Амплитудно-импульсная модуляция

Форма модуляции сигнала, при которой информация кодируется в амплитуде серии импульсов.

Принцип PAM: (1) исходный сигнал, (2) сигнал PAM, (a) амплитуда сигнала, (b) время

Амплитудно-импульсная модуляция ( PAM ) — это форма модуляции сигнала , в которой информация сообщения кодируется в амплитуде серии импульсов сигнала. Это схема аналоговой импульсной модуляции, в которой амплитуды последовательности несущих импульсов изменяются в соответствии с выборочным значением сигнала сообщения. Демодуляция выполняется путем обнаружения уровня амплитуды несущей в каждом отдельном периоде.

Типы

Существует два типа амплитудно-импульсной модуляции:

• В однополярном PAM к сигналу добавляется соответствующее фиксированное смещение постоянного тока , чтобы гарантировать, что все импульсы положительны.
• В двухполярном PAM импульсы являются как положительными, так и отрицательными.

Амплитудно-импульсная модуляция широко используется для модуляции сигналов передачи цифровых данных, при этом немодулированные приложения были в значительной степени заменены импульсно-кодовой модуляцией , а в последнее время и импульсно-позиционной модуляцией .

Число возможных амплитуд импульсов в аналоговой PAM теоретически бесконечно. Цифровая PAM уменьшает число амплитуд импульсов до некоторой степени двойки. Например, в 4-уровневой PAM возможны дискретные амплитуды импульсов; в 8-уровневой PAM возможны дискретные амплитуды импульсов; а в 16-уровневой PAM возможны дискретные амплитуды импульсов. ${\displaystyle 2^{2}}$ ${\displaystyle 2^{3}}$ ${\displaystyle 2^{4}}$

Использует

Ethernet

Некоторые версии стандарта связи Ethernet являются примером использования PAM. В частности, стандарт Ethernet 100BASE-T4 и BroadR-Reach использует трехуровневую модуляцию PAM (PAM-3), в то время как 1000BASE-T Gigabit Ethernet использует пятиуровневую модуляцию PAM-5 ^{[1] [a]} , а 10GBASE-T 10 Gigabit Ethernet использует версию амплитудно-импульсной модуляции Томлинсона-Харашимы с предварительным кодированием ^{[ жаргон ]} (THP) с 16 дискретными уровнями (PAM-16), закодированную в двумерном шахматном шаблоне ^{[ жаргон ],} известном как DSQ128. 25 Gigabit Ethernet и некоторые медные варианты 100 Gigabit Ethernet и 200 Gigabit Ethernet используют модуляцию PAM-4.

USB

USB4 версии 2.0 использует сигнализацию PAM-3 для USB4 80 Гбит/с (USB4 Gen 4×2) и USB4 120 Гбит/с (USB4 Gen 4 Asymmetric), передавая 3 бита за 2 тактовых цикла. ^[2] Thunderbolt 5 использует тот же PHY. ^[3]

GDDR6X

GDDR6X , разработанная Micron ^[4] и Nvidia и впервые использованная в видеокартах Nvidia RTX 3080 и 3090 , использует сигнализацию PAM-4 для передачи 2 бит за такт без необходимости прибегать к более высоким частотам или двум каналам или полосам с соответствующими передатчиками и приемниками, что может увеличить потребление энергии или пространства и стоимость. Более высокие частоты требуют более высокой полосы пропускания, что является существенной проблемой за пределами 28 ГГц при попытке передачи по меди. Внедрение PAM-4 обходится дороже, чем более раннее кодирование NRZ (без возврата к нулю, PAM-2) отчасти потому, что оно требует больше места в интегральных схемах и более восприимчиво к проблемам SNR (соотношение сигнал/шум). ^{[5] [6]}

GDDR7

GDDR7 будет использовать сигнализацию PAM-3 для достижения скорости 36 Гбит/с/pin. Более высокая скорость передачи данных за цикл по сравнению с сигнализацией NRZ/PAM-2 , используемой GDDR6 и предыдущими поколениями, повышает энергоэффективность и целостность сигнала. ^[7]

PCI-Express

PCI Express 6.0 ввел использование PAM-4. ^[8]

Фотобиология

Эта концепция также используется для изучения фотосинтеза с использованием специализированного прибора, который включает спектрофлуориметрическое измерение кинетики подъема и затухания флуоресценции в светособирающей антенне тилакоидных мембран, тем самым запрашивая различные аспекты состояния фотосистем в различных условиях окружающей среды. ^{[9] В отличие от традиционных измерений} флуоресценции хлорофилла , адаптированных к темноте , устройства амплитудно-импульсной флуоресценции позволяют проводить измерения в условиях окружающего освещения, что делает измерения значительно более универсальными. ^[10]

