Solução automatizada para teste de conectores e cabos internos/externos em conformidade com as especificações de PCIe 5.0 e 6.0

Sua tarefa

O aumento da capacidade de processamento e da velocidade de armazenamento nos data centers modernos impulsiona a evolução da taxa de transmissão de dados do PCI Express (PCIe). Em velocidades de ligação de 32 GT/s (PCIe 5.0) e 64 GT/s (PCIe 6.0), a perda por inserção nos traços de sinal da placa de circuito impresso é muito alta. Assim, os sinais de PCIe de alta velocidade estão sendo cada vez mais transmitidos por meio de conjuntos de cabos que contornam a placa de circuito impresso. Isso reduz significativamente a perda por inserção e permite distâncias maiores entre o complexo raiz do PCIe e os endpoints do PCIe sem exceder os orçamentos de canal definidos para perda por inserção, perda de retorno, diafonia e defasagem.

Com as especificações para conectores e cabos internos e externos CopprLink de PCIe 5.0 e 6.0, o PCI-SIG definiu configurações padrão de cabos e conectores para cabos internos (dentro de um equipamento) e cabos externos (conexão entre equipamentos), juntamente com os itens de teste correspondentes e limites para testes de conformidade. Os conjuntos de cabos personalizados também costumam usar esses itens de teste com as adaptações correspondentes dos limites para análise de aprovação/reprovação. Os testes de cabos PCIe apresentam muitos desafios e requerem uma automação de testes avançada para testes eficientes e confiáveis.

O conexão PCIe entre o complexo raiz e o equipamento de usuário consiste em várias vias, cada uma delas representando um caminho de sinal diferencial para transmissão e outro para recepção. Uma largura de pista de x4, x8 ou x16 consiste em 8, 16 ou 32 caminhos de sinal diferencial que requerem uma medição com 32, 64 ou 128 portas, respectivamente. De acordo com as especificações para cabos externos e internos CopprLink de PCIe 5.0/6.0, os itens de teste incluem perda por inserção (IL), perda de retorno (RL), diafonia de extremidade próxima (NEXT) com PowerSum NEXT (PSNEXT), diafonia de extremidade distante (FEXT) com PowerSum FEXT (PSFEXT), defasagem intrapar efetiva e defasagem entre pistas. As especificações também definem a perda de retorno integrada (iRL) e o ruído de diafonia integrada contribuído pelo componente (ccICN NEXT e ccICN FEXT) como critérios de isenção para casos em que as linhas de limite correspondentes não sejam respeitadas.

Para um teste completo de cabos x4, x8 ou x16, são necessárias 64, 256 ou 1024 medições de 4 portas, respectivamente. Para evitar erros de medição durante os testes de diafonia, as portas não utilizadas precisam possuir uma carga de terminação.

Para conjuntos de cabos e conectores com transmissão PCIe em seus sinais de banda lateral, o número de portas de teste e medições necessárias pode ser ainda maior. A automação de testes é fundamental, pois as medições manuais são extremamente demoradas e propensas a erros de conexão.

Aplicação

A medição de um cabo PCIe 5.0/6.0 normalmente inclui as seguintes etapas:

• Modelagem e compensação precisas do adaptador de teste:
  A especificação define o plano de referência próximo ao conector do cabo no adaptador. Cada entrada precisa ser caracterizada com precisão e compensada, ou seja, matematicamente eliminada dos resultados do teste. A correção da impedância por compensação é necessária para modelar com precisão cada entrada no adaptador de teste com seu perfil de impedância específico e garantir resultados de medição precisos.
• Calibração da configuração multiportas:
  As configurações de cabos PCIe x4, x8 e x16 requerem configurações de medição com 32, 64 e 128 portas. Incluir sinais de banda lateral aumenta ainda mais o número de portas necessárias. A calibração dessa configuração pode ser bastante complicada e propensa a erros.
• Medição de todos os caminhos de diafonia e THRU:
  As configurações de cabos PCIe x4, x8 e x16 requerem um total de 64, 256 e 1024 medições de 4 portas; incluir sinais de banda lateral aumenta ainda mais essa quantidade. A automação dos testes é essencial para evitar erros de conexão e realizar essas medições com eficiência.
• Pós-processamento e geração de relatórios:
  Para uma análise precisa de aprovação/reprovação no relatório de teste, as métricas iRLmand ccICN também precisam ser calculadas.

