SAS存儲(chǔ)系統(tǒng)中的電纜組件

現(xiàn)在的存儲(chǔ)系統(tǒng)不但以T比特的量級(jí)增長(zhǎng)，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率，而且需要的能量更少，占地面積也更小。這些系統(tǒng)也需要更好的連通性以便提供更多的靈活性。設(shè)計(jì)人員需要體積更小的互連來(lái)提供當(dāng)前或者今后所需的數(shù)據(jù)傳輸率。

從并行到串行

從并行SCSI技術(shù)到串行連接SCSI（SAS）技術(shù)的過(guò)渡極大地改變了電纜的布線(xiàn)方案。以前的并行SCSI可以通過(guò)單端或者差分方式在16個(gè)通道上以高達(dá)320Mb/s的速率運(yùn)轉(zhuǎn)。最新的SAS差分電纜組件需要在單個(gè)差分對(duì)上實(shí)現(xiàn)高達(dá)6Gb/s的速率。

SAS-2規(guī)范中所描述的最新的MiniSAS連接器體積更小，可以實(shí)現(xiàn)更高的密度。最新的Mini-SAS連接器的尺寸是原始SCSI連接器的一半，SAS連接器尺寸的70%。與原始SCSI并行電纜不同的是，SAS和Mini SAS都具有4個(gè)通道。

但是，除了速率更高、密度更高以及更加靈活之外，隨之而來(lái)的還有復(fù)雜度的增加。因?yàn)檫B接器的體積更小了，所以原始電纜制造商、電纜裝配商以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)者都必須密切注意整個(gè)電纜組件的信號(hào)完整性參數(shù)。

圖1 Mini-SAS電纜的寬度（左，中）是SAS電纜（右）寬度的70%。

并不是所有的電纜裝配商都能夠提供高質(zhì)量的高速信號(hào)來(lái)滿(mǎn)足存儲(chǔ)系統(tǒng)的信號(hào)完整性需要。電纜裝配商需要為最新的存儲(chǔ)系統(tǒng)提供質(zhì)量高且成本劃算的解決方案。

為了生產(chǎn)穩(wěn)定的、耐用的高速電纜組件，需要考慮幾項(xiàng)因素。除了保持加工和加工過(guò)程的質(zhì)量之外，設(shè)計(jì)者還需要密切注意信號(hào)完整性參數(shù)，正是這些參數(shù)使得當(dāng)今的高速存儲(chǔ)器件電纜成為可能。

信號(hào)完整性規(guī)范

信號(hào)完整性的一些主要參數(shù)包括插入損耗、近端和遠(yuǎn)端串?dāng)_、回波損耗、差分對(duì)內(nèi)部的歪斜失真以及差模到共模的幅度。雖然這些因素是相互關(guān)聯(lián)并互相影響的，但是我們可以每次考慮一個(gè)因素，以研究其主要影響。

插入損耗

插入損耗就是從電纜的傳輸端到接收端信號(hào)幅度的損耗，它直接與頻率成正比。插入損耗也取決于線(xiàn)材號(hào)數(shù)，如圖2所示。對(duì)于30或28-AWG電纜的短程內(nèi)部組件而言，質(zhì)量較好的電纜在1.5GHz處的衰減應(yīng)該小于2dB/m。

對(duì)于使用10m電纜的外部6Gb/s SAS，推薦使用平均線(xiàn)規(guī)24的電纜，這種電纜在3GHz處的衰減僅有13dB。如果希望在更高的數(shù)據(jù)傳輸率下獲得更多的信號(hào)余量，請(qǐng)為較長(zhǎng)的電纜指定在高頻處衰減較小的電纜。

串?dāng)_

串?dāng)_是從某個(gè)信號(hào)或者差分對(duì)傳輸?shù)搅硪粋�(gè)信號(hào)或差分對(duì)的能量的多少。對(duì)于SAS電纜而言，如果近端串?dāng)_（NEXT）不足夠小，就會(huì)引起大部分的鏈路問(wèn)題。

