Hogesnelheids-SAS-kabels: connectoren en signaaloptimalisatie

Hogesnelheids-SAS-kabels: connectoren en signaaloptimalisatie

Specificaties voor signaalintegriteit

Enkele belangrijke parameters voor signaalintegriteit zijn invoegverlies, nabij- en verre-eindoverspraak, retourverlies, scheefstandvervorming binnen differentiële paren en de amplitude van differentiële modus naar gemeenschappelijke modus. Hoewel deze factoren met elkaar samenhangen en elkaar beïnvloeden, kunnen we elke factor afzonderlijk bekijken om de primaire impact ervan te bestuderen.
Invoegverlies
Invoegverlies is de verzwakking van de signaalamplitude tussen de zend- en ontvangstzijde van een kabel en is rechtstreeks evenredig met de frequentie. Invoegverlies is ook afhankelijk van de draaddikte, zoals weergegeven in de onderstaande verzwakkingsgrafiek. Voor interne componenten over korte afstanden met 30 of 28 AWG-kabels, dienen hoogwaardige kabels een verzwakking van minder dan 2 dB/m bij 1,5 GHz te hebben. Voor externe 6 Gb/s SAS-verbindingen met kabels van 10 meter wordt aanbevolen kabels met een gemiddelde draaddikte van 24 AWG te gebruiken, die een verzwakking van slechts 13 dB bij 3 GHz hebben. Wilt u een grotere signaalmarge bij hogere gegevensoverdrachtssnelheden, kies dan voor kabels met een lagere verzwakking bij hogere frequenties voor langere kabels, zoals de SFF-8482 met POWER-kabel of de SlimSAS SFF-8654 8i.

Overspraak
Overspraak verwijst naar de hoeveelheid energie die wordt overgedragen van het ene signaal- of differentieelpaar naar het andere signaal- of differentieelpaar. Bij SAS-kabels veroorzaakt een te kleine nabij-eindoverspraak (NEXT) de meeste verbindingsproblemen. De NEXT-meting wordt slechts aan één uiteinde van de kabel uitgevoerd en geeft de hoeveelheid energie weer die wordt overgedragen van het uitgaande transmissiesignaalpaar naar het ingaande ontvangstsignaalpaar. De verre-eindoverspraak (FEXT) wordt gemeten door een signaal in het transmissiepaar aan één uiteinde van de kabel te injecteren en te observeren hoeveel energie er nog in het transmissiesignaal aan het andere uiteinde van de kabel aanwezig is. NEXT in kabelcomponenten en connectoren wordt meestal veroorzaakt door een slechte isolatie van het differentieelsignaalpaar, mogelijk door contactdozen en stekkers, onvolledige aarding of onjuiste behandeling van het kabelaansluitgebied. Systeemontwerpers moeten ervoor zorgen dat kabelassemblers deze drie problemen hebben aangepakt, bijvoorbeeld in componenten zoals de MINI SAS HD SFF-8644 of de OCuLink SFF-8611 4i.

24, 26 en 28 zijn de typische verliescurves voor een 100Ω-kabel.

Voor hoogwaardige kabelassemblages moet de NEXT, gemeten volgens de “SFF-8410 – Specificatie voor HSS-kopertesten en prestatie-eisen”, lager zijn dan 3%. Wat de S-parameter betreft, moet de NEXT hoger zijn dan 28 dB.
Retourverlies
Retourverlies meet de hoeveelheid energie die door het systeem of de kabel wordt gereflecteerd wanneer een signaal wordt ingevoerd. Deze gereflecteerde energie veroorzaakt een afname van de signaalamplitude aan de ontvangende kant van de kabel en kan leiden tot problemen met de signaalintegriteit aan de zendende kant, wat op zijn beurt elektromagnetische interferentieproblemen kan veroorzaken voor het systeem en de systeemontwerpers.
Dit retourverlies wordt veroorzaakt door impedantie-mismatch in de kabelcomponenten. Alleen door dit probleem zeer zorgvuldig aan te pakken, kan de impedantie niet veranderen wanneer het signaal door stopcontacten, stekkers en kabelaansluitingen gaat, waardoor de impedantievariatie tot een minimum wordt beperkt. De huidige SAS-4-standaard actualiseert de impedantiewaarde van ±10Ω in SAS-2 naar ±3Ω. Hoogwaardige kabels moeten binnen de tolerantie van de nominale 85 of 100 ± 3Ω blijven, zoals de SFF-8639 met SATA 15P of MCIO 74-pins kabel.

Scheve vervorming
Bij SAS-kabels zijn er twee soorten skew-vervorming: tussen differentiële paren en binnen differentiële paren (signaalintegriteitstheorie – differentieel signaal). Theoretisch gezien zouden meerdere signalen die gelijktijdig aan één uiteinde van de kabel worden ingevoerd, gelijktijdig aan het andere uiteinde moeten aankomen. Als deze signalen niet gelijktijdig aankomen, wordt dit verschijnsel kabel-skew-vervorming of vertragings-skew-vervorming genoemd. Bij differentiële paren is de skew-vervorming binnen het differentiële paar de vertraging tussen de twee geleiders van het differentiële paar, terwijl de skew-vervorming tussen differentiële paren de vertraging tussen twee sets differentiële paren is. Een grotere skew-vervorming binnen het differentiële paar kan de differentiële balans van het verzonden signaal verslechteren, de signaalamplitude verlagen, de tijdsjitter verhogen en elektromagnetische interferentieproblemen veroorzaken. Voor hoogwaardige kabels moet de skew-vervorming binnen het differentiële paar minder dan 10 ps bedragen, zoals bij SFF-8654 8i tot SFF-8643 of een kabel met anti-uitlijningsinvoeging.
Elektromagnetische interferentie
Er zijn veel oorzaken van elektromagnetische interferentieproblemen in kabels: slechte of geen afscherming, onjuiste aardingsmethode, ongebalanceerde differentiële signalen en bovendien is impedantie-mismatch ook een oorzaak. Voor buitenkabels zijn afscherming en aarding waarschijnlijk de twee belangrijkste factoren om aan te pakken, zoals bijvoorbeeld de SFF-8087 met rode aardingsdraad of een koperen aardingsdraadkabel.
Normaal gesproken moet de afscherming tegen externe of elektromagnetische interferentie bestaan ​​uit een dubbele afscherming van metaalfolie en een gevlochten laag, met een totale dekking van ten minste 85%. Tegelijkertijd moet deze afscherming volledig rondom (360°) verbonden zijn met de buitenmantel van de connector. De afscherming van de afzonderlijke differentiële paren moet geïsoleerd zijn van de externe afscherming, en hun filterlijnen moeten eindigen bij het systeemsignaal of de DC-massa om een ​​uniforme impedantiecontrole te garanderen voor de connector en kabelcomponenten, zoals bijvoorbeeld bij de SFF-8654 8i Full Wrap anti-slash of Scoop-proof connectorkabel.