パルス振幅変調

PAMの原理：（1）元の信号、（2）PAM信号、（a）信号の振幅、（b）時間

パルス振幅変調（PAM ）は、搬送波周波数を中断するパルス列の振幅にメッセージ情報が符号化される信号変調方式です。復調は、搬送波の振幅レベルを各周期ごとに検出することで行われます。

種類

極性

パルス振幅変調には 2 つの種類があります。

  • 単極性 PAMでは、すべてのパルスが正になるように、適切な固定DC バイアスが信号に追加されます。
  • 二重極性 PAMでは、パルスは正と負の両方になります。

パルス振幅変調は、デジタル データの信号伝送の変調に広く使用されており、非ベースバンドアプリケーションでは主にパルス符号変調に置き換えられ、最近ではパルス位置変調に置き換えられています。

振幅

アナログPAMにおけるパルス振幅の数は理論上無限です。デジタルPAMでは、パルス振幅の数が3以上の自然数に削減されます（PAM-2は単純なバイナリ信号となり、通常はPAMとはみなされません）。一般的な振幅数は、3、4、5、8、16です。

用途

イーサネット

イーサネット通信規格のいくつかのバージョンは、PAM の使用例です。

USB

USB4バージョン2.0は、USB4 80Gbps（USB4 Gen 4×2）およびUSB4 120Gbps（USB4 Gen 4非対称）にPAM-3シグナリングを使用し、2クロックサイクルあたり3ビットを送信します。[ 3 ] Thunderbolt 5も同じPHYを使用します。[ 4 ]

ビデオメモリ

Micron [ 5 ]と Nvidia によって開発され、 Nvidia RTX 3080 および 3090グラフィック カードで初めて使用されたGDDR6Xは、PAM-4 信号方式を使用して、クロック サイクルごとに 2 ビットを送信します。これにより、電力やスペースの消費とコストが増加する可能性があります。周波数が高いほど、より広い帯域幅が必要になりますが、これは 28 GHz を超えると銅線で送信しようとするときに大きな問題になります。PAM-4 は、集積回路でより多くのスペースを必要とし、SNR (信号対雑音比) の問題の影響を受けやすいため、以前の NRZ (非ゼロ復帰、PAM-2) コーディングよりも実装コストが高くなります。[ 6 ] [ 7 ]

GDDR7はPAM-3信号方式を採用し、36Gbps/ピンの速度を実現します。GDDR6以前の世代で使用されていたNRZ/PAM-2信号方式と比較して、サイクルあたりのデータ伝送速度が高いため、電力効率と信号整合性が向上します。[ 8 ] PAM-4（GDDR6X）と比較して、製造装置に対する要件が緩和されています。[ 9 ]

PCIエクスプレス

PCI Express 6.0ではPAM-4の使用が導入されました。[ 10 ]

デジタルテレビ

北米先進テレビジョンシステム委員会（NATSC）のデジタルテレビ規格では、テレビ信号を構成するデータを放送するためにPAM方式が採用されています。8VSBと呼ばれるこのシステムは、8レベルPAMに基づいています。[ 11 ]この方式では、片方のサイドバンドを抑制するための追加処理が施されており、限られた帯域幅をより効率的に利用しています。以前のNTSCアナログ規格で定義されているように、単一の6MHzチャネル割り当てを使用することで、8VSBは32Mbpsの伝送が可能です。誤り訂正符号などのオーバーヘッドを考慮すると、信号のデータレートは19.39Mbpsとなります。

光生物学

この概念は、チラコイド膜の集光アンテナにおける蛍光の上昇と減衰の速度論を分光蛍光測定する特殊な機器を用いた光合成の研究にも利用されており、これにより、異なる環境条件下での光合成系の状態のさまざまな側面を調べることができる。[ 12 ]従来の暗順応クロロフィル蛍光測定とは異なり、パルス振幅蛍光装置は周囲光条件下での測定を可能にし、測定の汎用性を大幅に向上させた。[ 13 ]

