Prueba automatizada de conectores y cables internos/externos: solución según las especificaciones de PCIe 5.0 y 6.0

Su misión

Aumentar tanto la potencia de procesamiento como la velocidad de almacenamiento en los centros de datos modernos impulsa las velocidades de transferencia de datos PCI Express (PCIe). A velocidades de enlace de 32 GT/s (PCIe 5.0) y 64 GT/s (PCIe 6.0), la pérdida de inserción en las trazas de señal de la placa de circuito impreso (PCB) es demasiado alta. Por consiguiente, la trasmisión de señales PCIe de alta velocidad se realiza cada vez por medio de conjuntos de cables que evitan la placa de circuito impreso. Esto reduce de manera significativa la pérdida de inserción y permite una mayor distancia entre el complejo raíz y los puntos de conexión PCIe sin exceder los presupuestos de canal definidos para la pérdida de inserción, la pérdida de retorno, la diafonía y el sesgo.

Con las especificaciones de los cables y conectores CopprLink tanto internos como externos para PCIe 5.0 y 6.0, PCI-SIG ha definido configuraciones estándar de cables y conectores para los cables internos (dentro de un chasis) y externos (de chasis-a chasis), junto con los elementos de prueba, así como los límites correspondientes para los ensayos de conformidad. Para el análisis de pasa/no pasa, los conjuntos de cables personalizados por lo general suelen utilizar estos elementos de prueba junto con las adaptaciones correspondientes de los límites. Las pruebas de cables PCIe presentan muchos desafíos y requieren de una potente automatización de pruebas para que sean eficientes y confiables.

El enlace PCIe entre el complejo raíz y el terminal consta de múltiples carriles, cada uno de ellos representa un trayecto de señal referencial para la transmisión y otro para la recepción. Un ancho de carril de x4, x8 o x16 consta de 8, 16 o 32 trayectos de señales diferenciales, que requieren de mediciones con 32, 64 o 128 puertos, respectivamente. De acuerdo con las especificaciones de los cables CopprLink internos y externos para PCIe 5.0/6.0, los elementos de prueba incluyen pérdida de inserción (IL), pérdida de retorno (RL), paradiafonía (NEXT) con PowerSum NEXT (PSNEXT), telediafonía (FEXT) con PowerSum FEXT (PSFEXT), sesgo efectivo entre pares y entre carriles. Las especificaciones también definen la pérdida de retorno integrada (iRL) y el ruido de diafonía integrado el cual es aportado por el componente (ccICN NEXT y ccICN FEXT) como criterios de exoneración en los que se sobrepasan las líneas de valor límite correspondientes.

Para realizar pruebas completas de cables x4, x8 o x16, se requieren de 64, 256 o 1024 mediciones de 4 puertos, respectivamente. A fin de evitar que se produzcan errores de medición durante las pruebas de diafonía, es necesario cerrar los puertos que no se utilizan.

Para los conjuntos de cables y conectores con transmisión PCIe en sus señales de banda lateral, el número de puertos y mediciones que se requiere puede ser incluso mayor. La automatización de las pruebas es fundamental, ya que las mediciones manuales toman mucho tiempo y son propensas a errores de conexión.

Aplicación

La medición de un cable PCIe 5.0/6.0 por lo general incluye los siguientes pasos:

• Modelado y compensación precisos del adaptador de fijación:
  la especificación define el plano de referencia cercano al conector del cable en el adaptador de fijación. Cada sección de transición debe caracterizarse y compensarse con exactitud, es decir, deben eliminarse de manera matemática de los resultados de la prueba. Se requiere aplicar compensación con corrección de impedancia a fin de modelar con precisión cada sección de transición del adaptador de fijación con su perfil de impedancia específico, así como asegurar resultados de medición precisos.
• Calibración de la configuración multipuerto:
  las configuraciones de los cables PCIe x4, x8 y x16 requieren de configuraciones con 32, 64 y 128 puertos. La inclusión de señales de banda lateral incrementa aún más la cantidad de puertos que se requiere. La calibración de esta configuración puede ser sumamente complicada y propensa a errores.
• Mediciones de todos los trayectos THRU y de la diafonía (crosstalk):
  las configuraciones de cables PCIe x4, x8 y x16 requieren de un total de 64, 256 y 1024 mediciones de 4 puertos; incluir las señales de banda lateral incrementa aún más la cantidad. A fin de prevenir los errores de conexión y realizar estas mediciones de manera eficiente es esencial la automatización de las pruebas.
• Posprocesamiento y generación de reportes:
  a fin de obtener un análisis preciso de pasa/no pasa en los informes de pruebas, deben calcularse también las métricas iRLmand ccICN.