NEXT的測(cè)量是只在電纜的某一端進(jìn)行的，它是從輸出的傳輸信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)移到輸入的接收對(duì)的能量大小。遠(yuǎn)端串?dāng)_（FEXT）的測(cè)量是通過(guò)在電纜的一端為傳輸對(duì)注入信號(hào)并在電纜的另一端觀(guān)察傳輸信號(hào)上還保留有多少能量。

電纜組件和連接器中的NEXT通常是因?yàn)樾盘?hào)差分對(duì)的隔離較差造成的，可能是因?yàn)椴遄�和插頭，接地不完全，或者是電纜終止區(qū)域的處理不善引起的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要確保電纜裝配商對(duì)這三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了處理。

圖2顯示了尺寸分別為平均線(xiàn)規(guī)24、26和28的常見(jiàn)100Ω電纜的損耗曲線(xiàn)。

質(zhì)量好的電纜組件按照《SFF-8410 - Specification for HSS Copper Testing and Performance Requirements》測(cè)量得到的NEXT應(yīng)當(dāng)?shù)陀?%。而就S-參數(shù)而言，NEXT應(yīng)該大于28dB。

回波損耗

回波損耗所測(cè)量的是在有信號(hào)注入時(shí)，從系統(tǒng)或電纜中反射出的能量的大小。這種反射的能量會(huì)導(dǎo)致電纜接收端的信號(hào)幅度下降，并會(huì)引起傳輸端信號(hào)完整性問(wèn)題，而后者會(huì)給系統(tǒng)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)電磁干擾問(wèn)題。

這種回波損耗是由電纜組件中的阻抗不匹配引起的。只有非常謹(jǐn)慎地對(duì)待這個(gè)問(wèn)題，才能使得信號(hào)在通過(guò)插座、插頭以及電線(xiàn)終端時(shí)阻抗不發(fā)生變化，以便將阻抗變化降至最低。
當(dāng)前的SAS-2標(biāo)準(zhǔn)提出了100Ω的阻抗值。質(zhì)量好的電纜應(yīng)當(dāng)保持為標(biāo)稱(chēng)100Ω±10Ω的容差之內(nèi)。

歪斜失真

在SAS電纜中，存在兩種歪斜失真：差分對(duì)之間的和差分對(duì)內(nèi)部的。理論上，如果在電纜的一端（同時(shí)）輸入多個(gè)信號(hào)，那么它們應(yīng)當(dāng)同時(shí)到達(dá)另一端。如果這些信號(hào)沒(méi)有同時(shí)到達(dá)，這種現(xiàn)象就稱(chēng)為電纜的歪斜失真，或者延時(shí)-歪斜失真。

對(duì)于差分對(duì)而言，差分對(duì)內(nèi)部的歪斜失真是差分對(duì)的兩條導(dǎo)線(xiàn)之間的延時(shí)，而差分對(duì)之間的歪斜失真是兩組差分對(duì)之間的延時(shí)。差分對(duì)內(nèi)部較大的歪斜失真會(huì)惡化被傳輸信號(hào)的差分平衡，使信號(hào)幅度降低，增大時(shí)間抖動(dòng)并會(huì)導(dǎo)致電磁干擾問(wèn)題。質(zhì)量好的電纜的差分對(duì)內(nèi)部的歪斜失真應(yīng)當(dāng)小于100ps。

電磁干擾

電纜中的電磁干擾問(wèn)題有許多起因：屏蔽差或沒(méi)有屏蔽、接地方法不對(duì)、差分信號(hào)不平衡，進(jìn)一步而言，阻抗不匹配也是起因之一。對(duì)于外部電纜而言，屏蔽和接地很可能是需要處理的兩個(gè)最重要的因素。
通常，外部或電磁干擾屏蔽應(yīng)該是金屬箔和編織層的雙重屏蔽，整體覆蓋率至少達(dá)到85%。同時(shí)，這種屏蔽應(yīng)該連接到連接器外套，360°完全連接。

個(gè)別差分對(duì)屏蔽應(yīng)該與外部屏蔽隔離開(kāi)來(lái)，它們的排擾線(xiàn)應(yīng)該終止于系統(tǒng)信號(hào)或者直流地，以確保對(duì)連接器和電纜組件進(jìn)行統(tǒng)一的阻抗控制。