Cáp SAS tốc độ cao: Đầu nối và tối ưu hóa tín hiệu

Cáp SAS tốc độ cao: Đầu nối và tối ưu hóa tín hiệu

Thông số kỹ thuật về tính toàn vẹn tín hiệu

Một số thông số chính của tính toàn vẹn tín hiệu bao gồm suy hao chèn, nhiễu xuyên âm gần và xa, suy hao phản xạ, méo lệch trong các cặp vi sai và biên độ từ chế độ vi sai sang chế độ chung. Mặc dù các yếu tố này có liên quan và ảnh hưởng lẫn nhau, chúng ta có thể xem xét từng yếu tố một để nghiên cứu tác động chính của nó.
Mất mát chèn
Suy hao chèn là sự suy giảm biên độ tín hiệu từ đầu phát đến đầu thu của cáp, và nó tỷ lệ thuận với tần số. Suy hao chèn cũng phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn, như thể hiện trong biểu đồ suy giảm bên dưới. Đối với các thành phần bên trong tầm ngắn sử dụng cáp 30 hoặc 28-AWG, cáp chất lượng cao nên có độ suy giảm nhỏ hơn 2 dB/m ở tần số 1,5 GHz. Đối với SAS 6 Gb/s bên ngoài sử dụng cáp 10m, nên sử dụng cáp có tiết diện trung bình là 24, có độ suy giảm chỉ 13 dB ở tần số 3 GHz. Nếu bạn muốn đạt được biên độ tín hiệu lớn hơn ở tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, hãy chỉ định cáp có độ suy giảm thấp hơn ở tần số cao cho các cáp dài hơn, chẳng hạn như SFF-8482 với cáp POWER hoặc SlimSAS SFF-8654 8i.

Nhiễu xuyên âm
Nhiễu xuyên kênh (crosstalk) đề cập đến lượng năng lượng được truyền từ một tín hiệu hoặc cặp tín hiệu vi sai này sang một tín hiệu hoặc cặp tín hiệu vi sai khác. Đối với cáp SAS, nếu nhiễu xuyên kênh gần (NEXT) không đủ nhỏ, nó sẽ gây ra hầu hết các sự cố về kết nối. Việc đo NEXT chỉ được thực hiện ở một đầu cáp, và đó là độ lớn của năng lượng được truyền từ cặp tín hiệu truyền đầu ra sang cặp tín hiệu nhận đầu vào. Việc đo nhiễu xuyên kênh xa (FEXT) được thực hiện bằng cách đưa một tín hiệu vào cặp tín hiệu truyền ở một đầu cáp và quan sát lượng năng lượng còn lại trên tín hiệu truyền ở đầu kia của cáp. Nhiễu NEXT trong các thành phần và đầu nối cáp thường do sự cách ly kém của cặp tín hiệu vi sai, có thể do ổ cắm và phích cắm, nối đất không hoàn chỉnh hoặc xử lý không đúng cách khu vực đầu cuối cáp. Các nhà thiết kế hệ thống cần đảm bảo rằng các nhà lắp ráp cáp đã giải quyết ba vấn đề này, chẳng hạn như trong các thành phần như MINI SAS HD SFF-8644 hoặc OCuLink SFF-8611 4i.

Hình 24, 26 và 28 là các đường cong suy hao điển hình của cáp 100Ω.

Đối với các cụm cáp chất lượng cao, giá trị NEXT đo được theo tiêu chuẩn “SFF-8410 – Quy cách kỹ thuật về thử nghiệm và yêu cầu hiệu suất của cáp đồng HSS” phải thấp hơn 3%. Còn đối với thông số S, giá trị NEXT phải lớn hơn 28 dB.
Lợi nhuận
Suy hao phản xạ đo lường cường độ năng lượng bị phản xạ từ hệ thống hoặc cáp khi một tín hiệu được đưa vào. Năng lượng phản xạ này gây ra sự suy giảm biên độ tín hiệu ở đầu thu của cáp và có thể dẫn đến các vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu ở đầu phát, từ đó có thể gây ra các vấn đề nhiễu điện từ cho hệ thống và các nhà thiết kế hệ thống.
Sự suy hao phản xạ này là do sự không khớp trở kháng trong các thành phần cáp. Chỉ bằng cách xử lý vấn đề này một cách cẩn thận, trở kháng mới không thay đổi khi tín hiệu đi qua các ổ cắm, phích cắm và đầu nối cáp, nhằm giảm thiểu sự biến thiên trở kháng. Tiêu chuẩn SAS-4 hiện hành cập nhật giá trị trở kháng từ ±10Ω trong SAS-2 lên ±3Ω. Các loại cáp chất lượng cao cần duy trì yêu cầu trong phạm vi dung sai của giá trị danh nghĩa 85 hoặc 100 ± 3Ω, chẳng hạn như SFF-8639 với SATA 15P hoặc cáp MCIO 74 chân.

Biến dạng lệch
Trong cáp SAS, có hai loại méo tín hiệu lệch: giữa các cặp vi sai và trong cùng một cặp vi sai (lý thuyết toàn vẹn tín hiệu – tín hiệu vi sai). Về mặt lý thuyết, nếu nhiều tín hiệu được đưa vào đồng thời ở một đầu cáp, chúng sẽ đến đầu kia đồng thời. Nếu các tín hiệu này không đến đồng thời, hiện tượng này được gọi là méo tín hiệu lệch cáp, hoặc méo tín hiệu lệch do trễ. Đối với các cặp vi sai, méo tín hiệu lệch trong cùng một cặp vi sai là độ trễ giữa hai dây dẫn của cặp vi sai, trong khi méo tín hiệu lệch giữa các cặp vi sai là độ trễ giữa hai bộ cặp vi sai. Méo tín hiệu lệch lớn trong cùng một cặp vi sai có thể làm suy giảm sự cân bằng vi sai của tín hiệu truyền đi, giảm biên độ tín hiệu, tăng độ nhiễu thời gian và gây ra các vấn đề nhiễu điện từ. Đối với cáp chất lượng cao, méo tín hiệu lệch trong cùng một cặp vi sai phải nhỏ hơn 10 ps, ​​chẳng hạn như SFF-8654 8i đến SFF-8643 hoặc cáp chèn chống lệch trục.
Nhiễu điện từ
Có nhiều nguyên nhân gây ra các vấn đề nhiễu điện từ trong cáp: lớp chắn kém hoặc không có lớp chắn, phương pháp nối đất không chính xác, tín hiệu vi sai không cân bằng, và hơn nữa, sự không phù hợp trở kháng cũng là một nguyên nhân. Đối với cáp ngoài trời, lớp chắn và nối đất có thể là hai yếu tố quan trọng nhất cần được chú trọng, chẳng hạn như cáp nối đất lưới màu đỏ hoặc lưới đồng SFF-8087.
Thông thường, lớp chắn nhiễu điện từ hoặc nhiễu bên ngoài nên là lớp chắn kép gồm lá kim loại và lớp bện, với độ che phủ tổng thể ít nhất 85%. Đồng thời, lớp chắn này phải được kết nối với lớp vỏ ngoài của đầu nối, tạo thành kết nối hoàn chỉnh 360°. Lớp chắn của từng cặp vi sai riêng lẻ phải được cách ly khỏi lớp chắn bên ngoài, và các đường lọc của chúng phải được nối đất tín hiệu hệ thống hoặc nối đất DC để đảm bảo kiểm soát trở kháng thống nhất cho đầu nối và các thành phần cáp, chẳng hạn như cáp đầu nối chống cắt hoặc chống xoáy SFF-8654 8i Full Wrap.