Solución de Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz proporciona una solución de ensayos de conformidad completamente automatizada basada en los analizadores de redes vectoriales de Rohde & Schwarz, las unidades de control y conmutación abiertas R&S®OSP320, así como en el software de automatización R&S®ZNrun. Esta solución permite realizar ensayos de conformidad según las especificaciones de cables y conectores CopprLink tanto externos como internos para PCIe 5.0 y 6.0, además puede adaptarse fácilmente para cumplir con los requisitos de ensayos de conformidad de cables PCIe 5.0 y 6.0 personalizados. Ampliar el rango de frecuencias por encima de los requisitos actuales de PCIe 5.0/6.0, significa que esta solución también cumple con los requisitos de las futuras especificaciones de prueba de cables y conectores PCIe 7.0.

Analizador de redes vectoriales para la caracterización precisa de adaptadores de fijación y compensación

El adaptador de fijación por lo general suele incluir una estructura de referencia 2x-THRU, así como numerosas secciones de transición. Ya que todas estas estructuras tienen diferentes orientaciones con respecto a la estructura del tejido de la fibra del adaptador de fijación, cada una de ellas cuenta con diferentes perfiles de impedancia. Se requiere de una corrección precisa de la impedancia a fin de modelar con exactitud cada sección de transición con su propio perfil de impedancia y asegurar una correcta compensación sin miembros fantasmas.

Corrección precisa de la impedancia con el asistente de compensación de Rohde & Schwarz (imagen derecha), la cual muestra los resultados de la estructura total del dispositivo y del accesorio de fijación, así como del dispositivo compensado: ejemplo con la opción R&S®ZNx-K220. La comparación de los resultados de la reflectometría en el dominio temporal (TDR) muestra la diferencia en los perfiles de impedancia entre la estructura de referencia 2x-THRU, la estructura total A02_A03 y la estructura total A14_A15. El modelo de accesorio de fijación de la entrada de transición que se ha calculado para A14_A15 se ajusta perfectamente al perfil de impedancia de la estructura total A14_A15. La entrada de transición se elimina por completo y el perfil de impedancia del dispositivo compensados no muestra ningún miembro fantasma.

Con las opciones de compensación R&S®ZNx-K210 (EZD), R&S®ZNx-K220 (ISD) y R&S®ZNx-K230 (SFD) los analizadores de redes vectoriales de Rohde & Schwarz ofrecen una potente implementación del flujo de trabajo para la caracterización del adaptador de fijación con corrección de impedancia y compensación con una precisión líder en la industria. El asistente de compensación guía a los usuarios a través de los pasos para definir la topología del dispositivo, realizar mediciones de las estructuras de referencia de compensación (por lo general cupones 2x-THRU) y de la estructura total (dispositivo y accesorios de fijación), calcular los modelos de accesorios de fijación, así como compensarlos a partir de los resultados de medición. Gracias a su integración en el instrumento, los resultados de medición, los resultados de las mediciones pueden inmediatamente verse y analizarse.

PCIe 5.0 y 6.0 utilizan un rango de frecuencias de 10 MHz a 24 GHz con un incremento de 10 MHz para pruebas de cables y conectores. Sin embargo, una gama de frecuencias de 40 GHz por lo general ofrece una mejor resolución del dominio de tiempo durante la caracterización y compensación del adaptador de fijación, además ofrece una mayor precisión del modelo derivado; por lo tanto, se lo recomienda para la prueba. La siguiente tabla contiene una lista de los modelos de analizadores de redes vectoriales recomendados y sus respectivas configuraciones.

Configuraciones de matrices predefinidas con juegos de cables semirrígidos

Las configuraciones de matrices de conmutación predefinidas están disponibles con 24 puertos, 44 puertos y 64 puertos para 40 GHz (2.92 mm) y 67 GHz (1.85 mm). La solución es personalizable, admite diversas configuraciones de matrices de conmutación de hasta 144 puertos. Las matrices de conmutación incluyen módulos con conmutadores SP6T terminados de alto rendimiento. Conectan el analizador de redes vectoriales al trayecto de la señal diferencial que se está probando y terminan los demás trayectos a fin de evitar errores de medición debido a reflexiones no deseadas durante las pruebas de diafonía.

