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      在存储系统的SAS电缆、主板、背板的性能评估中，其TDR反射特性、频域S参数、眼图模板等是评判互连特性的基本要求。       传统的时域参数如阻抗、时延差的测试需要基于采样示波器的TDR测试功能；而传统的频域参数如插入损耗、回波损耗、串扰等S参数的测试需要矢量网络分析仪。由于很多场合时域和频域测试都是同时需要的，所以 可以采用基于矢量网络分析仪并扩展了TDR功能的一体化解决方案，如Keysight的ENA-TDR方案，其可以同时完成频域、时域和眼图的测量。测试方案如下图所示。         基于矢量网络分析仪的时域反射TDR功能操作类似传统的基于采样示波器的TDR仪器，但相对于传统TDR，它有如下特点： ·       基于VNA的结构，内部很容易实现ESD保护电路，正弦波激励信号在测量时会扫过VNA 的整个测量频率范围，测量结果从输入与输出信号的矢量比中得到。因此，即使保护电路会导致部分损耗，使用矢量比也可以消除这些损耗，从而确保测量精度不受影响可以确保产品的可靠工作，但采样示波器TDR由于内部ESD保护电路会降低阶越发生器的性能，采样示波器TDR内部不使用ESD保护电路，所以非常容易因为ESD损坏。 ·       ENA-TDR的用户界面经过重新设计，和传统的TDR设备使用方式类似，使现在的数字工程师可以轻松、直观地进行操作，使用户可以同时进行时域阻抗和频域S参数测量以及灵活地选择参数。它能够生成仿真眼图，在互连测试阶段不需要使用额外的码型发生器，因此可以降低拥有成本。 ·       由于基于采样示波器的噪声相对网络仪来说较大，同时实现高动态范围和快速测量具有一定难度，需要通过取平均法可以降低噪声，但是这会影响测量速度。ENA-TDR 具有100  dB 动态范围，以观察 DUT 的真实性能。可以识别极低电平信号，如差分器件的串扰和模式转换。具有极低的噪声，当IFBW 为  70  kHz 时，小于0.023  dBrms，用于精确和可重复的测量，基本可以忽略仪器自身的底噪声成分。 ·       现在很多规范比如说SAS要求测试Hot TDR，也就是在上电工作状态下测试TDR，比如SATA要求测试MFTP下的阻抗，由于采样示波器TDR采用宽带接收机，在有输入信号的情况下，需要加更多的平均以反映阶约信号的反射特性，而网络仪使用窄带接收机，可以准确接受扫频信号频点，不需要加平均也可以正确接收并测量反射特性。     

      接收容限测试主要测试接收端对于不同频率抖动的跟踪和容忍能力。与 USB3.0 等总线类似， SAS 的收发两端各自有自己的时钟域，而且也经常采用 SSC ，在 SAS 芯片内，有弹性缓冲器用来添加或删除填充符以调整本地时钟对外部接收信号的采样。在 SAS 里，这个填充符就是 ALIGN 。对于 N4903B 或 M8020 系列误码仪来说，通过选件可以用来识别填充符和 8b/10 规则，这样可以不使用协议分析仪，就能正确测量误符号率或误帧率。在 SAS 中，要求测量 FER （ Frame Error Rate ）误帧率，在一个帧内的所有错误记录为 1 次误帧。下图是 SAS 接收机容限测试的原理框图。                     SAS 接收机抖动容限测试相对来说比较复杂：首先发射端和接收端通过链路训练握手调节发射端均衡参数，相较传统误码仪来说 M8020A 具有 Interactive Link Training 功能，这未来会对 SAS12G测试提供 更友好的支持；另外，在发射端接入 ISI Channel 之前需要加入串扰的影响，依次对 ISI ，串扰， Rj ， Sj 等参数进行校准，关于 SAS12G 的校准方法 Keysight 公司已经发布了相关的校准文档。下图是 SAS 接收容限测试环境。  

        由于SAS的信号速率高达12Gbps，对于测试需要的示波器带宽要求也比较高。在SAS 12G标准中，以信号的最快上升沿（20%~80%）为0.25UI即20.83ps为例，为了保证最快上升时间测量的精确性（以3%的边沿时间测量误差为准），通常来说示波器带宽至少为1.4 x 0.4/TRise，那么对SAS12G来说，计算下来带宽要大于26.9GHz，是德科技公司的V系列或Z系列示波器硬件带宽最高达63GHz，采样速率最高达160Gsa/s，具有业内最低的本底噪声，可以精确完成SAS12G信号一致性测试。           是德科技的SAS 12G一致性测试软件N5412D包含了从SSC，OOB，幅度，上升下降时间，均衡系数，共模，抖动，端到端模拟等等参数。下表是典型的对于信号质量的要求。           这里，需要提及SAS 12G最小峰峰值，以及发射端均衡系数的测试要求，这个测试环境是夹具连接示波器通道，但规范要求去除夹具及封装等的影响，测试点在ET点。现在Keysight的示波器可以利用去嵌入工具去除芯片Die外部互连的损耗，但因为芯片商往往对封装模型等信息是不公开的，所以规范定义了SAS3_EYEOPENING脚本，利用这个脚本算法将捕获的不同均衡系数步进调节的波形，通过脚本运算，提取发射端的均衡系数。这个脚本是由芯片公司PMC开发，由T10组织发布，Keysight取得了PMC的授权，可以在示波器的一致性软件里完成这部分测试。下图是N5412D测试软件设置和选择测量项目的界面。             SAS的测试夹具可以选择Wilder Tech公司的相关产品，选择时需要注意具体的接口类型及公头、母头的选择，下图是一种夹具的图示。  

