Modulación de amplitud de pulso

Forma de modulación de señal donde la información se codifica en la amplitud de una serie de pulsos.

La modulación de amplitud de pulso ( PAM ) es una forma de modulación de señal en la que la información del mensaje se codifica en la amplitud de una serie de pulsos de señal. Es un esquema de modulación de pulso analógico en el que las amplitudes de un tren de pulsos portadores varían según el valor de muestra de la señal del mensaje. La demodulación se realiza detectando el nivel de amplitud de la portadora en cada período.

Tipos

Hay dos tipos de modulación de amplitud de pulso:

En PAM de polaridad única , se agrega una polarización de CC fija adecuada a la señal para garantizar que todos los pulsos sean positivos.
En PAM de doble polaridad , los pulsos son tanto positivos como negativos.

La modulación de amplitud de pulso se utiliza ampliamente para modular la transmisión de señales de datos digitales, y las aplicaciones que no son de banda base han sido reemplazadas en gran medida por la modulación de código de pulso y, más recientemente, por la modulación de posición de pulso .

El número de amplitudes de pulso posibles en el PAM analógico es teóricamente infinito. El PAM digital reduce el número de amplitudes de pulso a una potencia de dos. Por ejemplo, en el PAM de 4 niveles hay amplitudes de pulso discretas posibles; en el PAM de 8 niveles hay amplitudes de pulso discretas posibles; y en el PAM de 16 niveles hay amplitudes de pulso discretas posibles. ${\estilo de visualización 2^{2}}$ ${\estilo de visualización 2^{3}}$ ${\estilo de visualización 2^{4}}$

Usos

Ethernet

Algunas versiones del estándar de comunicación Ethernet son un ejemplo del uso de PAM. En particular, el estándar Ethernet 100BASE-T4 y BroadR-Reach utilizan modulación PAM de tres niveles (PAM-3), mientras que 1000BASE-T Gigabit Ethernet utiliza modulación PAM-5 de cinco niveles ^[1]^[a] y 10GBASE-T 10 Gigabit Ethernet utiliza una versión precodificada Tomlinson-Harashima ^{[ jerga ]} (THP) de modulación de amplitud de pulso con 16 niveles discretos (PAM-16), codificada en un patrón de tablero de ajedrez bidimensional ^{[ jerga ]} conocido como DSQ128. 25 Gigabit Ethernet y algunas variantes de cobre de 100 Gigabit Ethernet y 200 Gigabit Ethernet utilizan modulación PAM-4.

USB

La versión 2.0 del USB4 utiliza señalización PAM-3 para USB4 de 80 Gbps (USB4 Gen 4×2) y USB4 de 120 Gbps (USB4 Gen 4 asimétrico) que transmite 3 bits cada 2 ciclos de reloj. ^[2] Thunderbolt 5 utiliza el mismo PHY. ^[3]

Memoria GDDR6X

GDDR6X , desarrollada por Micron ^[4] y Nvidia y utilizada por primera vez en las tarjetas gráficas Nvidia RTX 3080 y 3090 , utiliza la señalización PAM-4 para transmitir 2 bits por ciclo de reloj sin tener que recurrir a frecuencias más altas o dos canales o carriles con transmisores y receptores asociados, lo que puede aumentar el consumo de energía o espacio y el costo. Las frecuencias más altas requieren un mayor ancho de banda, lo que es un problema significativo más allá de los 28 GHz cuando se intenta transmitir a través del cobre. PAM-4 cuesta más de implementar que la codificación NRZ (sin retorno a cero, PAM-2) anterior en parte porque requiere más espacio en circuitos integrados y es más susceptible a problemas de SNR (relación señal a ruido). ^[5]^[6]

Memoria GDDR7

La GDDR7 utilizará la señalización PAM-3 para alcanzar velocidades de 36 Gbps/pin. La mayor tasa de transmisión de datos por ciclo en comparación con la señalización NRZ/PAM-2 utilizada por la GDDR6 y las generaciones anteriores mejora la eficiencia energética y la integridad de la señal. ^[7]

