SAS存儲系統(tǒng)中的電纜組件

現(xiàn)在的存儲系統(tǒng)不但以T比特的量級增長，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)計人員需要體積更小的互連來提供當(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)的過渡極大地改變了電纜的布線方案。以前的并行SCSI可以通過單端或者差分方式在16個通道上以高達(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差分對上實現(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，隨之而來的還有復(fù)雜度的增加。因為連接器的體積更小了，所以原始電纜制造商、電纜裝配商以及系統(tǒng)設(shè)計者都必須密切注意整個電纜組件的信號完整性參數(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)量的高速信號來滿足存儲系統(tǒng)的信號完整性需要。電纜裝配商需要為最新的存儲系統(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，需要考慮幾項因素。除了保持加工和加工過程的質(zhì)量之外，設(shè)計者還需要密切注意信號完整性參數(shù)，正是這些參數(shù)使得當(dāng)今的高速存儲器件電纜成為可能。

信號完整性規(guī)范

信號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幅度的損耗，它直接與頻率成正比。插入損耗也取決于線材號數(shù)，如圖2所示。對于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。

對于使用10m電纜的外部6Gb/s SAS，推薦使用平均線規(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余量，請為較長的電纜指定在高頻處衰減較小的電纜。

串?dāng)_

串?dāng)_是從某個信號或者差分對傳輸?shù)搅硪粋€信號或差分對的能量的多少。對于SAS電纜而言，如果近端串?dāng)_（NEXT）不足夠小，就會引起大部分的鏈路問題。

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

電纜組件和連接器中的NEXT通常是因為信號差分對的隔離較差造成的，可能是因為插座和插頭，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)計人員需要確保電纜裝配商對這三個問題進(jìn)行了處理。

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

質(zhì)量好的電纜組件按照《SFF-8410 - Specification for HSS Copper Testing and Performance Requirements》測量得到的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

回波損耗所測量的是在有信號注入時，從系統(tǒng)或電纜中反射出的能量的大小。這種反射的能量會導(dǎo)致電纜接收端的信號幅度下降，并會引起傳輸端信號完整性問題，而后者會給系統(tǒng)和系統(tǒng)設(shè)計人員帶來電磁干擾問題。

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)慎地對待這個問題，才能使得信號在通過插座、插頭以及電線終端時阻抗不發(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：差分對之間的和差分對內(nèi)部的。理論上，如果在電纜的一端（同時）輸入多個信號，那么它們應(yīng)當(dāng)同時到達(dá)另一端。如果這些信號沒有同時到達(dá)，這種現(xiàn)象就稱為電纜的歪斜失真，或者延時-歪斜失真。

對于差分對而言，差分對內(nèi)部的歪斜失真是差分對的兩條導(dǎo)線之間的延時，而差分對之間的歪斜失真是兩組差分對之間的延時。差分對內(nèi)部較大的歪斜失真會惡化被傳輸信號的差分平衡，使信號幅度降低，增大時間抖動并會導(dǎo)致電磁干擾問題。質(zhì)量好的電纜的差分對內(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題有許多起因：屏蔽差或沒有屏蔽、接地方法不對、差分信號不平衡，進(jìn)一步而言，阻抗不匹配也是起因之一。對于外部電纜而言，屏蔽和接地很可能是需要處理的兩個最重要的因素。
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，這種屏蔽應(yīng)該連接到連接器外套，360°完全連接。

個別差分對屏蔽應(yīng)該與外部屏蔽隔離開來，它們的排擾線應(yīng)該終止于系統(tǒng)信號或者直流地，以確保對連接器和電纜組件進(jìn)行統(tǒng)一的阻抗控制。