De opslagsystemen van vandaag de dag groeien niet alleen met terabits en hebben hogere gegevensoverdrachtssnelheden, maar verbruiken ook minder energie en nemen minder ruimte in beslag. Deze systemen vereisen bovendien betere connectiviteit voor meer flexibiliteit. Ontwerpers hebben kleinere interconnecties nodig om de benodigde gegevensoverdrachtssnelheden te leveren, zowel nu als in de toekomst. En het ontwikkelen en geleidelijk volwassen worden van een standaard is geen kwestie van één dag. Vooral in de IT-sector is elke technologie constant in ontwikkeling en verbetering, zoals de Serial Attached SCSI (SAS)-specificatie. Als opvolger van parallel SCSI bestaat de SAS-specificatie al een tijdje.
In de loop der jaren zijn de specificaties van SAS verbeterd. Hoewel het onderliggende protocol grotendeels hetzelfde is gebleven, zijn er in principe niet veel veranderingen doorgevoerd. De specificaties van de externe interfaceconnectoren zijn echter wel sterk aangepast. Dit is een aanpassing van SAS aan de marktomstandigheden. Door deze continue verbetering, die als een stapsgewijze aanpak wordt gezien, zijn de SAS-specificaties steeds volwassener geworden. Interfaceconnectoren met verschillende specificaties worden SAS genoemd. De overgang van parallel naar serieel, van parallelle SCSI-technologie naar seriële SCSI (SAS)-technologie, heeft de bekabeling ingrijpend veranderd. De eerdere parallelle SCSI kon single-ended of differentieel werken over 16 kanalen met een snelheid tot 320 Mb/s. Momenteel wordt de SAS 3.0-interface, die gangbaarder is in de zakelijke opslagsector, nog steeds gebruikt. De bandbreedte is echter twee keer zo hoog als die van de SAS 3, die al lange tijd niet meer is geüpgraded: 24 Gbps, ongeveer 75% van de bandbreedte van een gangbare PCIe 3.0 x4 solid-state drive. De nieuwste MiniSAS-connector, beschreven in de SAS-4-specificatie, is kleiner en maakt een hogere dichtheid mogelijk. De nieuwste MiniSAS-connector is half zo groot als de originele SCSI-connector en 70% zo groot als de SAS-connector. In tegenstelling tot de originele SCSI-parallelle kabel hebben zowel SAS als MiniSAS vier kanalen. Naast hogere snelheden, een hogere dichtheid en meer flexibiliteit, is er echter ook een toename in complexiteit. Vanwege de kleinere afmetingen van de connector moeten de originele kabelfabrikant, kabelassemblagebedrijf en systeemontwerper nauwlettend letten op de signaalintegriteitsparameters gedurende de gehele kabelassemblage.
Niet alle kabelassemblagebedrijven zijn in staat om hoogwaardige, snelle signalen te leveren die voldoen aan de eisen voor signaalintegriteit van opslagsystemen. Kabelassemblagebedrijven hebben behoefte aan hoogwaardige en kosteneffectieve oplossingen voor de nieuwste opslagsystemen. Om stabiele, duurzame, snelle kabelassemblages te produceren, moet rekening worden gehouden met verschillende factoren. Naast het waarborgen van de kwaliteit van de bewerking en verwerking, moeten ontwerpers nauwlettend letten op de signaalintegriteitsparameters die de huidige snelle geheugenkabels mogelijk maken.
Specificatie van signaalintegriteit (Wat is een compleet signaal?)
Enkele belangrijke parameters voor signaalintegriteit zijn invoegverlies, nabij- en verre-eindoverspraak, retourverlies, scheefstandvervorming van het verschilpaar intern en de amplitude van de verschilmodus ten opzichte van de gemeenschappelijke modus. Hoewel deze factoren met elkaar samenhangen en elkaar beïnvloeden, kunnen we één factor tegelijk bekijken om de belangrijkste impact ervan te bestuderen.