      SAS规范定义了不同的测试点，以适应不同的测试内容的要求。这里面包括可以通过测试夹具测试到的测试点IT/CT以及在电缆或背板末端的IR/CR，在芯片内部的发射端在封装之前的芯片Die上的测试点ET，以及接收端芯片经过均衡后的测试点ER。下图是SAS12G规范里的测试点定义框图。          根据SAS的测试规范要求，SAS测试包含3大部分内容：发射端信号质量测试、接收端抖动容限测试、互连阻抗和回波损耗测试。          发射端信号质量测试，包括PHY，TSG，OOB测试，这部分主要是发射机的信号完整性方面的内容。PHY包括一般特性的信号质量，比如链路数据速率稳定度，及SSC（扩频时钟）特性；TSG包括发射机信号质量，比如共模参数，信号幅度、VMA、WDP、边沿时间和抖动参数；OOB测试主要是测量进行链路初始化时的OOB（out-of-band带外信令）的幅度/共模等参数特性，详细测试项目如下： ·  Test 5.3.1: Physical Link Rate Long Term Stability ·  Test 5.2.1: SSC Modulation Frequency ·  Test 5.2.3: SSC Modulation Deviation and Balance ·  Test 5.2.4: SSC DFDT (Informative) ·  Test 5.3.2: Common Mode RMS Voltage Limit ·  Test 5.3.3: Common Mode Spectrum ·  Test 5.3.4: Peak-to-peak Voltage ·  Test 5.3.5: VMA and EQ (Informative) ·  Test 5.3.6: Rise and Fall Times ·  Test 5.3.7: Random Jitter (RJ) ·  Test 5.3.8: Total Jitter (TJ) ·  Test 5.3.9: Waveform Distortion Penalty (WDP) ·  Test 5.1.2: Maximum Noise During OOB Idle ·  Test 5.1.3: OOB Burst Amplitude ·  Test 5.1.4: OOB Offset Delta ·  Test 5.1.5: OOB Common Mode Delta   SAS接收端抖动容忍度测试，主要是测试接收端对于抖动的容忍度。这部分测试项目不多，但确是测试最复杂，挑战性最大的。 ·  Test 1.1 - Stressed Receiver Device Jitter Tolerance Test Procedure for Trained 12 Gbit/s   SAS的互联测试，主要针对是阻抗不平衡和回波损耗的测试，反映系统互连和端口匹配等特性，测试内容如下： ·  TEST 5.4.1 - RX DIFFERENTIAL RETURN LOSS(SDD11) ·  TEST 5.4.2 - RX COMMON-MODE RETURN LOSS (SCC11) ·  TEST 5.4.3 - RX DIFFERENTIAL IMPEDANCE IMBALANCE (SCD11) ·  TEST 5.4.4 - TX DIFFERENTIAL RETURN LOSS (SDD22) ·  TEST 5.4.5 - TX COMMON-MODE RETURN LOSS (SCC22) ·  TEST 5.4.6 - TX DIFFERENTIAL IMPEDANCE IMBALANCE (SCD22)          对于上述测试内容， UNH-IOL提供了详细的一致性测试文档，可以参考 https://www.iol.unh.edu/testing/storage/sas/test-suites ，查阅对应的文档。          同时，SAS规范里还定义了多种测试码型，在发射机测试、互连测试和接收机测试时有明确的测试码型的要求，要求被测件能够生成或者通过BIST方式生成，主要的测试码型包括如下： · HFTP （High Frequency Test Pattern ）高频测试码型，1010101010 1010101010b ，即重复的D10.2 。 · MFTP （Middle Frequency Test Pattern ）中频测试码型，1100110011 0011001100b ，即重复的D24.3 。 · LFTP （Low Frequency Test Pattern ）低频测试码型，0111100011 1000011100b ，即重复的D30.3 。 上述3个码型主要用于测试发射机的性能参数测试。 · LBP （Lone-Bit Pattern ）单独位码型，主要用于测试SATA 性能。 · CJPAT （Compliant Jitter Tolerance Pattern ），一致性抖动容忍度码型 · SRAMBLE_0 Pattern  主要用于测试SAS 1.5, 3 and 6 Gbps WDP 性能 · IDLE dwords pattern 主要用于SAS 12 Gbps 测试，配合 SAS3_EYEOPENING script  

有鉴于线缆与连接器会因为高频讯号、机械特性、电气性能以及环境变化等因素影响其性能，因此开发商需一套完整的测试认证计划与专业实验室的协助与咨询，才能确保产品符合质量条件、完美展现功能需求。在此篇认证技术文章中，百佳泰专家将深入浅出介绍不同规格的USB在认证上的重点，并针对SAS 4.0、PCIe最新规范接口的OCuLink、及光纤线缆AOC（Active Optical Cable），等不同接口的产品，简单扼要解释其特点。此外，我们也会对电气测试（Electrical Test）、机械测试（Mechanical Test）、及环境测试（Environmental Test）所需要的仪器和测试内容做一些基本的介绍。 USB 2.0 3.0 认证测试介绍 依照USB协会（USB-IF）的规范，USB 2.0的测试流程，分为八种测试类别（group）。根据线缆与连接器的不同产品性质做为区分，依序接受电气性能、机械特性、及环境变化的缜密测试。而电气测试、机械测试、及环境测试又各自包含了许多不同的子测项。因此，受测产品会接受从数十小时到长达数百小时不等的测试。针对系统业者来说， USB 2.0连接器得接受数百小时的环境测试，内容包含温度寿命试验、混合气体腐蚀试验、热冲击试验、及湿度试验。至于USB 2.0线缆（Cable assembly），因为不需环境部份的测试，因此整体测试时间会相对地较短。 USB 3.0，又号称为Super Speed USB，速度最高能支持5Gbps，因此测试项目较多。至于USB 3.0的线缆不用接受环境测试，所以认证测试时间上相对来说不会那么久。在认证规范上，并不是所有的两端有连接器配备的线缆就可以称作为USB线缆，USB协会对此有严格的规定，唯有USB协会制定的连接器样式才能被视为USB 连接器。也唯有USB协会认可的线缆类别才可以送测取得认证及Test ID（TID）。不过如果厂商的产品是属于标准外规格的话，百佳泰的客制化服务团队也将协助客户与协会进行讨论与争取能够得到协会允许进行产品认证。 根据协会规定，任何一个类别的测项失败的话，该类别的全部测项得重新测试，这不仅有出货时间与金钱成本上的压力，要如何发现问题的症结，更是厂商最在意的事。因此，拥有一个值得信赖的验证测试伙伴是一件非常重要的事。 新规线缆总览   USB 3.1 USB 3.1被称为USB 3.0的次世代，拥有高达10Gbps的传输速度，并能向下兼容于2.0与3.0。因为其高速关系，在连接器铁壳上正反两面共加了四个grounding spring，来抑制EMI与RFI的问题。 表一： USB 3.0裸线缆与USB 3.1裸线缆比较   从表一可以看到USB 3.1裸线缆和USB 3.0裸线缆在线材特性阻抗试验（Characteristic Impedance Test）和传递衰减试验（Insertion Loss Test）测项上有明显的差别，显示为更为严格。而不仅是在线缆部分，USB 3.1相关的线缆配件、和连接器的测试规范都较为严谨。   USB Type C 有鉴于Apple的Lightning技术正反两面都可以使用，USB协会也正在开发Type C，尺寸接近于USB 2.0 Micro B，且也计划提供高瓦特数供电传输功能（power delivery）。Type C Receptacle分为Full Featured版本和USB 2.0版本，在Full Featured版为单面12 pin、双面24 pin的设计。2.0版本则将Super speed pairs移除 ，支持正反面连接用。在Type C plug部份只有Full Featured版本，藉由不同的裸线来区别Full Featured 2.0。此外，Type C被视为未来手持装置的充电接口，预计到2016年时，包含现在正使用Lightning接口的Apple采用Type C接口的机会也大大的增加，尤其欧盟正式宣布要统一手机的充电接口，其推波助澜之下，将会增加Type C的普及率。