PCI Express

PCI Express 6.0 introdujo el uso de PAM-4. ^[8]

Biología fotográfica

El concepto también se utiliza para el estudio de la fotosíntesis utilizando un instrumento especializado que implica una medición espectrofluorométrica de la cinética de aumento y disminución de la fluorescencia en la antena de recolección de luz de las membranas tilacoides , interrogando así varios aspectos del estado de los fotosistemas en diferentes condiciones ambientales. ^{[9] A diferencia de las mediciones tradicionales}de fluorescencia de clorofila adaptadas a la oscuridad , los dispositivos de fluorescencia de amplitud de pulso permiten realizar mediciones en condiciones de luz ambiental, lo que hizo que las mediciones fueran significativamente más versátiles. ^[10]

Controladores electrónicos para iluminación LED

La modulación de amplitud de pulso también se ha desarrollado para el control de diodos emisores de luz (LED), especialmente para aplicaciones de iluminación. ^[11] Los controladores de LED basados en la técnica PAM ofrecen una eficiencia energética mejorada en comparación con los sistemas basados en otras técnicas de modulación de controladores comunes, como la modulación de ancho de pulso (PWM), ya que la corriente directa que pasa a través de un LED es relativa a la intensidad de la salida de luz y la eficiencia del LED aumenta a medida que se reduce la corriente directa.

Los controladores LED con modulación de amplitud de pulso pueden sincronizar pulsos en varios canales LED para permitir una combinación perfecta de colores. Debido a la naturaleza inherente de PAM junto con la rápida velocidad de conmutación de los LED, es posible utilizar la iluminación LED como un medio de transmisión inalámbrica de datos a alta velocidad.

Televisión digital

Los estándares del Comité de Sistemas de Televisión Avanzada de América del Norte para la televisión digital utilizan una forma de PAM para transmitir los datos que componen la señal de televisión. Este sistema, conocido como 8VSB , se basa en un PAM de ocho niveles. ^[12] Utiliza procesamiento adicional para suprimir una banda lateral y, por lo tanto, hacer un uso más eficiente del ancho de banda limitado . Al utilizar una única asignación de canal de 6 MHz, como se define en el estándar analógico NTSC anterior , 8VSB es capaz de transmitir 32 Mbit/s. Después de tener en cuenta los códigos de corrección de errores y otros gastos generales, la velocidad de datos en la señal es de 19,39 Mbit/s.

Véase también

Notas

^ El primer uso de PAM-5 en Ethernet fue en 100BASE-T2 . Aunque no se adoptó ampliamente, la tecnología desarrollada para 100BASE-T2 se utilizó posteriormente en el popular estándar Gigabit Ethernet 1000BASE-T.