A solução da Rohde & Schwarz

A Rohde & Schwarz oferece uma solução para teste de conformidade totalmente automatizada baseada nos analisadores de redes vetoriais da Rohde & Schwarz, nas unidades de controle e comutação abertas R&S®OSP320 e no software de automação R&S®ZNrun. A solução permite testes de conformidade de acordo com as especificações para conectores e cabos internos/externos CopprLink de PCIe 5.0 e 6.0 e pode ser facilmente adaptada para atender aos requisitos de testes de conformidade em cabos PCIe 5.0 e 6.0 personalizados. Estender a faixa de frequência além dos requisitos atuais do PCIe 5.0/6.0 significa que esta solução também atende aos requisitos das próximas especificações de teste de conectores e cabos PCIe 7.0.

VNA com assistente de compensação para caracterização precisa do adaptadores de teste e compensação

O adaptador de teste normalmente inclui uma estrutura de referência 2x-THRU e várias entradas. Como todas essas estruturas têm orientações diferentes em relação à estrutura da malha de fibras do adaptador de teste, cada uma delas tem perfis de impedância diferentes. É necessária uma correção precisa da impedância para modelar com precisão cada entrada com seu próprio perfil de impedância e garantir a correta compensação sem respostas fantasmas.

Correção precisa da impedância com o assistente de compensação da Rohde & Schwarz (imagem à direita), mostrando os resultados da estrutura total do adaptador e do dispositivo em teste (DUT) e do DUT compensado: exemplo com o R&S®ZNx-K220. A comparação dos resultados da reflectometria no domínio do tempo (TDR) mostra a diferença nos perfis de impedância entre a estrutura de referência 2x-THRU, a estrutura total A02_A03 e a estrutura total A14_A15. O modelo de adaptador de entrada calculado para A14_A15 está em perfeita conformidade com o perfil de impedância da estrutura total A14_A15. A entrada é completamente removida, o perfil de impedância do dispositivo compensado não apresenta respostas fantasmas.

Com as opções de compensação R&S®ZNx-K210 (EZD), R&S®ZNx-K220 (ISD) e R&S®ZNx-K230 (SFD), os analisadores de redes vetoriais da Rohde & Schwarz oferecem uma potente implementação do fluxo de trabalho para caracterização de adaptadores de teste com correção de impedância e compensação com precisão líder da indústria. O assistente de compensação orienta os usuários nas etapas de definição da topologia do dispositivo em teste, medição das estruturas de referência de compensação (normalmente cupons 2x-THRU) e da estrutura total (DUT e adaptadores), calculando os modelos de adaptador e compensado-os a partir do resultado da medição. Graças à integração no instrumento, os resultados das medições podem ser visualizados e analisados imediatamente.

O PCIe 5.0 e 6.0 utilizam uma faixa de frequência de 10 MHz a 24 GHz com um tamanho de incremento de 10 MHz para testes de conectores e cabos. No entanto, uma faixa de frequência de 40 GHz normalmente produz uma melhor resolução no domínio do tempo durante a compensação e caracterização do adaptador de teste e oferece uma melhor precisão do modelo derivado; portanto, é recomendada para o teste. A tabela abaixo contém uma lista dos modelos de VNA recomendados e suas configurações.

Configurações de matriz predefinidas com conjuntos de cabos semi-rígidos

Configurações predefinidas de matriz de comutação estão disponíveis com 24 portas, 44 portas e 64 portas para 40 GHz (2,92 mm) e 67 GHz (1,85 mm). A solução é personalizável, oferecendo suporte para várias configurações de matriz de comutação até 144 portas. As matrizes de comutação incluem módulos com comutadores SP6T com carga de terminação e de alto desempenho. Eles conectam o analisador de redes vetoriais ao caminho do sinal diferencial em teste e adicionam uma carga de terminação a todos os outros caminhos para evitar erros de medição devido a reflexões indesejadas durante os testes de diafonia.

