Solution de test automatisée des câbles et connecteurs internes / externes conforme aux spécifications PCIe 5.0 et 6.0

Votre tâche

L'augmentation de la puissance de traitement et de la vitesse de stockage au sein des centres de données modernes conditionnent l'évolution des débits de transmission du PCI Express (PCIe). Aux vitesses de transmission de 32 GT/s (PCIe 5.0) et 64 GT/s (PCIe 6.0), les pertes d'insertion dans les traces des signaux PCB est très élevée. Par conséquent, les signaux PCIe haut débit sont de plus en plus transmis via des assemblages de câbles qui contournent le PCB. Cela réduit de manière significative les pertes d'insertion et permet des distances plus longues entre la source complexe PCIe et les points d’extrémités PCIe sans dépasser les budgets de canaux définis pour les pertes d'insertion, les pertes de retour, la diaphonie et l'asymétrie.

Avec les spécifications "CopprLink Internal" et "CopprLink External Cable and Connector" relatives aux PCIe 5.0 et 6.0, le PCI-SIG a défini les configurations standards de câbles et connecteurs pour les câbles internes (à l'intérieur d'un châssis) et des câbles externes (châssis à châssis) avec les éléments de test et les limites correspondant au test de conformité. Des assemblages de câbles personnalisés utilisent aussi généralement ces éléments de test avec des adaptations correspondantes en termes de limites pour l'analyse bon / mauvais. Le test des câbles PCIe présente de nombreuses difficultés et nécessite une automatisation de test puissante pour un test efficace et fiable.

La liaison PCIe entre le dispositif complexe source et les terminaux se compose de plusieurs chemins, chacun d'entre eux représentant un trajet différentiel du signal pour la transmission et un autre pour la réception. Une largeur de chemin de x4, x8 ou x16 se compose de 8, 16 ou 32 trajets de signaux différentiels nécessitant une mesure avec 32, 64 ou 128 ports, respectivement. Selon les spécifications "PCIe 5.0/6.0 CopprLink Internal Cable and CopprLink External Cable", les éléments de test incluent les pertes d'insertion (IL), les pertes de retour (RL), la paradiaphonie (NEXT) avec PowerSum NEXT (PSNEXT), fla télédiaphonie (FEXT) avec PowerSum FEXT (PSFEXT), l'asymétrie efficace intra-paires et l'asymétrie chemin à chemin. Les spécifications définissent également les pertes de retour intégrées (iRL) et le bruit de diaphonie intégré inhérent au composant (ccICN NEXT et ccICN FEXT) comme critères pour les cas où les lignes de limite correspondantes sont violées.

Pour un test complet de câbles x4, x8 ou x16, 64, 256 ou 1024 mesures sur 4 ports, respectivement, sont nécessaires. Pour éviter les erreurs de mesure au cours des tests de diaphonie, les ports non utilisés doivent avoir une terminaison.

Pour les assemblages de câbles et de connecteurs avec une transmission PCIe sur leurs signaux en bande latérale, le nombre de ports de test requis et de mesures peut même être plus élevé. L'automatisation du test est essentielle car les mesures manuelles sont extrêmement chronophages et sources d'erreurs de connexion.

Application

La mesure d'un câble PCIe 5.0/6.0 intègre généralement les étapes suivantes :

• Test précis de la modélisation de montage et de la compensation :
  La spécification définit le plan de référence à proximité du connecteur de câble sur le montage de test. Chaque entrée doit être caractérisée précisément et compensée, par exemple soustraite mathématiquement des résultats de test. La compensation corrigée d'impédance est nécessaire pour modéliser précisément chaque entrée sur le montage de test avec son profil d'impédance spécifique et assurer des résultats de mesure précis.
• Calibration de la configuration multiports :
  Les configurations de câbles PCIe x4, x8 et x16 nécessitent des configurations de mesure avec 32, 64 et 128 ports. L'inclusion des signaux en bande latérale augmente encore le nombre de ports nécessaire. La calibration de cette configuration peut être fastidieuse et source d'erreurs.
• La mesure de tous les trajets THRU et de diaphonie :Les configurations de câbles
  PCIe x4, x8 et x16 nécessite un total de 64, 256 et 1024 mesures à 4 ports; l'inclusion des signaux en bande latérale augmente encore le nombre. L'automatisation du test est essentielle pour éviter les erreurs de connexions et effectuer ces mesures efficacement.
• Post-traitement et génération de rapport :
  Pour une analyse précise bon / mauvais dans le rapport de test, les mesures iRLmand ccICN doivent également être calculées.

