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PCB设计丨SATA硬件驱动器接口的可制造性问题详解

PCB学习酱 来源:PCB学习酱 作者:PCB学习酱 2023-10-09 17:52 次阅读

SATA接口是硬盘与主机系统间的连接部件,作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口,决定着硬盘与计算机之间的连接速度,在整个系统中,硬盘接口的优劣,直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。

一、SATA接口介绍

SATA(Serial ATA)是串行ATA的缩写,是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型。

SATA接口使用嵌入式时钟信号,具备了更强的纠错能力,与以往相比,其最大的区别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检查,如果发现错误会自动矫正,这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。

SATA接口一次只会传送1位数据,这样能减少针脚数目,使连接电缆数目变少,效率也会更高;并且SATA的起点更高、发展潜力更大,SATA1.0定义的数据传输率可达150MB/sec,这比目前最快的并行ATA(即ATA/133)所能达到的最高133MB/sec数据传输率还要高,而目前SATA2.0的数据传输率已经高达300MB/sec。

二、SATA接口引脚定义

1、接地(GND)

SATA接口的接地线是pin1,通常用于将设备的机壳接地,以及为接口提供低电平电压。

2、数据正(Data+)

SATA接口的数据正线是pin2,通常用于传输设备的数据信号和供电

3、数据负(Data-)

SATA接口的数据负线是pin3,通常用于返回设备的数据信号和供电。

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● 值得注意的是

不同的SATA设备之间,引脚的定义是相同的,这使得在不同设备之间的SATA连接成为可能。

同时,SATA接口还支持热插拔功能,这使得设备可以在不断电的情况下进行插拔。

另外,对于2.5英寸的笔记本串口硬盘,其+12V脚(即后三脚)通常是悬空的,不能直接连接到电源适配器或电源插板上。

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三、SATA接口PCB设计

1、差分阻抗

SATA差分对的差分阻抗必须为100欧姆,如果阻抗不匹配,会导致信号传输不稳定,增加误码率。

因此,在PCB设计时,需要通过匹配电路或者设计走线阻抗,来保证差分对的阻抗匹配。

2、差分线对于布线

差分对的走线对布线的要求非常高,需要注意走线的长度、宽度、间距,以及过孔等方面。

在PCB设计中,差分对的走线应该靠近且等长,间距保持在6至10倍的线宽,建议使用微带线,如果差分对的走线必须在不同的层走线,那么过孔两侧的走线长度必须保持一致,此外,还需要避免差分线对与其它信号过于靠近,以免产生串扰。

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3、EMI与串扰

由于SATA接口传输速度较高,因此会产生EMI(电磁干扰)和串扰,为了减少EMI和串扰,需要注意以下几点。

差分对的走线间距不能超过150mil;差分对的走线不能太靠近,建议走线间距是走线相对于参考平面高度的6至10倍(最好是10倍);避免在Gb位传输速度的差分讯号上使用测试点;同一层其它讯号与差分讯号线对之间的间距,至少为走线相对于参考平面高度的10至15倍。

4、电源与地

SATA接口需要稳定的电源和地供应。

在PCB设计时,需要为接口提供一个专门的电源层和地层,并保证电源和地的连续性。

5、测试点与维修

为了方便测试和维修,需要在接口处设计一些测试点,例如电源测试点、地测试点和信号测试点。

测试点的位置和数量,应该根据实际需求来设计,不要影响接口的正常工作。

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四、SATA接口PCB可制造性设计

1、阻抗线

在制造过程中,阻抗线的公差是+/-10%,普通走线一般是+/-20%,阻抗线要求更加精确,因此阻抗线设计,最好大于普通线最小的制成能力。

2、引脚孔

SATA接口器件的引脚孔应大小合适,孔径大插件会松动,孔径小会导致器件无法插入。

3、焊盘

SATA接口的PCB焊盘应该大小合适,以方便焊接和维修。

4、测试

为了方便测试和调试,应该在PCB上预留测试点或测试端口。

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