50G PAM4 把 2 比特信息编码进 4 个电平,代价是眼睛变小了:同样光功率下,每个眼的垂直张开度只有 NRZ 的三分之一左右。于是,过去在 NRZ 时代不太起眼的激光器相对强度噪声(RIN),到了 PAM4 时代就成了眼图闭合的重要推手,而驱动电流噪声正是 RIN 的主要来源之一。

机理并不复杂。激光器的输出光功率随注入电流变化,驱动电流里的噪声会通过斜率效率直接调制到光强上,叠加激光器本身的自发辐射噪声,共同构成 RIN。RIN 通常用 dB/Hz 表示,优质 DFB 激光器的 RIN 一般在 -150dB/Hz 量级或更低。驱动电路如果电源纹波大、LDO 噪声高,或者偏置电路的低频噪声没有滤干净,这些噪声都会“翻译”成光强波动。在接收端,RIN 表现为叠加在四个电平上的随机幅度噪声,三个眼同时被压缩,眼高下降、误码率上升,最终反映在 TDECQ 等发射机指标变差上。

为什么 PAM4 对 RIN 格外敏感?一是眼高本身小,同样的噪声绝对值占眼高的比例是 NRZ 的三倍;二是 PAM4 的判决门限有三个,噪声引起的误判概率叠加得更快;三是 50G 速率下接收带宽更宽,落入带宽内的总噪声功率更大。工程上常看到的现象是:静态光功率、消光比都合格,眼图却过不了模板,换一颗低 RIN 激光器或者优化驱动电源后,眼图裕量立刻改善。

抑制手段可以从三处下手。驱动侧,选用低噪声 LDO 和偏置电路,在偏置 T 型接头处做好滤波,避免开关电源纹波直接窜入激光器;激光器侧,选型时把 RIN 写进硬指标,而不是只看阈值电流和斜率效率,同时注意偏置电流的选取——偏置过低时 RIN 偏大,偏置过高则功耗和发热上升,需要在 RIN、功耗和可靠性之间折中;系统侧,给 TDECQ 预算留出 RIN 的份额,量产测试中把 RIN 纳入抽检项,避免个别批次的驱动噪声问题在整机端才暴露。