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。