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 ( ПАМ ) — это форма модуляции сигнала , при которой информация сообщения кодируется в амплитуде серии сигнальных импульсов. Это схема аналоговой импульсной модуляции, в которой амплитуды последовательности несущих импульсов изменяются в зависимости от значения выборки сигнала сообщения. Демодуляция выполняется путем определения уровня амплитуды несущей в каждом отдельном периоде.

Типы

Существует два типа импульсной амплитудной модуляции:

• В однополярном PAM к сигналу добавляется подходящее фиксированное смещение постоянного тока , чтобы гарантировать, что все импульсы положительны.
• В PAM с двойной полярностью импульсы бывают как положительными, так и отрицательными.

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

Число возможных амплитуд импульсов в аналоговом PAM теоретически бесконечно. Цифровой PAM уменьшает количество амплитуд импульсов до степени двойки. Например, в 4-уровневом PAM возможны дискретные амплитуды импульсов; в 8-уровневом PAM возможны дискретные амплитуды импульсов; а в 16-уровневом PAM возможны дискретные амплитуды импульсов. ${\displaystyle 2^{2}}$ ${\displaystyle 2^{3}}$ ${\displaystyle 2^{4}}$

Использование

Ethernet

Некоторые версии стандарта связи Ethernet являются примером использования PAM. В частности, стандарт 100BASE-T4 и BroadR-Reach Ethernet использует трехуровневую модуляцию PAM (PAM-3), тогда как 1000BASE-T Gigabit Ethernet использует пятиуровневую модуляцию PAM-5 ^{[1] [a]} и 10GBASE-T 10 Gigabit. Ethernet использует версию импульсно-амплитудной модуляции с предварительным кодированием Томлинсона-Харашимы ^{( THP )} с 16 дискретными уровнями (PAM-16), закодированную в двумерном шахматном шаблоне ^{[ жаргоне ]} , 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 асимметричный), передавая 3 бита за 2 тактовых цикла. ^[2] Thunderbolt 5 использует тот же PHY. ^[3]

GDDR6X

GDDR6X , разработанный Micron ^[4] и Nvidia и впервые использованный в видеокартах Nvidia RTX 3080 и 3090 , использует сигнализацию PAM-4 для передачи 2 битов за такт без необходимости прибегать к более высоким частотам или двум каналам или полосам с соответствующими передатчиками. и приемники, которые могут увеличить потребление энергии или занимаемого пространства и стоимость. Более высокие частоты требуют более широкой полосы пропускания, что является серьезной проблемой за пределами 28 ГГц при попытке передачи по медному кабелю. Реализация 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 (отношения сигнал/шум). ^{[5] [6]}

ГДДР7

GDDR7 будет использовать сигнализацию PAM-3 для достижения скорости 36 Гбит/с/контакт. 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 Экспресс

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

Фото биология

Концепция также используется для изучения фотосинтеза с помощью специализированного прибора, который включает спектрофлуориметрическое измерение кинетики нарастания и затухания флуоресценции в светособирающей антенне тилакоидных мембран, что позволяет задавать вопросы о различных аспектах состояния фотосистем в различных условиях окружающей среды. условия. ^[9] В отличие от традиционных измерений флуоресценции хлорофилла, адаптированных к темноте , устройства импульсной амплитудной 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 осветительных приборов. ^[11] Драйверы светодиодов, основанные на методе 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 и эффективность светодиода увеличивается по мере уменьшения прямого тока.

Драйверы светодиодов с амплитудно-импульсной модуляцией способны синхронизировать импульсы по нескольким каналам светодиодов, обеспечивая идеальное соответствие цветов. Благодаря свойству PAM в сочетании с высокой скоростью переключения светодиодов, можно использовать светодиодное освещение как средство беспроводной передачи данных на высокой скорости.

Цифровое телевидение

Стандарты Североамериканского комитета по передовым телевизионным системам для цифрового телевидения используют форму PAM для трансляции данных, составляющих телевизионный сигнал. Эта система, известная как 8VSB , основана на восьмиуровневом PAM. ^[12] Он использует дополнительную обработку для подавления одной боковой полосы и, таким образом, более эффективно использует ограниченную полосу пропускания . Используя один канал шириной 6 МГц, как определено в предыдущем аналоговом стандарте NTSC , 8VSB способен передавать 32 Мбит/с. После учета кодов, исправляющих ошибки, 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
• Плотно-импульсная 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 была использована в популярном стандарте 1000BASE-T Gigabit Ethernet.

Рекомендации

1. Джордж Шредер (1 апреля 2003 г.). «Что для вас значит PAM5». ЭДН . Проверено 16 февраля 2022 г.
2. GraniteRiverLabs, команда (17 января 2023 г.). «Добро пожаловать в эпоху сверхвысоких скоростей USB4 80 Гбит/с | GraniteRiverLabs, Тайвань». www.graniteriverlabs.com . Архивировано из оригинала 21 февраля 2023 г. Проверено 21 февраля 2023 г.
3. Ян Катресс (01 августа 2021 г.). «Руководитель Intel публикует фотографию Thunderbolt 5, а затем удаляет ее: 80 Гбит/с и PAM-3» . АнандТех .
4. «Удвоение производительности ввода-вывода с помощью PAM4 - Micron внедряет GDDR6X для ускорения графической памяти» . Микрон . Проверено 11 сентября 2020 г.
5. Смит, Райан. «Микрон разливает GDDR6X: сигнализация PAM4 о более высоких скоростях, поступающая в NVIDIA RTX 3090». AnandTech.com .
6. Малиниак, Дэвид (14 января 2016 г.). «EDN — Основы PAM4».
7. Антон Шилов (08.03.2023). «Cadence предоставляет технические подробности о GDDR7: 36 Гбит/с с кодированием PAM3». АнандТех .
8. Смит, Райан. «Пропускная способность PCI Express снова будет удвоена: анонсирован PCIe 6.0, спецификация появится в 2021 году» . www.anandtech.com .
9. Шрайбер, Ульрих (2004). «Импульсно-амплитудная модуляция (PAM) Флуорометрия и метод импульса насыщения: обзор». Хлорофилл и флуоресценция . Достижения в области фотосинтеза и дыхания. Том. 19. Дордрехт: Springer Нидерланды. стр. 279–319. дои : 10.1007/978-1-4020-3218-9_11. ISBN 978-1-4020-3217-2.
10. «5.1 Флуоресценция хлорофилла - Справочник ClimEx» . Проверено 14 января 2020 г.
11. Уитакер, Тим (январь 2006 г.). «Электронные контроллеры с обратной связью управляют светодиодными системами». светодиоды . Проверено 29 октября 2020 г.
12. Спарано, Дэвид (1997). «ЧТО ТАКОЕ 8-VSB?» (PDF) . Проверено 8 ноября 2012 г.