Cables SAS de alta velocidad: Conectores y optimización de la señal

Cables SAS de alta velocidad: Conectores y optimización de la señal

Especificaciones de integridad de señal

Algunos de los parámetros principales de la integridad de la señal incluyen la pérdida de inserción, la diafonía en los extremos cercano y lejano, la pérdida de retorno, la distorsión de asimetría en pares diferenciales y la amplitud de la transición del modo diferencial al modo común. Si bien estos factores están interrelacionados y se influyen mutuamente, podemos analizarlos individualmente para estudiar su impacto principal.
Pérdida de inserción
La pérdida de inserción es la atenuación de la amplitud de la señal desde el extremo transmisor hasta el extremo receptor de un cable, y es directamente proporcional a la frecuencia. También depende del calibre del cable, como se muestra en la gráfica de atenuación a continuación. Para componentes internos de corto alcance que utilizan cables de 30 o 28 AWG, los cables de alta calidad deben tener una atenuación inferior a 2 dB/m a 1,5 GHz. Para SAS externo de 6 Gb/s con cables de 10 m, se recomienda utilizar cables con un calibre promedio de 24 AWG, que presentan una atenuación de tan solo 13 dB a 3 GHz. Si se desea obtener un mayor margen de señal a velocidades de transferencia de datos más altas, se recomienda utilizar cables con menor atenuación a altas frecuencias para cables más largos, como el SFF-8482 con cable de alimentación o el SlimSAS SFF-8654 8i.

Diafonía
La diafonía se refiere a la cantidad de energía que se transmite de una señal o par diferencial a otra. En los cables SAS, si la diafonía en el extremo cercano (NEXT) no es suficientemente baja, provocará la mayoría de los problemas de enlace. La medición de NEXT se realiza únicamente en un extremo del cable y corresponde a la magnitud de la energía transferida del par de señales de transmisión de salida al par de señales de recepción de entrada. La medición de la diafonía en el extremo lejano (FEXT) se lleva a cabo inyectando una señal en el par de transmisión en un extremo del cable y observando cuánta energía se conserva en la señal de transmisión en el otro extremo. La NEXT en los componentes y conectores del cable suele deberse a un aislamiento deficiente del par diferencial de señal, posiblemente causado por enchufes y tomas, una conexión a tierra incompleta o un manejo inadecuado de la zona de terminación del cable. Los diseñadores de sistemas deben asegurarse de que los ensambladores de cables hayan abordado estos tres problemas, como en componentes como MINI SAS HD SFF-8644 u OCuLink SFF-8611 4i.

Las curvas 24, 26 y 28 son las curvas de pérdida típicas de un cable de 100 Ω.

Para conjuntos de cables de alta calidad, el NEXT medido según la norma “SFF-8410 – Especificación para pruebas y requisitos de rendimiento del cobre HSS” debe ser inferior al 3 %. En cuanto al parámetro S, el NEXT debe ser superior a 28 dB.
Pérdida de retorno
La pérdida de retorno mide la magnitud de la energía reflejada por el sistema o cable al inyectarse una señal. Esta energía reflejada provoca una disminución en la amplitud de la señal en el extremo receptor del cable y puede ocasionar problemas de integridad de la señal en el extremo transmisor, lo que a su vez puede causar interferencias electromagnéticas tanto para el sistema como para sus diseñadores.
Esta pérdida de retorno se debe a la falta de coincidencia de impedancia en los componentes del cable. Solo tratando este problema con sumo cuidado se puede evitar que la impedancia varíe cuando la señal pasa por tomas, conectores y terminales de cable, minimizando así su variación. El estándar SAS-4 actual actualiza el valor de impedancia de ±10 Ω (SAS-2) a ±3 Ω. Los cables de alta calidad deben cumplir con el requisito dentro de la tolerancia nominal de 85 o 100 ± 3 Ω, como por ejemplo el cable SFF-8639 con SATA de 15 pines o el cable MCIO de 74 pines.

Distorsión sesgada
En los cables SAS, existen dos tipos de distorsión de asimetría: entre pares diferenciales y dentro de los pares diferenciales (teoría de la integridad de la señal - señal diferencial). Teóricamente, si se introducen varias señales simultáneamente en un extremo del cable, deberían llegar al otro extremo al mismo tiempo. Si estas señales no llegan simultáneamente, este fenómeno se denomina distorsión de asimetría del cable o distorsión de asimetría por retardo. Para los pares diferenciales, la distorsión de asimetría dentro del par diferencial es el retardo entre los dos conductores del par diferencial, mientras que la distorsión de asimetría entre pares diferenciales es el retardo entre dos conjuntos de pares diferenciales. Una mayor distorsión de asimetría dentro del par diferencial puede deteriorar el equilibrio diferencial de la señal transmitida, reducir la amplitud de la señal, aumentar la fluctuación temporal (jitter) y causar problemas de interferencia electromagnética. Para cables de alta calidad, la distorsión de asimetría dentro del par diferencial debe ser inferior a 10 ps, ​​como en el caso de los cables SFF-8654 8i a SFF-8643 o los cables de inserción anti-desalineación.
interferencia electromagnética
Existen numerosas causas de interferencias electromagnéticas en los cables: blindaje deficiente o inexistente, método de puesta a tierra incorrecto, señales diferenciales desequilibradas y, además, la falta de coincidencia de impedancia. En el caso de cables externos, el blindaje y la puesta a tierra son probablemente los dos factores más importantes a tener en cuenta, como en el caso del cable SFF-8087 con malla roja o cable de puesta a tierra de malla de cobre.
Por lo general, el blindaje contra interferencias externas o electromagnéticas debe consistir en un doble blindaje de lámina metálica y capa trenzada, con una cobertura total de al menos el 85 %. Este blindaje debe conectarse a la cubierta exterior del conector, con una conexión completa de 360°. El blindaje de cada par diferencial debe estar aislado del blindaje externo, y sus líneas de filtrado deben terminar en la señal del sistema o en la tierra de CC para garantizar un control de impedancia uniforme para los componentes del conector y el cable, como el cable con conector SFF-8654 8i Full Wrap anti-corte o a prueba de slalom.