Soluzione automatizzata per il test di cavi e connettori interni/esterni in linea con le specifiche PCIe 5.0 e 6.0

Attività da eseguire

L'aumento della potenza di elaborazione e della velocità di archiviazione nei moderni data center contribuisce all'evoluzione delle velocità di trasmissione dei dati sul bus PCI Express (PCIe). A velocità di collegamento di 32 GT/s (PCIe 5.0) e 64 GT/s (PCIe 6.0), la perdita di inserzione nelle tracce che trasportano il segnale sui PCB è troppo elevata. Pertanto, i segnali PCIe ad alta velocità vengono trasmessi sempre più spesso tramite cavi assemblati che bypassano il circuito stampato (PCB). Ciò riduce in modo significativo la perdita di inserzione e consente di potere prevedere distanze maggiori tra un dispositivo centrale PCIe (root complex) e gli endpoint PCIe senza superare i budget di canale definiti per la perdita di inserzione, la perdita di ritorno, la diafonia e l'asimmetria.

Con le specifiche dei cavi e dei connettori interni ed esterni CopprLink per PCIe 5.0 e 6.0, PCI-SIG ha definito le configurazioni standard dei cavi e dei connettori per i cavi interni (all'interno di uno chassis) ed esterni (da chassis a chassis), insieme ai corrispondenti elementi di prova e limiti per i test di conformità. Anche i cavi assemblati su misura utilizzano solitamente questi elementi di prova con adeguamenti corrispondenti dei limiti da utilizzare nelle prove di accettazione/scarto. La verifica dei cavi PCIe presenta numerose sfide e richiede una potente automazione dei test per garantire prove efficienti e affidabili.

Il collegamento PCIe tra il dispositivo centrale e il dispositivo endpoint è composto da più corsie (lane), ciascuna delle quali rappresenta un percorso di segnale differenziale per la trasmissione e uno per la ricezione. Una larghezza di corsia di x4, x8 o x16 prevede pertanto 8, 16 o 32 percorsi di segnale differenziale che richiedono misure rispettivamente con 32, 64 o 128 porte. In base alle specifiche dei cavi interni ed esterni CopprLink PCIe 5.0/6.0, gli elementi sottoposti a test includono la perdita di inserzione (IL), la perdita di ritorno (RL), la diafonia locale (NEXT) con PowerSum NEXT (PSNEXT), la diafonia remota (FEXT) con PowerSum FEXT (PSFEXT), l'asimmetria effettiva intra-coppia e quella da corsia a corsia. Le specifiche definiscono anche la perdita di ritorno integrata (iRL) e il rumore di diafonia integrata contribuito dai componenti (ccICN NEXT e ccICN FEXT) come criteri di deroga per i casi in cui vengono violate le linee limite corrispondenti.

Per un test completo dei cavi x4, x8 o x16, sono necessarie rispettivamente 64, 256 o 1024 misure a 4 porte. Per evitare errori di misura durante i test di diafonia, le porte non utilizzate vanno terminate.

Per i cavi assemblati e i connettori con trasmissione PCIe sui loro segnali di banda laterale, il numero di porte di prova e misure richieste può essere ancora più elevato. L'automazione dei test è fondamentale in quanto le misure manuali richiedono molto tempo e sono soggette a errori di connessione.

Applicazione

La misura di un cavo PCIe 5.0/6.0 comprende solitamente i seguenti passaggi:

• Modellazione accurata dell'attrezzatura di test e deembedding:
  :la specifica definisce il piano di riferimento vicino al connettore del cavo sull'adattatore di prova. Ciascuna linea di accesso deve essere accuratamente caratterizzata e rimossa matematicamente dai risultati del test, mediante la procedura di "deembedding". Il deembedding con correzione dell'impedenza è necessario per modellare accuratamente ciascuna linea di accesso sull'adattatore di prova con il suo profilo di impedenza specifico e garantire risultati di misura accurati.
• Calibrazione della configurazione multiporta:
  le configurazioni dei cavi PCIe x4, x8 e x16 richiedono sistemi di misura con 32, 64 e 128 porte. L'inclusione dei segnali a banda laterale aumenta ulteriormente il numero di porte richieste. La calibrazione di questa configurazione può essere piuttosto complessa e soggetta a errori.
• Misura di tutti i percorsi THRU e di diafonia:
  le configurazioni dei cavi PCIe x4, x8 e x16 richiedono un totale di 64, 256 e 1024 misure a 4 porte; l'inclusione dei segnali di banda laterale aumenta ulteriormente il conteggio. L'automazione dei test è indispensabile per prevenire errori di connessione ed eseguire queste misure in modo efficace.
• Post-elaborazione e generazione dei report:
  per un'analisi accurata di accettazione/errore nel report di test, è necessario calcolare anche le metriche iRLmand ccICN.

