Solución de test automatizada para conectores y cables internos/externos conforme con las especificaciones para PCIe 5.0 y 6.0

Su misión

La potencia de procesamiento y las velocidades de almacenamiento cada vez mayores en los centros de datos avanzados conllevan un continuo aumento de la velocidad de transferencia de datos de la interfaz PCI Express (PCIe). Con velocidades de enlace de 32 GT/s (PCIe 5.0) y 64 GT/s (PCIe 6.0), la pérdida de inserción en las pistas de señal de la tarjeta impresa es demasiado alta. Por ello, las señales PCIe de alta velocidad se transmiten cada vez más a través de conjuntos de cables que puentean la tarjeta impresa. Esto reduce de forma considerable la pérdida de inserción y permite alcanzar mayores distancias entre el puerto raíz PCIe y los puntos terminales PCIe sin sobrepasar los límites de canal definidos para pérdida de inserción, pérdida de retorno, diafonía y desfase.

Con las especificaciones de cables y conectores CopprLink Internal y CopprLink External para PCIe 5.0 y 6.0, PCI-SIG ha definido configuraciones estándar de cables y conectores para cables internos (dentro de un chasis) y cables externos (hacia otro dispositivo), así como los puntos de prueba correspondientes y límites para los ensayos de conformidad. Para conjuntos de cables específicos del cliente generalmente se utilizan también estos puntos de prueba, con las adaptaciones relevantes de límites para un análisis pasa/no pasa. Medir cables PCIe plantea numerosas dificultades y exige una automatización eficiente de las pruebas para realizar los ensayos con fiabilidad.

El enlace PCIe entre el puerto raíz y el dispositivo terminal consta de varios carriles, de los que cada uno representa un camino de señal diferencial para la transmisión y uno para la recepción. Un ancho de carril de x4, x8 o x16 equivale por tanto a 8, 16 o 32 caminos de señal diferenciales, lo que significa que es necesario realizar medidas con 32, 64 o 128 puertos, respectivamente. Conforme a las especificaciones para PCIe 5.0/6.0 de cables CopprLink Internal y CopprLink External, los puntos de prueba incluyen pérdida de inserción (IL), pérdida de retorno (RL), paradiafonía (NEXT) con PowerSum NEXT (PSNEXT), telediafonía (FEXT) con PowerSum FEXT (PSFEXT), desfase intrapar efectivo y desfase de carril a carril. Las especificaciones también definen pérdida de retorno integrada (iRL) y ruido de diafonía integrado añadido por componentes (ccICN NEXT y ccICN FEXT) como criterios de exención para casos en los que se exceden las líneas de punto límite correspondientes.

Para una prueba completa de cables x4, x8 o x16 se necesitan 64, 256 o 1024 medidas de 4 puertos, respectivamente. Con el fin de prevenir errores de medida en las medidas de diafonía, los puertos que no se utilizan deben contar con terminación.

Para conjuntos de cables y conectores con transmisión PCIe a través de sus señales de banda lateral, la cantidad necesaria de puertos de prueba y medidas puede ser incluso mayor. La automatización resulta esencial en este contexto, ya que las medidas manuales consumen gran cantidad de tiempo y conllevan a menudo errores de conexión.

Aplicación

Para medir un cable PCIe 5.0/6.0 se realizan generalmente los siguientes pasos:

• Modelado y deembedding precisos del adaptador de fijación:
  la especificación define el plano de referencia cercano al conector del cable en el adaptador de fijación. Cada lead-in (la pista de entrada del adaptador) requiere una caracterización y compensación precisa, es decir, debe eliminarse matemáticamente de los resultados de prueba. El deembedding con corrección de impedancia es necesario para modelar de forma exacta cada lead-in del adaptador de fijación con su perfil de impedancia específica y garantizar unos resultados de medida precisos.
• Calibración de la configuración multipuerto:
  las configuraciones de cables PCIe x4, x8 y x16 requieren configuraciones de medida con 32, 64 y 128 puertos. Al incluir señales de banda lateral aumenta todavía más la cantidad de puertos necesarios. Calibrar esta configuración de medida puede resultar muy laborioso y dar lugar a errores.
• Medidas de todos los caminos THRU y de diafonía:
  las configuraciones de cables PCIe x4, x8 y x16 requieren un total de 64, 256 y 1024 medidas de 4 puertos; si se incluyen señales de banda lateral, esta cantidad es aún mayor. Automatizar las medidas es esencial para prevenir errores de conexión y ejecutar las medidas de forma eficiente.
• Posprocesamiento y generación de informes:
  para obtener un análisis «pasa/no pasa» de alta precisión en el informe de pruebas también deben calcularse las métricas iRL y ccICN.

