目录
[1. PRBS概述](#1. PRBS概述)
[1.1. PRBS简介](#1.1. PRBS简介)
[1.2. PRBS产生原理](#1.2. PRBS产生原理)
[2. 常用PRBS码型](#2. 常用PRBS码型)
[2.1. 主流码型速查表](#2.1. 主流码型速查表)
[2.2. 关键NRZ码型含义](#2.2. 关键NRZ码型含义)
[3. 400G/800G 时代：PAM4 与新型 PRBS 码型](#3. 400G/800G 时代：PAM4 与新型 PRBS 码型)
[3.1. PRBS13Q / PRBS31Q（PAM4 主力伪随机码）](#3.1. PRBS13Q / PRBS31Q（PAM4 主力伪随机码）)
[3.2. SSPQ / SSPR ------ 短应力测试码](#3.2. SSPQ / SSPR —— 短应力测试码)
[3.3. CJTPAT / CJPAT ------ 抖动合规码](#3.3. CJTPAT / CJPAT —— 抖动合规码)
[4. PRBS 码型选择](#4. PRBS 码型选择)
1. PRBS概述
1.1. PRBS简介
PRBS = Pseudo-Random Binary Sequence，伪随机二进制序列（伪随机码 / PN 码）， 高速串行物理层最常用的测试码型，由LFSR 线性反馈移位寄存器生成，属于最大长度序列 m-sequence。顾名思义，它是一串看起来随机、实则由固定规则生成的 "假随机" 0/1 比特流。
通信链路测试之所以选用这种 "伪随机" 码型，核心原因是我们需要一种可以模拟真实业务流量的通用激励信号：一方面它统计特性接近真实随机数据，能够充分激励信道内全部频率分量；另一方面它生成规则确定，收发两端可以基于同一套多项式精确复现序列。 如果是真正的随机码流，接收端无法预知比特序列，也就无法比对并统计误码。PRBS 同时满足这两点，因此成为高速通信测试领域最经典的码型。
典型用途（高速信号测试）
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误码率 BER 测试：PCIe、USB、SerDes、车载以太网、GMSL、光模块
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信号完整性仿真 / 测试：眼图、抖动、通道损耗、CTLE/DFE 均衡验证
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系统辨识：测量传输线、闭环系统脉冲响应
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加扰、扩频通信
PRBS重要局限：PRBS 有固定最长连 0 / 连 1，不能覆盖所有最坏码型；高速协议合规有时还需要额外码型：CRPAT、CJTPAT、SSPRQ 等
1.2. PRBS产生原理
PRBS 由 LFSR（Linear Feedback Shift Register，线性反馈移位寄存器）电路生成。它的核心是由多级 D 触发器（移位寄存器）+ 异或（XOR）反馈电路构成。，按照固定本原多项式，选取部分寄存器输出比特做运算后，反馈回寄存器输入端。
核心组成：
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移位寄存器链：k 级寄存器，每级存储 1bit（0/1）；时钟边沿触发，所有比特同步移位。
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抽头 Tap：选定寄存器的输出位，送到异或门做反馈运算。
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XOR 异或门：GF (2) 有限域加法（模 2 加），线性运算，这就是 LFSR 里 "线性" 的来源。
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种子 Seed：寄存器初始状态（不能全 0！全 0 会锁死，持续输出 0）
LFSR 生成 PRBS 的工作步骤：
| 步骤 | 操作 | 说明 |
|---|---|---|
| 初始化 | 向 k 级寄存器写入非零种子 | 种子不能全 0，否则异或反馈恒为 0，电路锁死 |
| 时钟触发 | 等待时钟上升沿到来 | 所有寄存器比特在边沿同步移位 |
| 输出 | 最右端寄存器输出 1bit | 该比特即 PRBS 码流的一拍 |
| 移位 | 寄存器链整体右移 1 位 | 左侧空出 1 位等待反馈值 |
| 反馈计算 | 选取指定抽头位做 XOR 运算 | 抽头由本原多项式决定（如 PRBS7 取第 7、6 位） |
| 送回输入 | 将 XOR 结果送回最左端寄存器 | 作为下一拍的新比特 |
| 循环 | 重复步骤 2~6 | 持续输出 0/1 比特流 |
| 周期结束 | 状态回到初始种子 | 序列开始重复，完成一个周期 2k−1 bit |
