to zero – NRZ עם רמות בינאריות 1 ו-0 בלבד, PAM-4 מנצל 4 רמות קידוד. PAM-4 היא טכנולוגיה מסוג של חדשנות משבשת בעלת ביצועים מעולים ביחד עם יתרון כלכלי כיוון שהיא לא דורשת חיבורים עם מאפייני רוחב פס גבוהים במיוחד. כמו טכנולוגיות משבשות אחרות, הטמעה מוצלחת של PAM-4 במוצרים דורשת תכנון חדש וחדשנות בבדיקה.
בתחום הזמן, ל-PAM-4 יש ארבע רמות אמפליטודה נפרדות (-3, -1, 1 ו-3), כפי שניתן לראות באיור 1. במקום עין יחידה בקידוד NRZ מפיקים, לעיניים של PAM-4 יש 3 עיניים נפרדות המתאימות ל-4 רמות האות. איור 1 מציג 3 עיניים אנכיות שנוצרו על ידי 4 הרמות. הרמות האנכיות הנוספות מאפשרות ל-PAM-4 לספק 2 סיביות של מידע לעומת אות NRZ באותו קצב 
מנקודת ההשקפה של תחום התדר, PAM-4 דורש מחצית מרוחב הפס הדרוש ל NRZ לאותו קצב שידור נתונים. השימוש באותות מרובי-רמות עם PAM-4 דורש כלים חדשניים שתוכננו להתמודד עם רמות איתות רבות כמו גם עם אתגרי בדיקה אחרים של PAM-4, לרבות clock recovery,decision feedback equalization – DFE ועיבוד יחס אות-רעש (signal to noise ratio). להלן סקירה מהירה של PAM-4 והכלים המושפעים מהשימוש בה.
סימולציית PAM-4: תצורות טיפוסיות של מערכת התקשורת של PAM-4 למשדרים (TX), ערוצים (Channel) ומקלטים (RX) יכולות להיות משבב לשבב, משבב למודול (חשמלי או אופטי) או על-גבי לוח אם (backplane) חשמלי. פיתוח רכיבים, מודולים ורשתות בעלי ביצועים גבוהים כגון אלה, דורש טכניקות בדיקה ומדידה מתוחכמות לבדיקת יכולת פעולה הדדית (interoperability) ואימות הבדיקות. מכיוון שטכנולוגיית PAM-4 עדיין חדשה, לפיתוח ה-Ethernet של PAM-4 אין הרבה ניסיון הנדסי שאפשר להתייחס אליו, ולכן ישנו ערך רב לסימולציית מערכת PAM-4. שיקולים חדשים בבדיקות ובסימולציית קישור מקצה לקצה יהיו חיוניים כדי לאמת את התאימות של PAM-4 וכדי להבטיח את יכולת הפעולה ההדדית. היכולת לבדוק ולהפריד השפעות של הפרעות בקצב שידור נתונים גבוה יותר ולחקור טכנולוגיות חדשות של מעגלים, מודולים ורשתות הנדרשים לתכנונים של PAM-4, תלויה בסימולציה מוצלחת של PAM-4. כלי אוטומציית תכנון אלקטרוני (Electronic Design Automation – EDA) כגון ה- ADS-Advanced design system של Keysight לאמיתות אותות (Signal integrity) מאפשרים למתכננים לטפל במתאם סימולציה-מדידה וסדר הפעולות (workflow) של Ethernet PAM-4 ו-NRZ.
פתרונות מדידה של PAM-4: אתגרי מדידה וסימולציה של PAM-4 דומים זה לזה. האתגרים העיקריים שאיתם מתמודדים מהנדסים כיום הם clock recovery, סטיית עין ורעש. עם PAM-4 יש מורכבויות חדשות שמגבירות את אתגרי המדידה. קישורים פגומים יכולים להיות קשורים ליישום של clock recovery ואתגרי עין סגורה כגון סטייה, דחיסה ואי-לינאריות.
אפיון שידור (TX) פלט: בדיקת פלט מאמתת שהפרמטרים של הפלט עומדים בדרישות הסטנדרטיות או עולים עליהן כולל פרמטרים של עין ומדידות הפרעה jitter.
Keysight מספקת פתרונות לבדיקה ומדידה של אותות פלט וממליצה על כלי מדידת התוכנה והחומרה המיטביים ליישומים שלך. ניתן למדוד אפיון משדר (TX) על ידי אוסילוסקופ דוגם (sampling scope) כמו ה DCA-X86100 של Keysight באמצעות תוכנת הניתוח של PAM-N. בזכות ארכיטקטורת החומרה אוסילוסקופ דוגם הינו בעל רצפת רעש נמוכה משמעותית ביחס
לאוסילוסקופ זמן אמת, וכתוצאה מכך, הוא יכול להפיק אפיון מדויק יותר של אות PAM-4. ניתן למדוד אפיון של משדר גם באמצעות אוסילוסקופ זמן אמת כגון ה- DSO/DSA Z634A של Keysight (ראה איור 3), שהוא הטוב ביותר לפתרון בעיות ואירועים אקראיים. אוסילוסקופ זמן אמת מספק את קצב הדגימה המהיר ביותר, זמן הקלטה ארוך ואינו דורש אותות חוזרים כדי ליצור דפוס של תצורות גל. יחד עם תוכנת ניתוח מיוחדת ל- PAM-4, אוסילוסקופ זמן אמת יכול לאפיין במדויק ובמהירות אותות חשמליים של PAM-4 המתוארים בתקנים קיימים ומתפתחים.
אפיון מקלט (RX) קלט: בדיקת קלט מאמתת שהמקלט יכול לזהות ביטים נכונים יחד עם פגמים מערוץ בתרחיש הגרוע ביותר. מקלטים רגישים יותר לבעיות של לינאריות וסטייה. ה-ISI הטבוע בעין של PAM-4 דורש שמקלטים יהיו הרבה פחות רגישים להפרעות תלויות דפוס. חלופה לבודקים מסורתיים של יחס שגיאות סיביות (bit error-ratio) ב-PAM-4 הינה מחולל תצורת גל אקראי (AWG). פריצת הדרך במהירות של ה- M8195A 65 GSa/s AWG של Keysight, מאפשרת לו להוות פתרון לאותות תקשורת בעלי יכולת ליצור כל אות במודולציית אמפליטודה כגון PAM-8, עקבי, OFDM ו- QAM-N (ראה איור 4). סוגי מתח כגון הפרעה, התערבות, סטייה, לינאריות ועוד ניתנים ליצירה בקלות באמצעות ה AWG של Keysight.
סיכום
כאשר הדרישה לקצבי נתונים מהירים יותר מעוררת עליה במהירות מ-100G ל-400G, אתגרים רבים וחדשים של תכנון ומדידה יופיעו. החל מסימולציה ואפיון של הפלט בשלבי התכנון המוקדמים ועד ליצירת סוגי מתח חדשים לבדיקת פלט בהתאם להתפתחות התקנים, קיימות השלכות רבות על התכנון והבדיקה עם PAM-4.