Para una mejor pérdida de retorno y estabilidad de fase, se recomienda utilizar cables semirrígidos. Las siguientes tablas proporcionan una visión general de las configuraciones de matrices típicas predefinidas para pruebas de conectores y cables PCIe, así como para los juegos de cables semirrígidos requeridos.

Automatización de pruebas

El software de automatización R&S®ZNrun con las opciones R&S®ZNrun-K400 y R&S®ZNrun-K440 permite realizar ensayos de conformidad de manera fácil, precisa y rápida tanto de conjuntos de cable como de conectores según las especificaciones de cables y conectores CopprLink tanto externos como internos para PCIe 5.0 y 6.0. Mide de manera automática IL, RL, NEXT, entre los que figuran PSNEXT, FEXT como, por ejemplo, PSFEXT y el sesgo efectivo tanto entre pares como entre carriles de los distintos pares de señales diferenciales. El software calcula las métricas iRL, ccICN NEXT y ccICN FEXT correspondientes y genera un informe de pruebas completo con un veredicto de pasa no pasa.

La solución ofrece

• Alta flexibilidad para admitir diferentes tipos de conjuntos de cables y configuraciones de conectores. Además de los planes de prueba estándar para PCIe x4, x8 y x16 con 4, 8 o 16 carriles, el usuario puede generar de manera fácil planes de prueba tanto para cables como para conectores con diferentes números de carriles. Es de mucha utilidad para cables y conectores con transmisión PCIe en señales de banda lateral. En caso de que el número de carriles seleccionado sea superior al número de puertos disponibles en el analizador de redes vectoriales más la configuración de la matriz de conmutación, los usuarios son guiados a través de los pasos de conexión necesarios y se les informa, siempre que se requiera una nueva conexión desde la matriz de conmutación hasta el adaptador de fijación, así como nuevas terminaciones de puerto en el adaptador de fijación.
• Gran flexibilidad en la configuración de las mediciones basadas en el plan de pruebas que se haya generado. En lugar de realizar mediciones completas de todos los carriles y con todos los elementos de prueba, las mediciones pueden limitarse tanto a carriles como a elementos de prueba específicos. Las líneas de valor límite pueden adaptarse para satisfacer los requisitos de los conjuntos de cables y conectores personalizados.
• Una rutina de calibración optimizada que reduce de manera significativa el número de conexiones de calibración. La rutina se basa en una calibración en estrella y reduce el número de conexiones de calibración en configuraciones PCIe x4, x8 y x16 tal y como se muestra en la página 3. Los conjuntos de cables y conectores PCIe cuentan con transmisión de alta velocidad en las señales de banda lateral, el número de carriles, puertos y conexiones de calibración por consiguiente también aumentan
• Mediciones completamente automatizadas, cálculo de las métricas correspondientes, así como generación de informes de prueba con veredicto pasa/no pasa, lo que disminuye la duración de prueba y evita errores de conexión. El software siempre conecta el analizador de redes vectoriales al par derecho de la señal diferencial y desactiva todos los otros puertos.
• Una interfaz de conexión entre aplicaciones y programas (API) completa para controlar de manera remota la automatización de pruebas desde otro software.

Resumen

La solución de pruebas ofrece ensayos de conformidad de conjuntos de cables y conectores según las especificaciones de cables y conectores CopprLink tanto externos como internos para PCIe 5.0 y 6.0 y puede actualizase para cumplir con los requisitos futuros de PCIe 7.0. La automatización proporciona calibraciones y mediciones rápidas y precisas, así como un informe de pruebas completo con un veredicto de pasa/no pasa. Cambia de manera automática el analizador de redes vectoriales al trayecto de la señal diferencial que se está probando y termina todos los demás trayectos de señal a fin de evitar reflexiones no deseadas al momento de realizar mediciones de diafonía. Gracias a su alto nivel de flexibilidad, la solución puede adaptarse fácilmente a configuraciones de cables personalizadas, planes de prueba y líneas de valor límite. Con su interfaz API, el software puede también integrarse en entornos de software ya implementados. La solución aborda las necesidades de los ensayos de conformidad y mucho más, también abarca la I+D y la regresión, así como las pruebas de producción.