脈沖幅度調制 (PAM) 是一種用于數字通信的編碼技術，可将離散時間信号轉換為适用于高速有線通信系統的可變幅度連續時間信号。
工程師經常面臨這樣的情況：資訊必須通過與原始狀态的資訊不相容的媒體進行傳輸。一個典型的例子是音頻，其中語音或音樂可以用正弦電壓信号表示，該信号的頻率範圍從大約50 Hz到15 kHz。理論上，這種正弦波形可以傳送到天線并作為電磁輻射(EMR)在空中廣播。然而，在實踐中，這些頻率對于有效的無線通信來說太低了。是以，可用的媒體（即空氣）不允許我們直接傳輸感興趣的資訊。
解決方案是通過将資訊編碼成單獨的信号然後在通信信道的接收端解碼資訊來間接傳輸資訊。這就是我們所說的調制。
在傳統的幅度調制(AM)中，正弦載波的幅度根據基帶資訊信号的幅度連續變化（圖 1）。
圖1. 顯示載波乘以移位基帶的波形示例。
如圖1所示，振幅調制是通過平移基帶信号來消除負電壓擺幅，然後将未調制的載波乘以移位的基帶來實作的。另一方面，數字脈沖幅度調制 (PAM) 是一種使傳統幅度調制适應傳輸離散而非模拟資訊任務的方法。
數字脈沖幅度調制基礎知識
在數字PAM中，通過将二進制值轉換為幅度電平，将數字資料流編碼為一系列“脈沖”。這将離散時間信号轉換為連續時間信号，使我們能夠減少成功傳輸所需的帶寬，并建立非常适合長距離有線通信的波形。
“脈沖”一詞在這裡可能會造成混淆，因為它不一定表示“方波的一個半周期”。相反，脈沖是一些固定持續時間的波形，這種波形可以是典型的矩形脈沖或非常不同的東西，例如正弦波。為了産生一個PAM基帶信号，我們将數字資料轉化為振幅乘法器，并将這些乘法器應用于脈沖。在他關于數字PAM的講座幻燈片中，Brian Evans教授使用截斷的升餘弦波作為脈沖信号，他提供了以下PAM基帶信号的圖。
圖 2. PAM 基帶信号示例圖。圖檔由BrianEvans提供
圖中的橙色訓示器告訴我們這是 PAM2，即涉及兩個振幅乘數的 PAM。如果振幅變化對您來說看起來很奇怪，請注意，乘法器實際上是相等的幅度和相反的符号，是以一個乘法器具有反轉信号的效果。
下圖3所示的下一個圖顯示了PAM4，即涉及四個幅度乘法器的PAM，其中兩個為正，兩個為負。
圖 3. 示例圖 PAM4。
這些PAM基帶信号可以通過接收器進行上變頻、傳輸和恢複，然後根據幅度序列重建原始數字資料。
然而，數字 PAM 的主要實作使用矩形脈沖，而不是截斷的正弦波形，甚至調制和傳輸信号看起來也相當“數字化”。在本文的後面，我們将在 PAM 應用程式部分讨論一個示例；然而，在開始之前，讓我們先看看位與符号的對比……
了解 PAM 波形：位與符号
PAM波形從普通數字資料位開始。在将這些 1 和 0 映射到振幅乘數之前，必須首先将它們分組為符号。在這種情況下，符号是包含一個或多個位的傳輸資訊的單元。在幅度移位鍵控 （ASK） 中，每個符号表示二進制 1 或二進制零，因為隻有兩種可能的符号狀态（開和關）。您可以在圖 4 中看到這一過程。
圖 4.顯示 ASK 的示例。
是以，ASK 傳輸一位符号。值得注意的是，ASK 是 PAM的基本版本，其中脈沖是截斷的正弦波，幅度倍增器為0（關閉）和1（打開）。
請記住，PAM 沒有固定的每個符号位數。設計人員可以選擇适合給定 PAM 實作的幅度級别，每個符号的位數取決于幅度級别的數量。如果系統有兩個可能的幅度 (PAM2)，則每個符号都有兩個可能的二進制值，是以系統每個符号傳輸一位。四個可能的振幅(PAM4) 給出每個符号兩個比特，八個振幅 (PAM8) 給出每個符号三個比特，等等。
脈沖幅度調制應用
通過搜尋技術文獻可以将 PAM 與光鍊路和高速計算接口聯系起來，但最值得注意的應用可能是千兆以太網。1000Base-T标準使用具有矩形脈沖的 PAM5 ；五個幅度級别顯示在下面圖 5 中的理想化波形中。
圖 5.顯示理想化波形中五個振幅電平的示例。
請注意，由于傳輸通道的低通濾波器效應，更真實的波形會有圓角。
千兆以太網的符号頻率為 125 MHz，系統通過在四個獨立的差分對上同時采用PAM5 來傳輸每個符号 8 位。
盡管本文所述的數字 PAM 可用于無線通信，但它與光學和有線傳輸的關系更為密切。對于無線資料鍊路，另一種稱為正交幅度調制 (QAM) 的幅度調制更為常見。
原文
https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/a-primer-on-digital-pulse-amplitude-modulation