43---SATA电路设计

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SATA电路设计

1、硬盘分类

硬盘按照原理可以分为机械硬盘（HDD）、固态硬盘（SSD）以及混合硬盘（SSHD）三类。

1.1、机械硬盘（HDD）

机械硬盘是传统硬盘，为电脑主要的存储媒介之一。由一个或者多个铝制或者玻璃制成的磁性碟片，磁头，转轴，控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口和缓存等几个部分组成。

磁头：负责读写数据

磁盘：保存写入的数据

主轴：转动盘片，将盘片上的指定位置移动到磁头下

控制电路：控制硬盘的速度，磁头臂的移动、向磁头下发命令等

1.2、固态硬盘(SSD)

固态驱动器（Solid State Drive），俗称固态硬盘，固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘。

1.3、混合硬盘(SSHD)

混合硬盘是机械硬盘与固态硬盘的结合体。

2、固态硬盘(SSD)主要接口

硬盘想要和主板交互数据，传输总线做媒介，数据协议作为沟通，物理接口硬盘接入。

固态硬盘的主要接口分为sata，msata，和M.2三类。

2.1、SATA接口

SATA是Serial ATA的缩写，即串行ATA。它是一种电脑总线，主要功能是用作主板和大量存储设备（如硬盘及光盘驱动器）之间数据传输。

3.5寸台式机硬盘的典型外观尺寸约为147mm（长）*102mm（宽）*26mm（厚）。

2.5寸硬盘尺寸都是一样的，为100*70mm。用在超级本上，厚度为7mm，普通笔记本9.5mm的。

2.2、mSATA接口

mSATA接口，全称迷你版SATA接口（mini-SATA）。

2.3、M.2接口

M.2接口是Intel推出的一种替代mSATA的新的接口规范，也就是经常提到的NGFF，即Next Generation Form Factor。

3、SATA的发展

3.1、SATA的发展史

SATA有三代，SATAⅠ速度为1.5Gb/s，SATAⅡ速度为3.0Gb/s，SATAⅢ速度为6.0Gb/s；

1、SATA1.0 （ SATA 1.5Gbps）

部分较早的仅支持 150MB/s 南桥芯片的主板，在使用 SATA 硬盘时，可能会出现找不到硬盘或蓝屏的情况。

2、SATA2.0 （ SATA 3Gbps）

NCQ（ Native Command Queuing， 原生命令队列）技术，会在接收命令后，对硬盘的指令执行顺序进行优化，排序后的磁头将以高效率的顺序进行寻址，从而避免磁头反复移动带来的损耗，延长硬盘寿命。

3、SATA3.0 （ SATA 6Gbps）（主流）

新的原生命令队列（ NCQ)） 串行指令， NCQ 管理功能。。

版本	带宽	传输速率
SATA1.0	1.5Gb/s	150MB/s
SATA2.0	3.0Gb/s	300MB/s
SATA3.0	6.0Gb/s	600MB/s

3.2、SATA2和SATA3的区别

1、两种接口类型的外观不同

2、两种接口类型的传输速率不同

4、SATA的尺寸图以及信号定义

4.1、SATA接口的尺寸图

4.2、数据接口（7针）定义

针脚	信号	定义
1	GND Ground	接地
2	A+ Transmit	数据发送正极信号接口
3	A- Transmit	数据发送负极信号接口
4	GND Ground	接地
5	B- Receive	数据接收负极信号接口
6	B+ Receive	数据接收正极信号接口
7	GND Ground	接地

4.3、电源接口（15针）定义

1、黄色-直流12V 正极

2、黑色-GND

3、红色-直流5V 正极

4、黑色GND

5、橙色-直流3.3V 正极

5、SATA 硬件设计要点（★）

5.1、AC耦合电容

5.2、Xilinx FPGA的GTx---A7、K7、V7 的高速bank

5.3、其他FPGA

5.4、SATA阻抗

5.5、其他

6、SATA 硬件实战（★）

6.1、K7

6.2、RK3588

7、SATA layout设计要点

7.1、SATA布局规范

1、SATA接口没有具体的定位要求，一般优先放置于板边，以便于插拔。平行或者垂直板边均可。（板内放置也可）

2、AC耦合电容（0402 10nF）靠近连接器摆放。（考虑直连后盘的stub长度）

3、Differential pair 信号上的耦合电容需放置到 SATA conector 端且对称放置。

7.2、SATA布线规范（★）

1、阻抗：100Ω±10%

2、按差分形式布线，对内AC电容两端分段等长2mil，收发无等长要求。

3、SATA3.0信号速率大于5Gbps时，按高速规范设计，伴地孔、圆弧、Stub最短等原则布线。

4、为减少串扰，同一层其它信号与差分信号线对之间的间距至少为走线相对于参考平面高度的6-10倍，一般控制在5W以上。

5、保持有完整的参考平面，确保阻抗的连续性。

6、2对差分远离晶振与clock信号以及电源信号。

7、2对差分与 GND anti-etch 的距离要 >20mils。

8、SATA3.0焊盘及过孔需做挖空扯理，换层处加地过孔。

详细内容参考视频讲解