假设寄存器级数为 n，电路能够生成的最长不重复序列长度为 （）bit。n 越大，序列周期越长，频谱特性越接近真实随机信号，但硬件电路复杂度也随之上升。工程上就根据级数 n 命名为 PRBS-n。
n 越大，序列越长，频谱越接近随机，电路复杂度越高。
例如 PRBS7 对应 n=7，周期 127 比特；PRBS31 对应 n=31，周期约 21 亿比特。
抽头位置由本原多项式定义，只有选本原多项式，才能得到最大长度 m 序列。
示例：PRBS7：含义：取第 7 位、第 6 位做 XOR，结果反馈回输入端。
2. 常用PRBS码型
2.1. 主流码型速查表
PRBS 码型的阶数越高，序列周期越长，低频分量越少，越适合长距离、高速率链路测试。短周期 PRBS（PRBS7/9）多用于低速率、快速眼图 / 抖动验证；长周期 PRBS（PRBS31/58）用于 400G/800G 等高带宽、长距离光传输系统。
| 码型 | 序列长度 | 生成多项式 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| PRBS7 | 100M/1G 以太网、PCIe Gen1/2、抖动容限测试 | ||
| PRBS9 | 1G/10G 以太网、SDH STM-1/4 | ||
| PRBS11 | 10G PON、GPON 接收机灵敏度测试 | ||
| PRBS13 | 10G 光模块眼图测试 | ||
| PRBS15 | OTU1/OTU2、SDH STM-64、10G/40G 以太网 | ||
| PRBS20 | 100G 以太网（CAUI-10、CAUI-4） | ||
| PRBS23 | OTU3/OTU4、100G 相干光、长距 SDH | ||
| PRBS31 | SDH/SONET 长距测试、卫星通信、OTN 抖动测试 | ||
| PRBS58 | 400G & 800G PAM4 光模块一致性测试 |
2.2. 关键NRZ码型含义
RBS 不同阶数码型的周期长度、频谱特性各有差异，工程上按需选型：PRBS7/9 这类短码周期短、硬件开销低，适合快速测试低频抖动与 10G 及以下速率模块；PRBS11/13/15 为中短码，是 PON、OTU1/OTU2 等系统的基线测试码；PRBS20、PRBS23 适配 100G 以太网与相干长距 DWDM；PRBS31 频谱最接近真实业务，用于电信长距干线、海缆等严苛链路测试；而 PRBS58 作为超长码型，则专门用于 400G/800G/1.6T PAM4 高速光模块的一致性验证。
| 码型 | 特点与工程用途 |
|---|---|
| PRBS7 | 最短码，快速测低频抖动；PCIe Gen1/2、千兆以太网 |
| PRBS9 | 短码，10G 光模块出厂基础测试 |
| PRBS11/13 | 中短过渡码；PON 灵敏度、10G 光模块眼图测试 |
| PRBS15 | OTU1/OTU2 标准基线码，评估色散、抖动、误码 |
| PRBS20 | 100G CAUI 接口专用码，平衡低频激励与 CDR 压力 |
| PRBS23 | 100G 相干 DWDM 标配，长距光传输误码测试 |
| PRBS31 | 电信长距干线 / 海缆，频谱最接近真实业务，检出微小链路缺陷 |
| PRBS58 | 超长码，400G/800G/1.6T PAM4 光模块一致性测试 |
3. 400G/800G 时代：PAM4 与新型 PRBS 码型
从 200G/400G 起，光模块与 SerDes 由 NRZ 两电平升级为PAM4（4 电平脉冲幅度调制）。PAM4 每个符号承载 2bit，相同波特率下速率翻倍；但眼图垂直方向被分割为 3 个眼，噪声容限仅为 NRZ 的 1/3，对信号完整性要求显著提高。
PAM4 将比特转变为符号，原 NRZ 的 PRBS-n 衍生出按符号定义的PRBSQ 四电平伪随机序列，同时新增应力码型、抖动合规码型用于接收机极限性能验证。
| 码型 | 符号长度 | 类型 | 主要用途 |
|---|---|---|---|
| PRBS13Q | 随机 | PAM4 眼图、TDECQ、平均误码率 | |
| PRBS31Q | 随机 | PAM4 长测、长期稳定性、真实业务压力 | |
| SSPRQ | 约 16K 符号（短周期） | 应力 | PAM4 最坏 ISI、接收灵敏度测试 |
| JP03A | 短周期 | 抖动合规 | PAM4 抖动合规、眼图最差点 |
| JP03B | 短周期 | 抖动合规 | PAM4 抖动合规（与 JP03A 互补） |
| PRBS58 | 258−1≈2.9×1017 | 随机 | Inphi / Marvell 高速光模块一致性测试 |
| CJTPAT | 周期≈264 bit | 抖动合规 | PCIe Gen1~5、SAS、NRZ 总线 |
| CJPAT | 周期≈264 bit | 抖动合规 | PCIe / SAS NRZ 总线（与 CJTPAT 配对） |