Solution Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz propose une solution de test de conformité entièrement automatisée basée sur les analyseurs de réseaux vectoriels Rohde & Schwarz, le commutateur R&S®OSP320, les unités de commande et le logiciel d'automatisation R&S®ZNrun. La solution permet des tests de conformité selon les spécifications "CopprLink Internal and CopprLink External Cable and Connector" pour les PCIe 5.0 et 6.0, elle peut aussi être facilement adaptée pour répondre aux exigences de test de conformité des câbles personnalisés PCIe 5.0 et 6.0. L'extension de la gamme de fréquence au delà des exigences actuelles des PCIe 5.0/6.0, signifie que cette solution répond également aux exigences des spécifications de test de câbles et connecteurs à venir PCIe 7.0.

VNA avec assistant de compensation pour une caractérisation et une compensation précises du montage de test

Le montage de test intègre typiquement une structure de référence 2x-THRU et plusieurs entrées. Puisque l'ensemble de ces structures ont des orientations différentes par rapport à la structure de tissage des fibres du montage de test, elles ont chacune un profil d'impédance différent. Une correction d'impédance précise est nécessaire afin de modéliser précisément chaque entrée avec son propre profil d'impédance et assurer une compensation correcte sans fantômes.

Correction d'impédance précise avec l'assistant de compensation Rohde & Schwarz (image de droite), montrant les résultats de l'ensemble DUT total et structure de montage et le DUT compensé : exemple avec le R&S®ZNx-K220. La comparaison des résultats de réflectométrie du domaine temporel (TDR) montrent la différence dans les profils d'impédance entre la structure de référence 2x-THRU, la structure totale A02_A03 et la structure totale A14_A15. Le modèle de montage d'entrée calculé pour A14_A15 se conforme parfaitement au profil d'impédance de la structure A14_A15 totale. L'entrée est complètement supprimée, le profil d'impédance du DUT compensé ne présente aucun fantôme.

Avec les options de compensation R&S®ZNx-K210 (EZD), R&S®ZNx-K220 (ISD) et R&S®ZNx-K230 (SFD), les analyseurs de réseaux vectoriels Rohde & Schwarz proposent une implémentation puissante du flux de travail pour la caractérisation de montages de test corrigés en impédance et pour la compensation avec une précision leader dans l'industrie. L'assistant de compensation guide les utilisateurs à travers les étapes de définition de la topologie du DUT, la mesure des structures de référence de compensation (généralement des coupons 2x-THRU) et la structure totale (DUT et montages), en calculant les modèles de montage et en les compensant à partir du résultat de la mesure. Grâce à l'intégration au sein de l'instrument, les résultats de mesure peuvent immédiatement être visualisés et analysés.

Les PCIe 5.0 et 6.0 utilisent une gamme de fréquence allant de 10 MHz à 24 GHz avec un pas de 10 MHz pour le test de câbles et de connecteurs. Cependant, une gamme de fréquence de 40 GHz propose généralement une meilleure résolution dans le domaine temporel au cours d'une caractérisation de montage de test et de compensation, et propose une meilleure précision du modèle dérivé; elle est par conséquent recommandée pour le test. Le tableau ci-dessous contient une liste des modèles VNA recommandés et leurs configurations.

Configurations de matrices prédéfinies avec ensembles de câbles semi-rigides

Des configurations de matrices prédéfinies sont disponibles avec 24 ports, 44 ports et 64 ports pour 40 GHz (2,92 mm) et 67 GHz (1,85 mm). La solution est personnalisable, prenant en charge diverses configurations de matrices de commutation jusqu'à 144 ports. Les matrices de commutation incluent des modules avec une performance élevée, terminés SP6T. Ils connectent l'analyseur de réseaux vectoriels au trajet différentiel du signal sous test et terminent tous es autres trajets pour éviter les erreurs de mesure à cause de réflexions indésirables au cours des tests de diaphonie.