Soluzione Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz propone una soluzione di test di conformità completamente automatizzata basata sugli analizzatori di reti vettoriali Rohde & Schwarz, sulle unità di controllo e commutazione aperte R&S®OSP320 e sul software di automazione R&S®ZNrun. La soluzione consente di eseguire test di conformità secondo le specifiche dei cavi e dei connettori interni ed esterni CopprLink per PCIe 5.0 e 6.0 e può essere facilmente adattata per soddisfare i requisiti di test di conformità per cavi PCIe 5.0 e 6.0 personalizzati. Estendere la gamma di frequenze oltre i requisiti attuali dello standard PCIe 5.0/6.0 significa che questa soluzione soddisfa anche i requisiti delle specifiche di prova dei cavi e dei connettori PCIe 7.0 di prossima adozione.

Analizzatore di reti vettoriale con assistente di deembedding per la caratterizzazione accurata dell'adattatore di prova e il deembedding

Il dispositivo di prova comprende solitamente una struttura di riferimento 2x-THRU e numerose linee di accesso. Poiché tutte queste strutture presentano orientamenti diversi rispetto alla struttura intrecciata in fibra dell'adattatore di prova, ciascuna di esse ha profili di impedenza diversi. È necessaria una correzione accurata dell'impedenza per modellare con precisione ciascuna linea di accesso con il proprio profilo di impedenza e garantire un deembedding corretto senza generare elementi parassiti fittizi.

Correzione accurata dell'impedenza con l'assistente di deembedding Rohde & Schwarz (immagine a destra), che mostra i risultati della struttura totale del DUT e dell'adattatore di prove e del DUT deembedded: esempio con R&S®ZNx-K220. Il confronto dei risultati della riflettometria nel dominio del tempo (TDR) mostra la differenza nei profili di impedenza tra la struttura di riferimento 2x-THRU, la struttura totale A02_A03 e la struttura totale A14_A15. Il modello calcolato del collegamento d'ingresso (lead-in) dell'adattatore per A14_A15 è perfettamente conforme al profilo di impedenza della struttura totale A14_A15. L'effetto del collegamento d'ingresso dell'adattatore di prova viene completamente rimosso, il profilo di impedenza del DUT deembedded non mostra effetti fantasma.

Con le opzioni di deembedding R&S®ZNx-K210 (EZD), R&S®ZNx-K220 (ISD) e R&S®ZNx-K230 (SFD), gli analizzatori di reti vettoriali Rohde & Schwarz offrono una potente soluzione per la caratterizzazione degli adattatori di prova con correzione dell'impedenza e il deembedding con una precisione leader nel settore. L'assistente di deembedding guida gli utenti attraverso le fasi di definizione della topologia del DUT, misura delle strutture di riferimento per il deembedding (in genere coupon 2x-THRU) e della struttura totale (DUT e adattatore di prova), calcolo dei modelli dell'adattatore di prova e rimozione dei suoi effetti dai risultati della misura. Grazie all'integrazione nello strumento, i risultati delle misure possono essere visualizzati e analizzati immediatamente.

PCIe 5.0 e 6.0 utilizzano una gamma di frequenze compresa tra 10 MHz e 24 GHz con un incremento di 10 MHz per i test su cavi e connettori. Tuttavia, una gamma di frequenza di 40 GHz offre in genere una migliore risoluzione nel dominio del tempo durante la caratterizzazione e il deembedding del dispositivo di prova e garantisce una maggiore accuratezza del modello derivato; pertanto, è consigliabile per il test. La tabella sottostante contiene un elenco dei modelli di VNA consigliati e delle relative configurazioni.

Configurazioni a matrice predefinite con set di cavi semirigidi

Sono disponibili configurazioni predefinite della matrice di commutazione con 24 porte, 44 porte e 64 porte per 40 GHz (2,92 mm) e 67 GHz (1,85 mm). La soluzione è personalizzabile e supporta varie configurazioni di matrici di commutazione fino a 144 porte. Le matrici di commutazione comprendono moduli con interruttori SP6T terminati ad alte prestazioni. Collegano l'analizzatore di reti vettoriale al percorso del segnale differenziale in prova e terminano tutti gli altri percorsi per evitare errori di misura dovuti a riflessioni indesiderate durante i test di diafonia.

