PCB設計丨SATA硬件驅動器接口的可制造性問題詳解

SATA接口是硬盤與主機系統(tǒng)間的連接部件，作用是在硬盤緩存和主機內存之間傳輸數(shù)據(jù)。不同的硬盤接口，決定著硬盤與計算機之間的連接速度，在整個系統(tǒng)中，硬盤接口的優(yōu)劣，直接影響著程序運行快慢和系統(tǒng)性能好壞。

SATA接口介紹

SATA（Serial ATA）是串行ATA的縮寫，是一種完全不同于并行ATA的新型硬盤接口類型。

SATA接口使用嵌入式時鐘信號，具備了更強的糾錯能力，與以往相比，其最大的區(qū)別在于能對傳輸指令（不僅僅是數(shù)據(jù)）進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯誤會自動矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

SATA接口一次只會傳送1位數(shù)據(jù)，這樣能減少針腳數(shù)目，使連接電纜數(shù)目變少，效率也會更高；并且SATA的起點更高、發(fā)展?jié)摿Ω螅琒ATA1.0定義的數(shù)據(jù)傳輸率可達150MB/sec，這比目前最快的并行ATA（即ATA/133）所能達到的最高133MB/sec數(shù)據(jù)傳輸率還要高，而目前SATA2.0的數(shù)據(jù)傳輸率已經高達300MB/sec。

SATA接口引腳定義

接地（GND）

SATA接口的接地線是pin1，通常用于將設備的機殼接地，以及為接口提供低電平電壓。

數(shù)據(jù)正（Data+）

SATA接口的數(shù)據(jù)正線是pin2，通常用于傳輸設備的數(shù)據(jù)信號。

數(shù)據(jù)負（Data-）

SATA接口的數(shù)據(jù)負線是pin3，通常用于返回設備的數(shù)據(jù)信號。

值得注意的是

不同的SATA設備之間，引腳的定義是相同的，這使得在不同設備之間的SATA連接成為可能。

同時，SATA接口還支持熱插拔功能，這使得設備可以在不斷電的情況下進行插拔。

另外，對于2.5英寸的筆記本串口硬盤，其+12V腳（即后三腳）通常是懸空的，不能直接連接到電源適配器或電源插板上。

SATA接口PCB設計

差分阻抗

SATA差分對的差分阻抗必須為100歐姆，如果阻抗不匹配，會導致信號傳輸不穩(wěn)定，增加誤碼率。

因此，在PCB設計時，需要通過匹配電路或者設計走線阻抗，來保證差分對的阻抗匹配。

差分線對布線

差分對的走線對布線的要求非常高，需要注意走線的長度、寬度、間距，以及過孔等方面。

在PCB設計中，差分對的走線應該靠近且等長，間距保持在6至10倍的線寬，建議使用微帶線，如果差分對的走線必須在不同的層走線，那么過孔兩側的走線長度必須保持一致，此外，還需要避免差分線對與其它信號過于靠近，以免產生串擾。

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EMI與串擾

由于SATA接口傳輸速度較高，因此會產生EMI（電磁干擾）和串擾，為了減少EMI和串擾，需要注意以下幾點。

差分對的走線間距不能超過150mil；差分對的走線不能太靠近，建議走線間距是走線相對于參考平面高度的6至10倍（最好是10倍）；避免在Gb位傳輸速度的差分訊號上使用測試點；同一層其它訊號與差分訊號線對之間的間距，至少為走線相對于參考平面高度的10至15倍。

電源與地

SATA接口需要穩(wěn)定的電源和地供應。

在PCB設計時，需要為接口提供一個專門的電源層和地層，并保證電源和地的連續(xù)性。

測試點與維修

為了方便測試和維修，需要在接口處設計一些測試點，例如電源測試點、地測試點和信號測試點。

測試點的位置和數(shù)量，應該根據(jù)實際需求來設計，不要影響接口的正常工作。

SATA接口PCB可制造性設計

阻抗線

在制造過程中，阻抗線的公差是+/-10%，普通走線一般是+/-20%，阻抗線要求更加精確，因此阻抗線設計，最好大于普通線最小的制成能力。

引腳孔

SATA接口器件的引腳孔應大小合適，孔徑大插件會松動，孔徑小會導致器件無法插入。

焊盤

SATA接口的PCB焊盤應該大小合適，以方便焊接和維修。

測試

為了方便測試和調試，應該在PCB上預留測試點或測試端口。

華秋DFM軟件對于SATA接口的PCB可制造性，有較好的分析項，可以檢查引腳的孔徑大小、焊盤的大小是否合適、模擬計算阻抗線設計是否合理等，還可以提前預防SATA接口的PCB是否存在可制造性問題。

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審核編輯 黃宇