Электронные драйверы для светодиодного освещения

Амплитудно-импульсная модуляция также была разработана для управления светодиодами (СИД), особенно для освещения. ^[11] Светодиодные драйверы на основе метода PAM обеспечивают повышенную энергоэффективность по сравнению с системами, основанными на других распространенных методах модуляции драйверов, таких как широтно-импульсная модуляция (ШИМ), поскольку прямой ток, проходящий через светодиод, зависит от интенсивности светового потока, а эффективность светодиода увеличивается по мере уменьшения прямого тока.

Светодиодные драйверы с амплитудно-импульсной модуляцией способны синхронизировать импульсы по нескольким светодиодным каналам, обеспечивая идеальное соответствие цветов. Благодаря присущей природе PAM в сочетании с высокой скоростью переключения светодиодов, можно использовать светодиодное освещение в качестве средства беспроводной передачи данных на высокой скорости.

Цифровое телевидение

Стандарты Североамериканского комитета передовых телевизионных систем для цифрового телевидения используют форму PAM для трансляции данных, составляющих телевизионный сигнал. Эта система, известная как 8VSB , основана на восьмиуровневой PAM. ^[12] Она использует дополнительную обработку для подавления одной боковой полосы и, таким образом, более эффективно использует ограниченную полосу пропускания . Используя одно распределение каналов 6 МГц, как определено в предыдущем аналоговом стандарте NTSC , 8VSB способен передавать 32 Мбит/с. После учета кодов коррекции ошибок и других накладных расходов скорость передачи данных в сигнале составляет 19,39 Мбит/с.

Смотрите также

• 8ВСБ
• Амплитудно-сдвиговая манипуляция
• Множественный доступ с контролем несущей
• Импульсно-плотностная модуляция
• Сеть формирования импульсов
• Квадратурная амплитудная модуляция (QAM)

Примечания

1. Первое использование PAM-5 в Ethernet было в 100BASE-T2 . Хотя технология, разработанная для 100BASE-T2, не получила широкого распространения, она впоследствии использовалась в популярном стандарте 1000BASE-T Gigabit Ethernet.

Ссылки

1. Джордж Шредер (2003-04-01). "Что PAM5 означает для вас". EDN . Получено 2022-02-16 .
2. GraniteRiverLabs, Team (17.01.2023). «Добро пожаловать в эру сверхскоростного USB4 со скоростью 80 Гбит/с | GraniteRiverLabs Taiwan». www.graniteriverlabs.com . Архивировано из оригинала 21.02.2023 . Получено 21.02.2023 .
3. Ян Катресс (01.08.2021). «Руководитель Intel публикует фотографию Thunderbolt 5, а затем удаляет ее: 80 Гбит/с и PAM-3». AnandTech .
4. "Удвоение производительности ввода-вывода с помощью PAM4 — Micron внедряет инновационную технологию GDDR6X для ускорения графической памяти". Micron . Получено 11 сентября 2020 г. .
5. Смит, Райан. «Micron проливает свет на GDDR6X: сигнализация PAM4 для более высоких скоростей, которая появится в RTX 3090 от NVIDIA». AnandTech.com .
6. Малиниак, Дэвид (14 января 2016 г.). «EDN — Основы PAM4».
7. Антон Шилов (08.03.2023). «Cadence представляет технические подробности о GDDR7: 36 Гбит/с с кодированием PAM3». AnandTech .
8. Смит, Райан. «Пропускная способность PCI Express снова удвоится: анонсирован PCIe 6.0, спецификации появятся в 2021 году». www.anandtech.com .
9. Шрайбер, Ульрих (2004). «Флуорометрия амплитудно-импульсной модуляции (PAM) и метод насыщения импульса: обзор». Флуоресценция хлорофилла а . Достижения в области фотосинтеза и дыхания. Том 19. Дордрехт: Springer Netherlands. стр. 279–319. doi :10.1007/978-1-4020-3218-9_11. ISBN 978-1-4020-3217-2.
10. "5.1 Флуоресценция хлорофилла – Справочник ClimEx" . Получено 2020-01-14 .
11. Уитакер, Тим (январь 2006 г.). «Электронные контроллеры замкнутого контура управляют светодиодными системами». Светодиоды . Получено 29 октября 2020 г.
12. Спарано, Дэвид (1997). "ЧТО ТАКОЕ 8-VSB?" (PDF) . Получено 8 ноября 2012 г. .