Per ottenere la migliore perdita di ritorno e stabilità di fase, si consigliano cavi semirigidi. Le tabelle seguenti forniscono una panoramica delle configurazioni tipiche predefinite delle matrici per i test sui cavi e connettori PCIe e dei set di cavi semirigidi necessari.

Automazione dei test

Il software di automazione R&S®ZNrun con le opzioni R&S®ZNrun-K400 e R&S®ZNrun-K440 consente di eseguire test di conformità semplici, precisi e rapidi su cavi assemblati e connettori per cavi in conformità con le specifiche dei cavi interni ed esterni CopprLink per PCIe 5.0 e 6.0. Misura automaticamente IL, RL, NEXT compreso PSNEXT, FEXT compreso PSFEXT, l'asimmetria effettiva intra-coppia e da corsia a corsia delle varie coppie di segnali differenziali. Il software calcola le metriche iRL, ccICN NEXT e ccICN FEXT corrispondenti e genera un rapporto di prova completo con un verdetto di accettazione/errore.

La soluzione offre

• Elevata flessibilità per supportare diverse tipologie di assemblaggi di cavi e configurazioni di connettori. Oltre ai piani di test standard per PCIe x4, x8 e x16 con 4, 8 o 16 corsie, l'utente può generare facilmente piani di test per cavi e connettori con un numero diverso di corsie. Ciò è particolarmente utile per cavi e connettori con trasmissione PCIe su segnali a banda laterale. Se il numero di corsie selezionato è superiore al numero di porte disponibili nell'analizzatore di reti vettoriale più la configurazione della matrice di commutazione, gli utenti vengono guidati attraverso i passaggi di connessione richiesti e avvisati ogni volta che è necessaria una nuova connessione della matrice di commutazione al dispositivo di prova e nuove terminazioni di porta sul dispositivo di prova.
• Elevata flessibilità nella configurazione delle misure in base al piano di test generato. Anziché eseguire misure complete su tutte le linee e con tutti gli elementi di test, è possibile limitare tali misure a linee e elementi di test specifici. Le linee di limite possono essere adattate per soddisfare i requisiti di assemblaggi di cavi e connettori personalizzati.
• Una routine di calibrazione ottimizzata che riduce significativamente il numero di connessioni di calibrazione. La routine si basa su una calibrazione a stella e riduce il numero di connessioni di calibrazione nelle configurazioni PCIe x4, x8 e x16, come mostrato a pagina 3. I cavi assemblati e i connettori PCIe che hanno una trasmissione ad alta velocità sui segnali di banda laterale, il numero di linee, porte e connessioni di calibrazione aumentano di conseguenza
• Misura completamente automatizzata, calcolo delle metriche corrispondenti e generazione di rapporti di prova con verdetto di accettazione/errore, che consente di risparmiare tempo di prova e previene errori di connessione. Il software collega sempre l'analizzatore di rete vettoriale alla coppia di segnali differenziali corretta e termina tutte le altre porte.
• Un'interfaccia API completa per controllare l'automazione dei test in remoto da altri software.

Riassunto

La soluzione di test offre test automatizzati di conformità dei cavi assemblati e dei connettori in linea con le specifiche CopprLink per cavi e connettori interni ed esterni per PCIe 5.0 e 6.0 ed è aggiornabile ai futuri requisiti di PCIe 7.0. L'automazione garantisce calibrazioni e misure rapide e accurate, oltre a un rapporto di prova completo con verdetto di accettazione/errore. Commuta automaticamente l'analizzatore di reti vettoriale sul percorso del segnale differenziale in prova e interrompe tutti gli altri percorsi del segnale per evitare riflessioni indesiderate durante le misure di diafonia. Grazie al suo elevato livello di flessibilità, la soluzione può essere facilmente adattata a configurazioni di cavi personalizzate, piani di prova e linee limite. Grazie alla sua interfaccia API, il software può anche essere integrato in un ambiente software esistente. La soluzione risponde alle esigenze dei test di conformità e non solo, interessando anche la ricerca e sviluppo, la regressione e i test di produzione.