同时，相关厂商也要注意虽然协会没有针对转接头做任何认证的要求及规范，但针对Type C和USB 3.1标准Type A的转接头、Type C和USB 2.0 Micro B的转接头，USB协会后续势必将强制规定要通过认证。 图 一： 左边为Type C至USB 2.0 Micro B转接头；右边为Type C至USB 3.1 Standard A转接头     SAS 4.0 现阶段的SAS支持12Gb/s，预计到2016年会变成24Gb/s，而现有的界面将会改版，会有全新的设计。因为带宽加大的关系，其差分对（Differential Pair）也会加多，从原本的四对变成八对。除了高频特性改变之外，原本的机构特性、环境特性还是会和SAS 3.0一样。协会预计2016年前会正式公布详细规格。   OCuLink 待协会定义完OCuLink的规格之后，期许OCuLink能够支持PCIe Gen 3的8Gb/s、PCIe Gen 4的16Gb/s，且能同时支持光纤版本和铜线版本，并能运用在内部以及外部用途上。协会希望未来PCIe SSD在内部运作时，能透过OCuLink连接Controller Card和系统。   Active Optical Cable (AOC) 号称下一代线缆/连接器的AOC，较铜线轻薄，因为其光纤的特性可以克服铜线的长度限制。AOC并不会因为线缆长度的增加而影响其性能表现（performance），例如：200米的HDMI光纤线缆跟1米的HDMI光纤线缆，其性能表现依旧是一样的。光纤所费比铜线高昂，但是并不是贵在线缆的本身，而是两端的光电组件和IC。 表二： 五种不同高速接口铜线与光纤线缆传输长度比较   由下表三的眼图（Eye Diagram）分析可以看到，铜线会随着线缆长度的增加，出现讯号传输衰竭的现象；而光纤线缆不管是20m或是100m，其性能表现并不会受到影响。然而，即使光纤线缆能够支持长米数应用，协会也看好未来趋势将会取代长米数的铜线线缆外部运用，不过因为光纤现有技术上较不能搭配在系统内部的折弯与挠曲等配置，所以尚无法在内部线上做广泛的运用，所以铜线线缆并不会被完全取代，将与之一起并存在市场之上。 表三： 铜线线缆与光纤线缆的眼图比较   线缆与连接器验证概念 在线缆与连接器质量验证测试上，我们专业测试团队建议五个重点项目： 电气测试 Electrical Test （含高频测试 High Frequency） 机械测试 Mechanical Test 环境测试 Environmental Test 认证与兼容性测试 Compliance Test Service 情境模拟测试 Scenario Test Service 我们以环境测试作为举例：一项产品的效能、稳定度与整体质量可能受到诸多环境因素的影响，像是温度、湿度、高度、机械冲击与震动等等，对许多制造厂商而言，要掌握产品在不同情境下的真实表现与容限更是非常棘手的难题。因此，厂商需要专业的实验室及设备仪器，能够完整重现这些产品在真实世界中可能遭遇的种种状况，并点出问题风险所在。 而上述的五个重点测试项目中，「情境模拟测试」是属于综合其他三种项目的混合型测试。现实环境总是复杂且残酷的，为了要确保厂商的产品质量贴近于真实世界，我们设计了一些情境测试，模拟真实的环境状况，进行电气、机械和环境测试。如图二所示，上山下海的汽车比一般的消费型电子产品更会接触到不同的极端使用环境，因此车机里面的线缆需要接受一系列包含：温度、湿度、高度、震动、机械冲击…等较为严苛的试验，才能忠实呈现在不同使用情境之下时，产品的质量是否能维持效能表现，以免日后产品产生问题会有更高的回收成本与客诉问题。 图二：情境模拟测试─模拟汽车在真实情境的使用状况   不同线缆与连接器有不同的特性，需要完整的高阶测试仪器与环境，诸如端子强度测试仪、线缆摇摆测试器、震荡测试仪、X光测试仪、焊锡性测试仪器、温变冲击试验机、耐压测试仪、蒸气老化与盐水喷洒测试仪等，才能提升测试效率并完整验证产品的质量。 表四： 应用在线缆与连接器的测试仪器一览表   百佳泰的线缆与连接器专业测试中心为USB协会（USB-IF）正式授权的「USB线缆与连接器测试实验室（Cable Assemblies and Connector Labs）」，能提供USB 2.0与USB 3.0、3.1规格版本的线缆与连接器完整相符性认证测试，百佳泰也是HDMI协会认可的HDMI线缆专属测试实验室。除了认证测试之外，亦能针对各式不同技术规格的线缆与连接器如HDMI连接器，以及DisplayPort、MHL、SATA等，提供包括高频讯号、机械特性、电气性能、及环境变化等类别的精密测试与验证。更多相关信息，欢迎洽询百佳泰 service@allion.com ，或在线浏览我们的专业线缆与连接器测试服务内容 http://www.allion.com.cn/cabcon.html 。