Referencias

^ George Schroeder (1 de abril de 2003). "Lo que PAM5 significa para ti". EDN . Consultado el 16 de febrero de 2022 .
^ GraniteRiverLabs, Team (17 de enero de 2023). "Bienvenidos a la era de ultraalta velocidad de 80 Gpbs de USB4 | GraniteRiverLabs Taiwán". www.graniteriverlabs.com . Archivado desde el original el 21 de febrero de 2023 . Consultado el 21 de febrero de 2023 .
^ Ian Cutress (1 de agosto de 2021). "Un ejecutivo de Intel publica una foto de Thunderbolt 5 y luego la borra: 80 Gbps y PAM-3". AnandTech .
^ "Duplicación del rendimiento de E/S con PAM4: Micron innova con GDDR6X para acelerar la memoria gráfica". Micron . Consultado el 11 de septiembre de 2020 .
^ Smith, Ryan. "Micron habla sobre GDDR6X: señalización PAM4 para tasas más altas, que llegarán a la RTX 3090 de NVIDIA". AnandTech.com .
^ Maliniak, David (14 de enero de 2016). "EDN - Los fundamentos de PAM4".
^ Anton Shilov (8 de marzo de 2023). "Cadence ofrece detalles técnicos sobre GDDR7: 36 Gbps con codificación PAM3". AnandTech .
^ Smith, Ryan. "El ancho de banda de PCI Express se duplicará nuevamente: se anunció PCIe 6.0, la especificación llegará en 2021". www.anandtech.com .
^ Schreiber, Ulrich (2004). "Fluorometría de modulación de amplitud de pulso (PAM) y método de pulso de saturación: una descripción general". Fluorescencia de clorofila a . Avances en fotosíntesis y respiración. Vol. 19. Dordrecht: Springer Netherlands. págs. 279–319. doi :10.1007/978-1-4020-3218-9_11. ISBN 978-1-4020-3217-2.
^ "5.1 Fluorescencia de clorofila – Manual de ClimEx" . Consultado el 14 de enero de 2020 .
^ Whitaker, Tim (enero de 2006). "Los controladores electrónicos de circuito cerrado impulsan sistemas LED". LED . Consultado el 29 de octubre de 2020 .
^ Sparano, David (1997). "¿QUÉ ES EXACTAMENTE EL 8-VSB?" (PDF) . Consultado el 8 de noviembre de 2012 .

[2] El primer uso de PAM-5 en Ethernet fue en 100BASE-T2 . Aunque no se adoptó ampliamente, la tecnología desarrollada para 100BASE-T2 se utilizó posteriormente en el popular estándar Gigabit Ethernet 1000BASE-T.

[1] George Schroeder (1 de abril de 2003). "Lo que PAM5 significa para ti". EDN . Consultado el 16 de febrero de 2022 .

[3] GraniteRiverLabs, Team (17 de enero de 2023). "Bienvenidos a la era de ultraalta velocidad de 80 Gpbs de USB4 | GraniteRiverLabs Taiwán". www.graniteriverlabs.com . Archivado desde el original el 21 de febrero de 2023 . Consultado el 21 de febrero de 2023 .

[4] Ian Cutress (1 de agosto de 2021). "Un ejecutivo de Intel publica una foto de Thunderbolt 5 y luego la borra: 80 Gbps y PAM-3". AnandTech .

[5] "Duplicación del rendimiento de E/S con PAM4: Micron innova con GDDR6X para acelerar la memoria gráfica". Micron . Consultado el 11 de septiembre de 2020 .

[6] Smith, Ryan. "Micron habla sobre GDDR6X: señalización PAM4 para tasas más altas, que llegarán a la RTX 3090 de NVIDIA". AnandTech.com .

[7] Maliniak, David (14 de enero de 2016). "EDN - Los fundamentos de PAM4".

[8] Anton Shilov (8 de marzo de 2023). "Cadence ofrece detalles técnicos sobre GDDR7: 36 Gbps con codificación PAM3". AnandTech .

[9] Smith, Ryan. "El ancho de banda de PCI Express se duplicará nuevamente: se anunció PCIe 6.0, la especificación llegará en 2021". www.anandtech.com .

[10] Schreiber, Ulrich (2004). "Fluorometría de modulación de amplitud de pulso (PAM) y método de pulso de saturación: una descripción general". Fluorescencia de clorofila a . Avances en fotosíntesis y respiración. Vol. 19. Dordrecht: Springer Netherlands. págs. 279–319. doi :10.1007/978-1-4020-3218-9_11. ISBN 978-1-4020-3217-2.

[11] "5.1 Fluorescencia de clorofila – Manual de ClimEx" . Consultado el 14 de enero de 2020 .

[12] Whitaker, Tim (enero de 2006). "Los controladores electrónicos de circuito cerrado impulsan sistemas LED". LED . Consultado el 29 de octubre de 2020 .

[13] Sparano, David (1997). "¿QUÉ ES EXACTAMENTE EL 8-VSB?" (PDF) . Consultado el 8 de noviembre de 2012 .