【华秋DFM】PCB设计丨SATA硬件驱动器接口的可制造性问题详解

 

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。

 

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。

 

SATA接口引脚定义

 

   

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。

   

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。

   

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。

 

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。

 

SATA接口PCB设计

 

   

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。

   

差分线对布线

 

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。

   

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。

   

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。

   

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。

 

SATA接口PCB可制造性设计

 

   

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。

   

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。

   

焊盘

 

SATA接口的PCB焊盘应该大小合适，以方便焊接和维修。

   

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。

 

华秋DFM软件对于SATA接口的PCB可制造性，有较好的分析项，可以检查引脚的孔径大小、焊盘的大小是否合适、模拟计算阻抗线设计是否合理等，还可以提前预防SATA接口的PCB是否存在可制造性问题。

 

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