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。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/f9de6b700253482cba997781770129ee~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1700202116&x-signature=z0%2FP4xjq4A1Y1TNbrXwavDSCsYo%3D

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。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/7733e499b407422aba82d636d277e865~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1700202116&x-signature=xh29XT6FMfZDPh2b3L74TSnLpqo%3D

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。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/6e7091b99e5c4c6fbc6d67e7cdae07c0~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1700202116&x-signature=MABAGWxTxxpbalBAGblPw6%2F1HvA%3D

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。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/cf790340693e47a59af6cc165e796cc1~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1700202116&x-signature=GmG2SNs%2BtW2zlaCTOMIKbIfGh1Y%3D

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。https://p26-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/37e12a9e3c074e21911aeaabcdaba39d~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1700202116&x-signature=kBz0k8%2F38qrF7yIs3givgxbzEBc%3D

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。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/a2543c973af4476998a25543c796ed82~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1700202116&x-signature=W2Go1DI3vo7SegAqRqICDsMp7kw%3D

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。