LED照明用電子ドライバ

パルス振幅変調は、特に照明用途の発光ダイオード（LED）の制御にも開発されている。 [ 14 ] PAM技術に基づくLEDドライバは、 LEDを流れる順方向電流が光出力の強度に比例し、順方向電流が減少するにつれてLED効率が上昇するため、パルス幅変調（PWM）などの他の一般的なドライバ変調技術に基づくシステムよりもエネルギー効率が向上する。

パルス振幅変調（PAM）LEDドライバは、複数のLEDチャネル間でパルスを同期させ、完璧な色合わせを実現します。PAMの特性とLEDの高速スイッチング速度を組み合わせることで、LED照明を高速ワイヤレスデータ伝送手段として利用することが可能になります。

参照

ウィキメディア コモンズには、パルス振幅変調に関連するメディアがあります。

注記

  1. ^ PAM-5がイーサネットで初めて使用されたのは100BASE-T2でした。広く採用されたわけではありませんが、100BASE-T2用に開発された技術は、その後、普及した1000BASE-Tギガビットイーサネット規格にも採用されました。

参考文献

  1. ^ George Schroeder (2003年4月1日). 「PAM5があなたにとって何を意味するのか」 EDN . 2022年2月16日閲覧。
  2. ^ 「なぜ10GbpsイーサネットはPAM16エンコーディングを主張しながら、2乗DSQ128コンステレーションを使用するのか？」 Network Engineering Stack Exchange。
  3. ^ GraniteRiverLabs、チーム (2023年1月17日). 「USB4の80Gbps超高速時代へようこそ | GraniteRiverLabs Taiwan」 . www.graniteriverlabs.com . 2023年2月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年2月21日閲覧。
  4. ^ Ian Cutress (2021年8月1日). 「Intel幹部がThunderbolt 5の写真を掲載した後、削除：80GbpsとPAM-3」 . AnandTech . 2021年8月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  5. ^ 「PAM4でI/Oパフォーマンスを2倍に - MicronがGDDR6Xでグラフィックスメモリを高速化」。Micron 。2020年9月11日閲覧。
  6. ^ライアン・スミス「MicronがGDDR6Xについて暴露：NVIDIAのRTX 3090に搭載される高レート対応PAM4シグナリング」 AnandTech.com 2020年8月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  7. ^ Maliniak, David (2016年1月14日). 「EDN - PAM4の基礎」 .
  8. ^ Anton Shilov (2023年3月8日). 「Cadence、GDDR7：PAM3エンコーディングで36Gbpsの技術詳細を発表」 AnandTech . 2023年3月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  9. ^ Anton Shilov (2023年7月19日). 「GDDR7登場：Samsungが次世代GPU向けに32GT/sの世界初チップを発表」 . Tom's Hardware . 2023年10月6日閲覧。
  10. ^ライアン・スミス「PCI Express帯域幅が再び倍増：PCIe 6.0発表、仕様は2021年に実装へ」 www.anandtech.com 。 2019年6月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  11. ^ Sparano, David (1997). 「8-VSBとは一体何なのか？」(PDF) . 2012年11月8日閲覧。
  12. ^シュライバー、ウルリッヒ (2004). 「パルス振幅変調（PAM）蛍光測定法と飽和パルス法：概要」.クロロフィルa蛍光. 光合成と呼吸の進歩. 第19巻. ドルドレヒト：シュプリンガー・オランダ. pp.  279– 319. doi : 10.1007/978-1-4020-3218-9_11 . ISBN 978-1-4020-3217-2。
  13. ^ 「5.1 クロロフィル蛍光 – ClimExハンドブック」 。 2020年1月14日閲覧。
  14. ^ Whitaker, Tim (2006年1月). 「閉ループ電子コントローラーによるLEDシステムの駆動」 . LED . 2020年10月29日閲覧。
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