Solución de Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz ofrece una solución para ensayos de conformidad totalmente automatizada basada en los analizadores de redes vectoriales Rohde & Schwarz, la plataforma abierta de control y conmutación R&S®OSP320 y el software de automatización R&S®ZNrun. Esta solución permite llevar a cabo los ensayos de conformidad según las especificaciones de cables y conectores CopprLink Internal y CopprLink External para PCIe 5.0 y 6.0, y se puede adaptar fácilmente a requisitos de ensayo de cables PCIe 5.0 y 6.0 específicos del cliente. Gracias a un rango de frecuencias que supera los requisitos actuales para PCIe 5.0/6.0, la solución está preparada para cumplir también las futuras especificaciones de prueba de conectores y cables PCIe 7.0.

Analizador de redes vectoriales con asistente de deembedding para caracterizar y compensar el adaptador de fijación con precisión

Generalmente, el adaptador de fijación incluye una estructura de referencia 2x-THRU y numerosos lead-ins. Puesto que todas estas estructuras tienen diferentes orientaciones respecto a la estructura de tejido de fibra del adaptador de fijación, todas ellas tienen diferentes perfiles de impedancia. La corrección exacta de la impedancia es necesaria para modelar con precisión cada lead-in con su propio perfil de impedancia y garantizar la correcta compensación sin elementos fantasma.

Corrección de impedancia precisa con el asistente de deembedding de Rohde & Schwarz (imagen de la derecha), que muestra resultados de la estructura total del dispositivo examinado (DUT) y el elemento de fijación, y del DUT una vez compensado: ejemplo con R&S®ZNx-K220. La comparación de los resultados de la reflectometría en el dominio temporal (TDR) muestra la diferencia de perfiles de impedancia entre la estructura de referencia 2x-THRU, la estructura total A02_A03 y la estructura total A14_A15. El modelo calculado del elemento de fijación de lead-in para A14_A15 encaja perfectamente con el perfil de impedancia de la estructura total A14_A15. El lead-in se elimina por completo, el perfil de impedancia del DUT compensado no muestra elementos fantasma.

Con las opciones de deembedding R&S®ZNx-K210 (EZD), R&S®ZNx-K220 (ISD) y R&S®ZNx-K230 (SFD), los analizadores de redes vectoriales de Rohde & Schwarz permiten implementar de forma eficiente flujos de trabajo para caracterizar y compensar los adaptadores de fijación con corrección de impedancia alcanzando una precisión líder en el mercado. El asistente de deembedding guía al usuario por los pasos necesarios para definir la topología del dispositivo examinado, medir las estructuras de referencia de compensación (generalmente cupones 2x-THRU) y la estructura total (DUT y elementos de fijación), calcular los modelos del elemento de fijación y excluirlos del resultado de medida (deembedding). Gracias a la integración en el instrumento, los resultados de medida se pueden ver y analizar inmediatamente.

PCIe 5.0 y 6.0 utilizan un rango de frecuencias de 10 MHz hasta 24 GHz con un tamaño de paso de 10 MHz para medidas de cables y conectores. Sin embargo, un rango de frecuencias de 40 GHz permite obtener generalmente una mejor resolución en el dominio temporal en la caracterización del adaptador de fijación y el deembedding, así como una mayor precisión del modelo derivado, y por lo tanto, es más recomendable para los ensayos. La tabla de abajo incluye una lista de los modelos de analizador de redes vectoriales recomendados y sus configuraciones.

Configuraciones de matriz predefinidas con conjuntos de cables semirígidos

Están disponibles configuraciones de matriz de conmutación predefinidas con 24 puertos, 44 puertos y 64 puertos para 40 GHz (2,92 mm) y 67 GHz (1,85 mm). La solución se puede adaptar a medida, y admite diferentes configuraciones de matriz de conmutación de hasta 144 puertos. Las matrices de conmutación incluyen módulos con conmutadores de alto rendimiento SP6T con terminación. Estos conectan el analizador de redes vectoriales al camino de señal diferencial sometido a prueba y terminan todos los demás caminos para prevenir errores de medida debidos a reflexiones no deseadas durante las pruebas de diafonía.

