Высокоскоростные кабели SAS: разъемы и оптимизация сигнала

Высокоскоростные кабели SAS: разъемы и оптимизация сигнала

Технические характеристики целостности сигнала

К основным параметрам целостности сигнала относятся вносимые потери, перекрестные помехи на ближнем и дальнем концах, обратные потери, искажения типа «асимметрия» внутри дифференциальных пар и амплитуда сигнала при переходе от дифференциального режима к синфазному. Хотя эти факторы взаимосвязаны и влияют друг на друга, мы можем рассматривать каждый фактор по отдельности, чтобы изучить его основное воздействие.
Вносимые потери
Вносимые потери — это затухание амплитуды сигнала от передающего конца к принимающему концу кабеля, и они прямо пропорциональны частоте. Вносимые потери также зависят от сечения провода, как показано на графике затухания ниже. Для внутренних компонентов ближнего действия, использующих кабели 30 или 28-AWG, высококачественные кабели должны иметь затухание менее 2 дБ/м на частоте 1,5 ГГц. Для внешних SAS-устройств 6 Гбит/с, использующих 10-метровые кабели, рекомендуется использовать кабели со средним сечением провода 24, которые имеют затухание всего 13 дБ на частоте 3 ГГц. Если вы хотите добиться большего запаса сигнала при более высоких скоростях передачи данных, выбирайте кабели с меньшим затуханием на высоких частотах для более длинных кабелей, например, SFF-8482 с кабелем POWER или SlimSAS SFF-8654 8i.

Перекрестные разговоры
Перекрестные помехи (Crosstalk) — это количество энергии, передаваемой от одной пары сигналов или дифференциальных пар к другой паре сигналов или дифференциальных пар. В случае кабелей SAS, если перекрестные помехи на ближнем конце (NEXT) недостаточно малы, это вызовет большинство проблем со связью. Измерение NEXT проводится только на одном конце кабеля и представляет собой величину энергии, передаваемой от пары выходных сигналов передачи к паре входных сигналов приема. Измерение перекрестных помех на дальнем конце (FEXT) осуществляется путем подачи сигнала в пару передачи на одном конце кабеля и наблюдения за тем, сколько энергии все еще сохраняется в сигнале передачи на другом конце кабеля. NEXT в кабельных компонентах и ​​разъемах обычно вызваны плохой изоляцией пары сигналов или дифференциальных пар, возможно, из-за разъемов и вилок, неполного заземления или неправильной обработки зоны оконечной обработки кабеля. Разработчики систем должны убедиться, что производители кабелей учли эти три проблемы, например, в таких компонентах, как MINI SAS HD SFF-8644 или OCuLink SFF-8611 4i.

На рисунках 24, 26 и 28 представлены типичные кривые потерь в кабеле с сопротивлением 100 Ом.

Для высококачественных кабельных сборок значение NEXT, измеренное в соответствии со стандартом «SFF-8410 – Спецификация для испытаний и требований к характеристикам медных кабелей HSS», должно быть ниже 3%. Что касается S-параметра, значение NEXT должно быть больше 28 дБ.
Возвратные потери
Коэффициент отражения измеряет величину энергии, отражаемой от системы или кабеля при подаче сигнала. Эта отраженная энергия приводит к уменьшению амплитуды сигнала на приемном конце кабеля и может вызвать проблемы с целостностью сигнала на передающем конце, что, в свою очередь, может привести к проблемам электромагнитных помех для системы и ее разработчиков.
Эти потери на отражение вызваны несоответствием импедансов в компонентах кабеля. Только очень тщательное решение этой проблемы позволит избежать изменения импеданса при прохождении сигнала через розетки, вилки и клеммы кабеля, минимизируя колебания импеданса. В текущем стандарте SAS-4 значение импеданса обновлено с ±10 Ом в SAS-2 до ±3 Ом. Высококачественные кабели должны соответствовать требованиям в пределах допуска номинальных 85 или 100 ± 3 Ом, например, SFF-8639 с SATA 15P или 74-контактный кабель MCIO.

Искаженное искажение
В кабелях SAS существует два типа искажений: между дифференциальными парами и внутри дифференциальных пар (теория целостности сигнала – дифференциальный сигнал). Теоретически, если несколько сигналов одновременно поступают на один конец кабеля, они должны одновременно достигать другого конца. Если эти сигналы не поступают одновременно, это явление называется искажением кабеля или искажением задержки-искажения. Для дифференциальных пар искажение внутри дифференциальной пары представляет собой задержку между двумя проводниками дифференциальной пары, тогда как искажение между дифференциальными парами представляет собой задержку между двумя наборами дифференциальных пар. Большее искажение внутри дифференциальной пары может ухудшить дифференциальный баланс передаваемого сигнала, уменьшить амплитуду сигнала, увеличить временной дрожание и вызвать проблемы электромагнитных помех. Для высококачественных кабелей искажение внутри дифференциальной пары должно быть менее 10 пс, например, SFF-8654 8i – SFF-8643 или кабель с защитой от смещения.
Электромагнитные помехи
Причин возникновения электромагнитных помех в кабелях множество: плохое экранирование или его отсутствие, неправильный метод заземления, несимметричные дифференциальные сигналы, а также несоответствие импедансов. Для наружных кабелей экранирование и заземление, вероятно, являются двумя наиболее важными факторами, которые необходимо учитывать, например, кабель SFF-8087 с красной сеткой или кабель с медной сеткой для заземления.
Как правило, экранирование от внешних электромагнитных помех должно представлять собой двойное экранирование из металлической фольги и оплетки, обеспечивающее общее покрытие не менее 85%. При этом это экранирование должно быть соединено с внешней оболочкой разъема, обеспечивая полное соединение на 360°. Экранирование отдельных дифференциальных пар должно быть изолировано от внешнего экранирования, а их фильтрующие линии должны подключаться к системному сигналу или постоянному заземлению для обеспечения единого контроля импеданса для компонентов разъема и кабеля, например, кабель с разъемом SFF-8654 8i Full Wrap с защитой от перерезания или кабель с защитой от зацепления.