Para obter o melhor perda de retorno e estabilidade de fase, recomenda-se o uso de cabos semi-rígidos. As tabelas abaixo fornecem uma visão geral das configurações comuns e predefinidas da matriz para testes de conectores e cabos PCIe e os conjuntos de cabos semi-rígidos necessários.

Automação de testes

O software de automação R&S®ZNrun com as opções R&S®ZNrun-K400 e R&S®ZNrun-K440 permite testes de conformidade fáceis, precisos e rápidos de conjuntos de cabos e conectores de cabos de acordo com as especificações para cabos internos/externos CopprLink de PCIe 5.0 e 6.0. Mede automaticamente a perda por inserção (IL), perda de retorno (RL), NEXT incluindo PSNEXT, FEXT incluindo PSFEXT, defasagem intrapar efetiva e defasagem entre pistas dos vários pares de sinais diferenciais. O software calcula as métricas ccICN FEXT, ccICN NEXT e iRL correspondentes e gera um relatório de teste abrangente com um veredicto de aprovação/reprovação.

A solução oferece

• Alta flexibilidade para oferecer suporte a diferentes tipos de configurações de conectores e conjuntos de cabos. Além dos planos de teste padrão para PCIe x4, x8 e x16 com 4, 8 ou 16 pistas, o usuário pode facilmente gerar planos de teste para cabos e conectores com diferentes quantidades de pistas. Isso é muito útil para cabos e conectores com transmissão PCIe em sinais de banda lateral. Se o número de pistas selecionadas for maior do que o número de portas disponíveis no analisador de redes vetoriais mais a configuração da matriz de comutação, os usuários serão orientados pelas etapas de conexão necessárias e avisados sempre que for necessária uma nova conexão da matriz de comutação ao adaptador de teste e novas terminações de porta no adaptador.
• Alta flexibilidade na configuração das medições com base no plano de teste gerado. Em vez de uma medição completa de todas as pistas e com todos os itens de teste, a medição pode ser restrita a pistas específicas e itens de teste específicos. As linhas de limite podem ser adaptadas para atender aos requisitos de conectores e conjuntos de cabos personalizados.
• Uma rotina de calibração otimizada que reduz significativamente o número de conexões de calibração. A rotina é baseada em uma calibração em estrela e reduz o número de conexões de calibração nas configurações PCIe x4, x8 e x16, conforme mostrado na página 3. Conectores e conjuntos de cabos PCIe que possuem uma transmissão de alta velocidade em sinais de banda lateral, o número de pistas, portas e conexões de calibração aumentam proporcionalmente
• Medição totalmente automatizada, cálculo das métricas correspondentes e geração de relatórios de teste com um veredicto de aprovação/reprovação, o que economiza tempo de teste e evita erros de conexão. O software sempre conecta o analisador de redes vetoriais ao par de sinais diferenciais correto e aplica uma carga de terminação em todas as outras portas.
• Uma API abrangente para controlar a automação de testes remotamente a partir de outro software.

Resumo

A solução de teste oferece testes automatizados de conformidade de conectores e conjuntos de cabos, em conformidade com as especificações para conectores e cabos internos e externos CopprLink de PCIe 5.0 e 6.0, e pode ser atualizada para os requisitos futuros do PCIe 7.0. A automação proporciona medições e calibrações precisas e rápidas, assim como um relatório de teste completo com um veredicto de aprovação/reprovação. Ela alterna automaticamente o analisador de redes vetoriais para o caminho do sinal diferencial em teste e aplica uma carga de terminação em todos os outros caminhos de sinal para evitar reflexões indesejadas durante as medições de diafonia. Graças ao seu alto nível de flexibilidade, a solução pode ser facilmente adaptada a configurações de cabos personalizadas, planos de teste e linhas de limite. Com sua interface API, o software também pode ser integrado a um ambiente de software existente. A solução atende às necessidades de testes de conformidade e muito mais, abrangendo também pesquisa e desenvolvimento, regressão, e testes de produção.