SASケーブル高周波パラメータの紹介

今日のストレージシステムは、テラビット規模で大容量化し、データ転送速度が高速化しているだけでなく、消費電力と設置面積も削減されています。これらのシステムには、柔軟性を高めるために、より優れた接続性も求められます。設計者は、現在および将来に必要なデータ転送速度を提供するために、より小型の相互接続を必要としています。規格の誕生から発展、そして徐々に成熟していく過程は、決して容易ではありません。特にIT業界では、あらゆる技術が常に改善と進化を続けており、シリアル接続SCSI（SAS）仕様も例外ではありません。パラレルSCSIの後継として、SAS仕様は長年にわたり存在しています。

SASは長年にわたり、その仕様を改善してきました。基盤となるプロトコルは維持されているものの、基本的に大きな変更はありません。しかし、外部インターフェースコネクタの仕様は多くの変更を経てきました。これはSASが市場環境に適応するために行った調整であり、こうした「千里の道も一歩から」という継続的な改善により、SAS仕様はますます成熟してきました。異なる仕様のインターフェースコネクタはSASと呼ばれ、パラレルからシリアルへ、パラレルSCSI技術からシリアル接続SCSI（SAS）技術への移行は、ケーブル配線方式を大きく変えました。以前のパラレルSCSIは、最大320Mb/sで16チャネル以上のシングルエンドまたは差動で動作できました。現在、エンタープライズストレージ分野でより一般的なSAS3.0インターフェースが依然として市場で使用されていますが、帯域幅は長い間アップグレードされていないSAS3の2倍の速度である24Gbpsで、一般的なPCIe3.0×4ソリッドステートドライブの帯域幅の約75%です。 SAS-4仕様に記載されている最新のMiniSASコネクタは小型化され、高密度化を実現しています。最新のMini-SASコネクタは、従来のSCSIコネクタの半分のサイズ、SASコネクタの70%のサイズです。従来のSCSIパラレルケーブルとは異なり、SASとMini SASはどちらも4チャネルを備えています。しかし、高速化、高密度化、柔軟性の向上に加え、複雑さも増しています。コネクタの小型化により、ケーブルメーカー、ケーブルアセンブラ、システム設計者は、ケーブルアセンブリ全体の信号整合性パラメータに細心の注意を払う必要があります。

すべてのケーブルアセンブラが、ストレージシステムの信号品質要件を満たす高品質の高速信号を提供できるわけではありません。ケーブルアセンブラは、最新のストレージシステムに対応する高品質かつ費用対効果の高いソリューションを求めています。安定性と耐久性に優れた高速ケーブルアセンブリを製造するには、いくつかの要素を考慮する必要があります。機械加工と処理の品質を維持することに加えて、設計者は、今日の高速メモリデバイスケーブルを可能にする信号品質パラメータに細心の注意を払う必要があります。

シグナル インテグリティ仕様 (どの信号が完了しているか)

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、差動ペア内部のスキュー歪み、差動モードから同相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、主要な影響を分析するために、一度に1つの要因を検討することができます。

挿入損失（高周波パラメータ基礎01-減衰パラメータ）

挿入損失とは、ケーブルの送信端から受信端までの信号振幅の損失であり、周波数に正比例します。挿入損失は、以下の減衰図に示すように、線数にも依存します。30または28AWGケーブルの短距離内部コンポーネントの場合、良質なケーブルであれば、1.5GHzでの減衰は2dB/m未満である必要があります。10mケーブルを使用する外部6Gb/s SASの場合、平均線径24のケーブルが推奨されます。このケーブルは、3GHzでの減衰がわずか13dBです。より高いデータレートでより多くの信号マージンが必要な場合は、長いケーブルで高周波での減衰が少ないケーブルを指定してください。

クロストーク（高周波パラメータの基礎 03 - クロストークパラメータ）

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。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、多くのリンク問題の原因となります。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量です。遠端クロストーク（FEXT）は、ケーブルの片端で伝送ペア用の信号を注入し、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で測定されます。

ケーブルアセンブリとコネクタにおけるNEXTは、通常、信号差動ペアの絶縁不良によって引き起こされます。これは、コンセントやプラグ、不完全な接地、ケーブル終端処理の不備などが原因で発生する可能性があります。システム設計者は、ケーブルアセンブリ業者がこれら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の一般的な100Ωケーブルの損失曲線

「SFF-8410-HSS銅線試験および性能要件仕様」に準拠した高品質のケーブルアセンブリでは、測定されたNEXTが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（高周波パラメータの基礎 06- 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量を測定します。この反射エネルギーは、ケーブルの受信端で信号振幅の低下を引き起こし、送信端で信号整合性の問題を引き起こす可能性があり、システムおよびシステム設計者に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、ケーブルアセンブリにおけるインピーダンスの不整合によって引き起こされます。この問題に細心の注意を払うことでのみ、信号がソケット、プラグ、そしてワイヤ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、インピーダンスの変化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に更新されており、高品質ケーブルの要件は、公称許容誤差85Ωまたは100±3Ω以内に抑えられることです。

歪曲収差

SASケーブルには、差動ペア間と差動ペア内（信号整合性理論の差動信号）の2種類のスキュー歪みがあります。理論的には、ケーブルの一端に複数の信号が入力された場合、それらはもう一端に同時に到達するはずです。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のスキュー歪み、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本のワイヤ間の遅延であり、差動ペア間のスキュー歪みは2組の差動ペア間の遅延です。差動ペアの大きなスキュー歪みは、伝送信号の差動バランスを悪化させ、信号振幅を減少させ、時間ジッタを増加させ、電磁干渉の問題を引き起こします。良質なケーブルの内部スキュー歪みとの差は10ps未満である必要があります。