Cavi SAS ad alta velocità: connettori e ottimizzazione del segnale

Cavi SAS ad alta velocità: connettori e ottimizzazione del segnale

Specifiche di integrità del segnale

Alcuni dei principali parametri dell'integrità del segnale includono la perdita di inserzione, la diafonia tra estremità vicine e lontane, la perdita di ritorno, la distorsione skew all'interno delle coppie differenziali e l'ampiezza dal modo differenziale al modo comune. Sebbene questi fattori siano correlati e si influenzino a vicenda, possiamo considerarli uno alla volta per studiarne l'impatto primario.
Perdita di inserzione
La perdita di inserzione è l'attenuazione dell'ampiezza del segnale dall'estremità trasmittente a quella ricevente di un cavo ed è direttamente proporzionale alla frequenza. La perdita di inserzione dipende anche dal calibro del filo, come mostrato nel grafico di attenuazione sottostante. Per componenti interni a corto raggio che utilizzano cavi da 30 o 28 AWG, i cavi di alta qualità dovrebbero avere un'attenuazione inferiore a 2 dB/m a 1,5 GHz. Per SAS esterni a 6 Gb/s che utilizzano cavi da 10 m, si consiglia di utilizzare cavi con un calibro medio di 24, che presentano un'attenuazione di soli 13 dB a 3 GHz. Per ottenere un margine di segnale maggiore a velocità di trasferimento dati più elevate, è consigliabile utilizzare cavi con attenuazione inferiore alle alte frequenze per cavi più lunghi, come SFF-8482 con cavo di alimentazione o SlimSAS SFF-8654 8i.

Diafonia
Il crosstalk si riferisce alla quantità di energia trasmessa da un segnale o coppia differenziale a un altro segnale o coppia differenziale. Per i cavi SAS, se il near-end crosstalk (NEXT) non è sufficientemente piccolo, causerà la maggior parte dei problemi di collegamento. La misurazione del NEXT viene effettuata solo a un'estremità del cavo e indica l'entità dell'energia trasferita dalla coppia di segnali di trasmissione in uscita alla coppia di segnali di ricezione in ingresso. La misurazione del far-end crosstalk (FEXT) viene eseguita iniettando un segnale nella coppia di segnali di trasmissione a un'estremità del cavo e osservando quanta energia è ancora trattenuta sul segnale di trasmissione all'altra estremità del cavo. Il NEXT nei componenti e nei connettori dei cavi è solitamente causato da un isolamento inadeguato della coppia differenziale del segnale, probabilmente dovuto a prese e spine, messa a terra incompleta o gestione impropria dell'area di terminazione del cavo. I progettisti di sistemi devono assicurarsi che gli assemblatori di cavi abbiano affrontato questi tre problemi, come nel caso di componenti come MINI SAS HD SFF-8644 o OCuLink SFF-8611 4i.

24, 26 e 28 sono le curve di perdita tipiche del cavo da 100Ω.

Per assemblaggi di cavi di alta qualità, il NEXT misurato in conformità con la norma "SFF-8410 - Specifiche per test e requisiti prestazionali del rame HSS" dovrebbe essere inferiore al 3%. Per quanto riguarda il parametro S, il NEXT dovrebbe essere superiore a 28 dB.
Perdita di ritorno
La perdita di ritorno misura l'entità dell'energia riflessa dal sistema o dal cavo quando viene iniettato un segnale. Questa energia riflessa provoca una diminuzione dell'ampiezza del segnale all'estremità ricevente del cavo e può portare a problemi di integrità del segnale all'estremità trasmittente, che a loro volta possono causare problemi di interferenza elettromagnetica per il sistema e i progettisti del sistema.
Questa perdita di ritorno è causata da un disadattamento di impedenza nei componenti del cavo. Solo affrontando questo problema con la massima attenzione è possibile evitare che l'impedenza cambi quando il segnale passa attraverso prese, spine e terminali del cavo, in modo da ridurre al minimo la variazione di impedenza. L'attuale standard SAS-4 aggiorna il valore di impedenza da ±10Ω in SAS-2 a ±3Ω. I cavi di alta qualità dovrebbero mantenere il requisito entro la tolleranza nominale di 85 o 100 ± 3Ω, come ad esempio SFF-8639 con cavo SATA 15P o MCIO a 74 pin.

Distorsione obliqua
Nei cavi SAS, esistono due tipi di distorsione skew: tra coppie differenziali e all'interno di coppie differenziali (teoria dell'integrità del segnale - segnale differenziale). Teoricamente, se più segnali vengono immessi simultaneamente a un'estremità del cavo, dovrebbero raggiungere l'altra estremità simultaneamente. Se questi segnali non arrivano simultaneamente, questo fenomeno è chiamato distorsione skew del cavo, o distorsione delay-skew. Per le coppie differenziali, la distorsione skew all'interno della coppia differenziale è il ritardo tra i due conduttori della coppia differenziale, mentre la distorsione skew tra coppie differenziali è il ritardo tra due serie di coppie differenziali. Una distorsione skew maggiore all'interno della coppia differenziale può deteriorare il bilanciamento differenziale del segnale trasmesso, ridurne l'ampiezza, aumentare il jitter temporale e causare problemi di interferenza elettromagnetica. Per cavi di alta qualità, la distorsione skew all'interno della coppia differenziale dovrebbe essere inferiore a 10 ps, ​​come nel caso dei cavi SFF-8654 8i - SFF-8643 o Anti-misalignment Insertion.
Interferenza elettromagnetica
Le cause dei problemi di interferenza elettromagnetica nei cavi sono molteplici: schermatura insufficiente o assente, metodo di messa a terra non corretto, segnali differenziali sbilanciati e, inoltre, anche la mancata corrispondenza dell'impedenza è una delle cause. Per i cavi esterni, la schermatura e la messa a terra sono probabilmente i due fattori più importanti da considerare, come nel caso del cavo SFF-8087 con maglia rossa o del cavo di messa a terra con maglia di Cooper.
Solitamente, la schermatura contro le interferenze esterne o elettromagnetiche dovrebbe essere una doppia schermatura con lamina metallica e strato intrecciato, con una copertura complessiva di almeno l'85%. Allo stesso tempo, questa schermatura dovrebbe essere collegata alla guaina esterna del connettore, con una connessione completa a 360°. La schermatura delle singole coppie differenziali dovrebbe essere isolata dalla schermatura esterna e le loro linee di filtraggio dovrebbero terminare al segnale di sistema o alla massa CC per garantire un controllo unificato dell'impedenza per il connettore e i componenti del cavo, come il cavo connettore anti-taglio o anti-deformazione SFF-8654 8i Full Wrap.