高速SASケーブル：コネクタと信号の最適化

高速SASケーブル：コネクタと信号の最適化

シグナルインテグリティ仕様

シグナルインテグリティの主なパラメータには、挿入損失、近端および遠端クロストーク、リターンロス、差動ペア内のスキュー歪み、差動モードからコモンモードへの振幅などがあります。これらの要因は相互に関連しており、影響を及ぼしますが、それぞれの要因を一つずつ検討することで、その主な影響を分析することができます。
挿入損失
挿入損失は、ケーブルの送信端から受信端までの信号振幅の減衰であり、周波数に正比例します。挿入損失は、以下の減衰グラフに示すように、ワイヤゲージにも依存します。30 または 28 AWG ケーブルを使用する短距離の内部コンポーネントの場合、高品質のケーブルは 1.5 GHz で 2 dB/m 未満の減衰を実現する必要があります。10 m のケーブルを使用する外部 6 Gb/s SAS の場合、平均ワイヤゲージが 24 のケーブルを使用することをお勧めします。このケーブルの減衰は 3 GHz でわずか 13 dB です。より高いデータ転送速度でより多くの信号マージンを実現したい場合は、POWER ケーブル付きの SFF-8482 や SlimSAS SFF-8654 8i など、長いケーブルには高周波での減衰が低いケーブルを指定してください。

クロストーク
クロストークとは、ある信号または差動ペアから別の信号または差動ペアに伝送されるエネルギー量を指します。SASケーブルの場合、近端クロストーク（NEXT）が十分に小さくないと、リンクの問題の大部分が発生します。NEXTの測定はケーブルの片端でのみ行われ、出力伝送信号ペアから入力受信ペアに伝送されるエネルギーの大きさを測定します。遠端クロストーク（FEXT）の測定は、ケーブルの片端から伝送ペアに信号を注入し、ケーブルのもう一方の端で伝送信号にどれだけのエネルギーが残っているかを観察することによって行われます。ケーブルコンポーネントおよびコネクタにおけるNEXTは通常、ソケットやプラグ、不完全な接地、またはケーブル終端領域の不適切な取り扱いなどによる信号差動ペアの絶縁不良によって発生します。システム設計者は、MINI SAS HD SFF-8644やOCuLink SFF-8611 4iなどのコンポーネントにおいて、ケーブルアセンブリメーカーがこれら3つの問題に対処していることを確認する必要があります。

24、26、28 は、一般的な 100Ω ケーブル損失曲線です。

高品質のケーブルアセンブリの場合、「SFF-8410 - HSS銅線試験および性能要件の仕様」に従って測定されたNEXTは3%未満である必要があります。Sパラメータに関しては、NEXTは28dB以上である必要があります。
リターンロス
リターンロスは、信号が注入された際にシステムまたはケーブルから反射されるエネルギーの大きさを測定します。この反射エネルギーは、ケーブルの受信端における信号振幅の減少を引き起こし、送信端における信号整合性の問題につながる可能性があります。ひいては、システムおよびシステム設計者にとって電磁干渉の問題を引き起こす可能性があります。
このリターンロスは、ケーブルコンポーネントのインピーダンス不整合によって引き起こされます。この問題を非常に慎重に処理することによってのみ、信号がソケット、プラグ、ケーブル端子を通過する際にインピーダンスが変化しないようにし、インピーダンス変動を最小限に抑えることができます。現在のSAS-4規格では、インピーダンス値がSAS-2の±10Ωから±3Ωに更新されています。SATA 15ピンのSFF-8639やMCIO 74ピンケーブルなど、高品質のケーブルは、この要件を公称85Ωまたは100Ω±3Ωの許容範囲内に維持する必要があります。

歪曲収差
SAS ケーブルには、差動ペア間と差動ペア内の 2 種類のスキュー歪みがあります (信号整合性理論 – 差動信号)。理論的には、ケーブルの一端に複数の信号を同時に入力すると、他端にも同時に到達する必要があります。これらの信号が同時に到達しない場合、この現象はケーブル スキュー歪み、または遅延スキュー歪みと呼ばれます。差動ペアの場合、差動ペア内のスキュー歪みは差動ペアの 2 つの導体間の遅延であり、差動ペア間のスキュー歪みは 2 セットの差動ペア間の遅延です。差動ペア内のスキュー歪みが大きいと、送信信号の差動バランスが悪化し、信号振幅が減少し、時間ジッタが増加し、電磁干渉の問題が発生する可能性があります。高品質ケーブルの場合、差動ペア内のスキュー歪みは、SFF-8654 8i から SFF-8643 または位置ずれ防止挿入ケーブルなど、10 ps 未満である必要があります。
電磁干渉
ケーブルにおける電磁干渉の問題には、シールドの不足またはシールドの不存在、不適切な接地方法、差動信号の不平衡、さらにはインピーダンスの不整合など、多くの原因があります。外部ケーブルの場合、シールドと接地は、対処すべき最も重要な2つの要素です。例えば、赤色メッシュのSFF-8087ケーブルやCooperメッシュ接地ケーブルなどが挙げられます。
通常、外部シールドまたは電磁干渉シールドは、金属箔と編組層による二重シールドとし、全体の85%以上の被覆率を確保する必要があります。同時に、このシールドはコネクタの外部ジャケットに360°完全接続する必要があります。個々の差動ペアのシールドは外部シールドから分離し、フィルタリングラインはシステム信号またはDCグランドで終端する必要があります。これにより、コネクタとケーブルコンポーネント（SFF-8654 8i Full Wrap アンチスラッシュまたはスクーププルーフコネクタケーブルなど）のインピーダンス制御が統一されます。