Invoegverlies (Hoogfrequente parameters Basisprincipes 01 - dempingsparameters)
Het invoegverlies is het verlies aan signaalamplitude van het zendende uiteinde van de kabel naar het ontvangende uiteinde, wat rechtstreeks evenredig is met de frequentie. Het invoegverlies is ook afhankelijk van het aantal draden, zoals weergegeven in het onderstaande dempingsdiagram. Voor interne componenten over korte afstanden in een 30- of 28-AWG-kabel moet een kabel van goede kwaliteit een demping hebben van minder dan 2 dB/m bij 1,5 GHz. Voor externe 6 Gb/s SAS met kabels van 10 meter wordt een kabel met een gemiddelde draaddikte van 24 aanbevolen, die slechts 13 dB demping heeft bij 3 GHz. Als u meer signaalmarge wilt bij hogere datasnelheden, kies dan voor een kabel met minder demping bij hoge frequenties voor langere kabels.
Overspraak (Basisprincipes van hoogfrequente parameters 03 - Overspraakparameters)
De hoeveelheid energie die van het ene signaal- of verschilpaar naar het andere wordt overgedragen. 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 betreft de hoeveelheid energie die van het uitgaande transmissiesignaalpaar naar het ingaande ontvangstsignaalpaar wordt overgedragen. Verre-eindoverspraak (FEXT) wordt gemeten door een signaal voor het transmissiepaar aan één uiteinde van de kabel te injecteren en te observeren hoeveel energie er aan het andere uiteinde van de kabel op het transmissiesignaal overblijft.
Het NEXT-probleem in de kabelassemblage en connector wordt meestal veroorzaakt door een slechte isolatie van de differentiële signaalparen. Dit kan het gevolg zijn van stopcontacten en stekkers, onvolledige aarding of een slechte behandeling van het kabelaansluitgebied. De systeemontwerper moet ervoor zorgen dat de kabelassemblage deze drie problemen heeft aangepakt.
Verliescurven voor gangbare 100Ω-kabels van 24, 26 en 28
Een kabelassemblage van goede kwaliteit, conform de “SFF-8410-Specification for HSS Copper Testing and Performance Requirements”, moet een NEXT-waarde van minder dan 3% hebben. Wat de s-parameter betreft, moet de NEXT-waarde hoger zijn dan 28 dB.
Retourverlies (Basisprincipes van hoogfrequente parameters 06 - Retourverlies)
Retourverlies meet de hoeveelheid energie die door een systeem of kabel wordt gereflecteerd wanneer een signaal wordt ingevoerd. Deze gereflecteerde energie kan een daling van de signaalamplitude aan de ontvangende kant van de kabel veroorzaken en problemen met de signaalintegriteit aan de zendende kant teweegbrengen. Dit kan leiden tot elektromagnetische interferentieproblemen voor het systeem en de systeemontwerpers.
Dit retourverlies wordt veroorzaakt door impedantie-mismatch in de kabelassemblage. Alleen door dit probleem met grote zorg aan te pakken, kan de impedantie van het signaal niet veranderen wanneer het door de contactdoos, stekker en draadaansluiting gaat, waardoor de impedantieverandering tot een minimum wordt beperkt. De huidige SAS-4-norm is bijgewerkt naar een impedantiewaarde van ±3Ω in vergelijking met de ±10Ω van SAS-2, en de eisen aan kwalitatief goede kabels moeten binnen de nominale tolerantie van 85 of 100 ±3Ω blijven.
Scheve vervorming
In SAS-kabels zijn er twee soorten skew-vervorming: tussen differentieparen en binnen differentieparen (het differentiesignaal van de signaalintegriteitstheorie). Theoretisch gezien zouden meerdere signalen die aan één uiteinde van de kabel binnenkomen, 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 differentieparen is de skew-vervorming binnen het differentiepaar de vertraging tussen de twee draden van het differentiepaar, en de skew-vervorming tussen de differentieparen is de vertraging tussen de twee sets differentieparen. Een grote skew-vervorming van het differentiepaar verslechtert de differentiebalans van het verzonden signaal, verlaagt de signaalamplitude, verhoogt de tijdsjitter en veroorzaakt elektromagnetische interferentieproblemen. Het verschil tussen de interne skew-vervorming en de differentie van een kabel van goede kwaliteit zou minder dan 10 ps moeten zijn.
Geplaatst op: 30 november 2023
