Kable SAS o dużej prędkości: złącza i optymalizacja sygnału

Kable SAS o dużej prędkości: złącza i optymalizacja sygnału

Specyfikacje integralności sygnału

Do głównych parametrów integralności sygnału należą: tłumienność wtrąceniowa, przesłuchy bliskie i dalekie, tłumienność odbiciowa, zniekształcenia skośne w parach różnicowych oraz amplituda z trybu różnicowego do wspólnego. Chociaż czynniki te są ze sobą powiązane i wzajemnie na siebie wpływają, możemy rozważyć każdy czynnik osobno, aby zbadać jego główny wpływ.
Strata wtrąceniowa
Straty wtrąceniowe to tłumienie amplitudy sygnału od końca nadawczego do końca odbiorczego kabla i są wprost proporcjonalne do częstotliwości. Straty wtrąceniowe zależą również od średnicy przewodu, jak pokazano na poniższym wykresie tłumienia. W przypadku wewnętrznych elementów krótkiego zasięgu wykorzystujących kable 30 lub 28 AWG, kable wysokiej jakości powinny mieć tłumienie mniejsze niż 2 dB/m przy 1,5 GHz. W przypadku zewnętrznego łącza SAS 6 Gb/s wykorzystującego kable o długości 10 m zaleca się stosowanie kabli o średniej średnicy przewodu 24, które mają tłumienie zaledwie 13 dB przy 3 GHz. Aby uzyskać większy margines sygnału przy wyższych prędkościach transmisji danych, należy wybrać kable o niższym tłumieniu przy wysokich częstotliwościach dla dłuższych kabli, takie jak SFF-8482 z kablem POWER lub SlimSAS SFF-8654 8i.

Przesłuch
Przesłuch odnosi się do ilości energii przesyłanej z jednego sygnału lub pary różnicowej do innego sygnału lub pary różnicowej. W przypadku kabli SAS, jeśli przesłuch bliski (NEXT) nie jest wystarczająco mały, będzie przyczyną większości problemów z łączem. Pomiar przesłuchu bliskiego (NEXT) przeprowadza się tylko na jednym końcu kabla i jest to ilość energii przesyłanej z wyjściowej pary sygnału transmisyjnego do wejściowej pary odbiorczej. Pomiar przesłuchu dalekiego (FEXT) przeprowadza się poprzez wprowadzenie sygnału do pary transmisyjnej na jednym końcu kabla i obserwację, ile energii pozostaje w sygnale transmisyjnym na drugim końcu kabla. Przesłuch bliski (NEXT) w elementach kablowych i złączach jest zwykle spowodowany słabą izolacją pary sygnału różnicowego, prawdopodobnie z powodu gniazd i wtyczek, niepełnego uziemienia lub niewłaściwego obchodzenia się z obszarem zakończeń kabla. Projektanci systemów muszą mieć pewność, że osoby zajmujące się montażem okablowania uwzględniły te trzy kwestie, jak ma to miejsce w przypadku komponentów MINI SAS HD SFF-8644 lub OCuLink SFF-8611 4i.

24, 26 i 28 to typowe krzywe strat kabli 100Ω.

W przypadku wysokiej jakości zestawów kablowych, współczynnik NEXT mierzony zgodnie z normą „SFF-8410 – Specyfikacja badań i wymagań wydajnościowych miedzi HSS” powinien być niższy niż 3%. Jeśli chodzi o parametr S, współczynnik NEXT powinien być większy niż 28 dB.
Strata powrotu
Straty odbiciowe mierzą wartość energii odbitej od systemu lub kabla podczas wprowadzania sygnału. Ta odbita energia powoduje spadek amplitudy sygnału po stronie odbiorczej kabla i może prowadzić do problemów z integralnością sygnału po stronie nadawczej, co z kolei może powodować problemy z zakłóceniami elektromagnetycznymi dla systemu i jego projektantów.
Straty odbiciowe są spowodowane niedopasowaniem impedancji w elementach kabla. Tylko bardzo ostrożne podejście do tego problemu pozwala uniknąć zmian impedancji podczas przepływu sygnału przez gniazda, wtyczki i zaciski kablowe, minimalizując wahania impedancji. Aktualny standard SAS-4 aktualizuje wartość impedancji z ±10 Ω w standardzie SAS-2 do ±3 Ω. Wysokiej jakości kable powinny mieścić się w granicach tolerancji nominalnej 85 lub 100 ± 3 Ω, na przykład SFF-8639 z 15-pinowym złączem SATA lub kablem MCIO 74-pinowym.

Zniekształcenie skośne
W kablach SAS występują dwa rodzaje zniekształceń skośnych: między parami różnicowymi i wewnątrz par różnicowych (teoria integralności sygnału – sygnał różnicowy). Teoretycznie, jeśli wiele sygnałów jest wprowadzanych jednocześnie na jednym końcu kabla, powinny one dotrzeć do drugiego końca jednocześnie. Jeśli sygnały te nie docierają jednocześnie, zjawisko to nazywa się zniekształceniem skośnym kabla lub zniekształceniem opóźniająco-skośnym. W przypadku par różnicowych zniekształcenie skośne wewnątrz pary różnicowej to opóźnienie między dwoma przewodnikami pary różnicowej, podczas gdy zniekształcenie skośne między parami różnicowymi to opóźnienie między dwoma zestawami par różnicowych. Większe zniekształcenie skośne wewnątrz pary różnicowej może pogorszyć równowagę różnicową przesyłanego sygnału, zmniejszyć amplitudę sygnału, zwiększyć jitter czasowy i powodować problemy z zakłóceniami elektromagnetycznymi. W przypadku kabli wysokiej jakości zniekształcenie skośne wewnątrz pary różnicowej powinno być mniejsze niż 10 ps, ​​jak na przykład SFF-8654 8i do SFF-8643 lub kabel z wkładką antywspółosiową.
Zakłócenia elektromagnetyczne
Istnieje wiele przyczyn problemów z zakłóceniami elektromagnetycznymi w kablach: słabe ekranowanie lub jego brak, nieprawidłowa metoda uziemienia, niezrównoważone sygnały różnicowe, a ponadto niedopasowanie impedancji jest również przyczyną. W przypadku kabli zewnętrznych, ekranowanie i uziemienie to prawdopodobnie dwa najważniejsze czynniki, które należy uwzględnić, na przykład kabel uziemiający SFF-8087 z czerwoną siatką lub kabel uziemiający z siatką Coopera.
Zazwyczaj ekranowanie zewnętrzne lub przeciwzakłóceniowe powinno być wykonane w formie podwójnego ekranu z folii metalowej i oplotu, o całkowitym pokryciu co najmniej 85%. Jednocześnie ekran ten powinien być połączony z zewnętrzną powłoką złącza, zapewniając pełne połączenie 360°. Ekranowanie poszczególnych par różnicowych powinno być odizolowane od ekranu zewnętrznego, a ich linie filtrujące powinny kończyć się na sygnale systemowym lub masie prądu stałego, aby zapewnić jednolitą kontrolę impedancji złącza i elementów kabla, np. w przypadku kabla połączeniowego SFF-8654 8i Full Wrap z zabezpieczeniem przed przecięciem lub Scoop-proof.