Para obtener valores óptimos de pérdida de retorno y estabilidad de fase se recomienda utilizar cables semirígidos. Las siguientes tablas proporcionan un esquema de configuraciones de matriz predefinidas típicas para medidas de cables y conectores PCIe, así como los conjuntos de cables semirígidos necesarios.

Automatización de pruebas

El software de automatización R&S®ZNrun con las opciones R&S®ZNrun-K400 y R&S®ZNrun-K440 permite realizar de forma sencilla, precisa y rápida ensayos de conformidad de conjuntos de cables y conectores de cables conforme con las especificaciones de cables CopprLink Internal y CopprLink External para PCIe 5.0 y 6.0. Este mide automáticamente los valores de IL, RL, NEXT incluyendo PSNEXT, FEXT incluyendo PSFEXT, desfase intrapar efectivo y desfase de carril a carril en los distintos pares de señales diferenciales. El software calcula las métricas correspondientes de iRL, ccICN NEXT y ccICN FEXT y genera un informe de pruebas exhaustivo con un resultado pasa/no pasa.

La solución ofrece

• alta flexibilidad que admite diferentes tipos de configuraciones de conectores y conjuntos de cables. Aparte de los planes de ensayo estándar para PCIe x4, x8 y x16 con 4, 8 o 16 carriles, el usuario puede generar fácilmente planes para cables y conectores con un número de carriles diferente. Esto resulta especialmente útil para cables y conectores con transmisión PCIe con señales de banda lateral. Si la cantidad de carriles es superior al número de puertos disponibles en la configuración formada por el analizador de redes vectoriales y la matriz de conmutación, el usuario es guiado por los pasos de conexión necesarios y recibe una indicación cuando se requiere una nueva conexión de la matriz de conmutación al adaptador de fijación y nuevas terminaciones de puerto en el adaptador de fijación.
• alta flexibilidad a la hora de configurar las medidas basadas en el plan de ensayo generado. En lugar de realizar medidas completas de todos los carriles y con todos los elementos de prueba, las medidas se pueden restringir a carriles específicos y elementos de prueba concretos. Las líneas de punto límite se pueden adaptar para cumplir los requisitos de conjuntos de cables y conectores específicos del cliente.
• una rutina de calibración optimizada que reduce considerablemente el número de conexiones de calibración. La rutina se basa en una calibración en estrella y reduce la cantidad de conexiones de calibración en configuraciones PCIe x4, x8 y x16, tal y como se muestra en la página 3. Para los conjuntos de cables y conectores PCIe con transmisión de alta velocidad con señales de banda lateral, la cantidad de carriles, puertos y conexiones de calibración aumentan correspondientemente
• medidas totalmente automatizadas, cálculo de las métricas correspondientes y generación de un informe de pruebas con resultado pasa/no pasa, que reduce el tiempo del ensayo y previene errores de conexión. El software conecta siempre el analizador de redes vectoriales al par de señales diferenciales correcto y termina todos los demás puertos.
• una API completa para controlar la automatización de las medidas de forma remota a través de un software externo.

Resumen

La solución de medida permite realizar ensayos de conformidad automatizados de conjuntos de cables y conectores conformes con las especificaciones CopprLink Internal y CopprLink External para PCIe 5.0 y 6.0, y es ampliable para satisfacer los futuros requisitos de PCIe 7.0. La automatización permite realizar la calibración y obtener medidas rápidas y precisas, así como un informe de pruebas completo con resultado pasa/no pasa. La solución realiza automáticamente la conmutación del analizador de redes vectoriales al camino de señal diferencial sometido a prueba y termina todos los demás caminos de señal para impedir reflexiones no deseadas durante las medidas de diafonía. Gracias a su gran flexibilidad, la solución se puede adaptar fácilmente a configuraciones de cables, planes de prueba y líneas de punto límite específicos del cliente. A través de su interfaz API, el software también se puede integrar en un entorno de software existente. La solución satisface los requisitos de los ensayos de conformidad y ofrece muchas otras funciones, como aplicaciones de I+D, pruebas de regresión y de producción.