Pour des pertes de retour et une stabilité de phase meilleures, des câbles semi-rigides sont recommandés. Les tableaux ci-dessous fournissent une vue d'ensemble des configurations de matrices prédéfinies typiques, pour les tests de câbles et connecteurs PCIe et les ensembles de câbles semi-rigides nécessaires.

Automatisation du test

Le logiciel d'automatisation R&S®ZNrun avec les options R&S®ZNrun-K400 et R&S®ZNrun-K440 permet un test de conformité simple, précis et rapide des assemblages de câbles et des connecteurs de câbles selon la spécification CopprLink Internal and CopprLink External Cable pour les PCIe 5.0 et 6.0. Il mesure automatiquement IL, RL, NEXT incluant PSNEXT, FEXT incluant PSFEXT, l'asymétrie intra-paires et l'asymétrie chemin à chemin des diverses paires différentielles de signaux. Le logiciel calcule les mesures iRL, ccICN NEXT et ccICN FEXT correspondantes et génère un rapport de test complet avec un verdict bon / mauvais.

La solution propose

• Une flexibilité accrue pour prendre en charge différents types d'assemblages de câbles et de configurations de connecteurs. En plus des plans de test standards pour les PCIe x4, x8 et x16 avec 4, 8 ou 16 chemins, l'utilisateur peut facilement générer des plans de test pour des câbles et des connecteurs avec un nombre différent de chemins. Cela est très pratique pour des câbles et des connecteurs avec une transmission PCIe sur des signaux en bande latérale. Si le nombre de chemins sélectionné est supérieur au nombre de ports disponibles dans l'analyseur de réseaux vectoriels plus la configuration de matrice de commutation, les utilisateurs sont guidés à travers les étapes de connexion nécessaires, dès qu'une nouvelle connexion à la matrice de commutation vers le montage de test et que de nouvelles terminaisons de port sur le montage de test sont nécessaires.
• Une flexibilité accrue dans la configuration des mesures basée sur le plan de test généré. Au lieu d'une mesure complète de tous les chemins et avec tous les éléments de test, une mesure peut être restreinte aux chemins spécifiques et aux éléments de test spécifiques. Les lignes de limites peuvent être adaptées pour répondre aux exigences des assemblages de câbles et de connecteurs personnalisés.
• Une routine de calibration optimisée qui réduit significativement le nombre de connexions de calibration. La routine est basée sur une calibration star et réduit le nombre de connexions de calibration dans les configurations PCIe x4, x8 et x16 comme illustré en page 3. Pour les assemblages de câbles et connecteurs PCIe qui ont une transmission haut débit sur des signaux en bande latérale, le nombre de chemins, ports et connexions de calibration augmentent en conséquence
• Une mesure entièrement automatisée, un calcul des mesures correspondantes et une génération de rapport de test avec verdict bon / mauvais, qui économisent du temps et évitent les erreurs de connexion. Le logiciel connecte toujours l'analyseur de réseaux vectoriels à la bonne paire de signaux différentiels et ajoute une terminaison à tous les autres ports.
• Une API complète pour contrôler à distance l'automatisation du test depuis un autre logiciel.

Conclusion

La solution de test propose des tests de conformité automatisés des assemblages de câbles et connecteurs en conformité avec la spécification CopprLink Internal and External Cable and Connector pour les PCIe 5.0 et 6.0, il est possible de la mettre à niveau pour les exigences futures de la PCIe 7.0. L'automatisation fournit des mesures et une calibration rapides et précises, ainsi qu'un rapport de test complet avec verdict bon / mauvais. Il commute automatiquement l'analyseur de réseaux vectoriels vers le trajet du signal différentiel sous test et ajoute une terminaison à tous les autres trajets de signaux pour éviter les réflexions indésirables au cours des mesures de diaphonie.Grâce à son niveau élevé de flexibilité, la solution peut facilement être adaptée aux configurations de câbles, aux plans de test et aux lignes de limites personnalisés. Avec son interface API, le logiciel peut également être intégré au sein d'un environnement logiciel existant. La solution s'adresse aux besoins de test de conformité et au-delà, couvrant également la R&D et la régression ainsi que le test en production.