3.1. PRBS13Q / PRBS31Q（PAM4 主力伪随机码）
PRBS13Q 与 PRBS31Q 是 PAM4 体系下的主力伪随机码，PRBS13Q 将 PRBS13 比特流经格雷编码打包为 PAM4 符号，符号长度 8191，可均匀覆盖四个电平，作为 IEEE 标准指定码型，用于 400G 短距光模块的眼图与 TDECQ 测试；而 PRBS31Q 对应 PRBS31 的 PAM4 版本，序列极长，能模拟真实业务流量，多用于 400G/800G 长距 PAM4 链路的误码与长期稳定性测试。
| PRBS13Q | PRBS31Q | |
|---|---|---|
| 本质 | PAM4 版 PRBS13 | PAM4 版 PRBS31 |
| 符号周期 | ||
| 比特长度 | 约 16,382 bit | 约 43 亿 bit |
| 生成方式 | PRBS13 比特流，每 2bit 经格雷编码打包为 1 个 PAM4 符号 | PRBS31 比特流按 2bit 映射为 PAM4 符号 |
| 频谱特性 | 周期短，覆盖 4 电平均匀 | 周期极长，频谱最接近真实业务流 |
| 标准来源 | IEEE 802.3bs / 802.3ck | 厂商 / 量产验收常用 |
| 核心作用 | 眼图、TDECQ 一致性测试 | 模拟真实业务流，长期误码稳定性测试 |
| 压力类型 | 平均链路压力 | 长时随机压力 |
| 典型应用 | 400G DR4 / FR4 / SR4 短距光模块 | 400G/800G 长距 PAM4（ZR / ZR+） |
| 适合场景 | 收发机眼图、TDECQ、制造一致性 | 误码率、长期老化 / 稳定性、系统级验收 |
3.2. SSPQ / SSPR ------ 短应力测试码
SSPRQ 是 IEEE 802.3bs/cd 为 PAM4 接收机设计的短应力测试码，由多段 PRBS13Q 拼接并插入填充码人为制造长连码与低频分量，构造恶劣码间干扰场景，用来测试接收机极限灵敏度；它周期短、测试效率高，是 TDECQ 测试的标准激励，与评估平均链路性能的 PRBS13Q 互补，专门验证链路最坏条件下的工作能力。
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 全称 | Short Stress Pattern Random Quaternary |
| 标准来源 | IEEE 802.3bs / 802.3cd，面向 PAM4 接收机 |
| 码型构成 | 多段 PRBS13Q 拼接，段间插入固定长度 "0 填充" 或 "反向填充" |
| 核心特点 | 人为引入密集低频分量、长连 0 / 长连 1，制造极端码间干扰 ISI；周期短，测试耗时少 |
| 测试目的 | 构造信道最恶劣码型组合，测试接收机在极限 ISI 下的灵敏度 |
| 典型用途 | 400G/800G 光模块 TDECQ 测试标准激励 |
| 对比关系 | PRBS13Q 评估链路平均压力 ；SSPRQ 评估最坏极限压力，二者搭配完成 PAM4 链路评估 |
3.3. CJTPAT / CJPAT ------ 抖动合规码
CJTPAT 与 CJPAT 属于人工精心构造的周期性抖动合规码型，并非伪随机序列，早期广泛用于 PCIe、SAS、XAUI 总线，可产生确定性低频周期抖动，用于验证接收端 CDR 的抖动跟踪能力，并稳定复现眼图最差观测点；在 PAM4 时代衍生出 JP03A/JP03B 等效码型，按照 PAM4 编码规则重映射，专门用于 PAM4 接口的抖动合规测试。
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 全称 | CJTPAT：Compliance Jitter Test PatternCJPAT：Compliance Pattern |
| 本质 | 人工构造的周期性码组，不属于伪随机码 |
| 原始应用场景 | PCIe、SAS、XAUI 等高速总线（NRZ 时代） |
| 核心作用 | 产生确定性低频周期性抖动 (PJ)；验证接收端 CDR 抖动跟踪能力；稳定复现眼图最坏观测点，方便示波器测试 |
| PAM4 衍生码型 | JP03A、JP03B，将原有码型按 PAM4 编码重映射，用于 PAM4 接口抖动合规测试 |
| 工程定位 | 抖动合规专项测试码，专门考核 CDR 跟踪性能 |
4. PRBS 码型选择
PRBS 码型选择优先遵从协议硬性规定，再结合测试目标挑选对应码型，同时需要评估误码仪与示波器的硬件 CDR 能力是否满足测试要求。
| 选型维度 | 说明 | 典型例子 |
|---|---|---|
| 速率与协议（硬约束） | 协议规定的码型，必须遵守 | 400G PAM4 用 PRBS13Q；OTU4 用 PRBS23 |
| 测试目的 | 根据验证目标选码 | 抖动容限：PRBS7+JP03A；极限灵敏度：SSPRQ |
| 硬件能力 | 评估仪器 CDR、存储资源 | 硬件 CDR 不足，不宜使用超长 PRBS 码 |
