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本文介绍SATA的新特性及其新应用模型，包括使用第一i/2i世代和第一m/2m世代SATA固态层标准、外部SATA特性和码头复用器的连接模式。作者详细分析了SATA设计上的课题，以及避免高速差分信号和阻抗失配PCB设计规则。
作为pC、服务器以及消费电子产品中重要的硬盘驱动器接口，串行ATASATA迅速发展，越来越盛行。随着基于盘的存储在所有电子市场领域越来越重要，系统设计工程师需要知道采用第一代SATA（1.5Gbps）和第二代SATA（3.0Gbps）协议的产品设计中的独特课题。此外，系统设计工程师需要理解具有更宽和更强大功能的新SATA特性，而不是简单地代替平行ATA。充分利用这些新特性，克服设计中存在的障碍对于成功发售采用SATA接口的产品来说是非常重要的。
PCB设计课题和建议
复杂化PCB布局布线设计对于保证（SATA等）高速信号的正常动作是重要的。由于第一代和第二代SATA的速度分别达到1.5Gbps和3.0Gbps，所以铜箔蚀刻线布局的微小改变对电路性能有很大影响。SATA信号的上升时间约为100ps，由于增加了限定于这样的上升时间的电信号的传输速度，所以即使是短的走线也必须作为传输线来处理。因为这些走线的电压上升（或下降）很大。
高频效果的处理不顺利的话，PCB不能动作，动作的时候好也坏。FR4为了确保使用了PCB板的SATA设计能够正常工作，必须遵守以下所示的FR4PCB布局布线规则。这些规则被分类为差分信号的设计使用和阻抗的不匹配的避免。
高速差分信号设计规则包含以下内容。
图1:4个SATA硬盘驱动器的码头复用器
1.SATA是高速差分信号，一个SATA连接包含一个发送信号对和一个接收信号对，这些差分信号的走线长度之差应该小于5ml。差分使一对的线长一致非常重要，不匹配的线长减少信号间的差，增加误码率，产生共模噪声，从而增加EMI辐射。差分信号线对应排列在电路基板表层上进行配线微带线，差分信号线对必须在不同层进行配线时，大修两侧的配线长度必须一致。
2.差分请不要太靠近信号线对的走线。走线距离为基准平面高度的走线6？建议是10倍（最好是10倍）。
3.为了减少EMI，请不要超过差分对的走线间隔150mil。
4.SATA差分对的差分阻抗必须是100欧姆。
5.为了减少串扰，同一层的其他信号对差分信号线之间的间隔至少为10个基准平面的缠绕线高度？是15倍。
6.Gb位元请不要在传输速度的差分信号中使用测试点。
避免阻抗失配的设计规则有以下几种。
1.注意不要根据不适当的走线宽度和相对于基准平面的走线高度、相对于基准平面的走线宽度和走线高度来决定走线阻抗。
2.保持完整的参考平面。在高速信号的行驶线两侧，在基准平面高度10倍的范围内，没有基准平面被切断或被挖掘的区域。
3.如果采用宽度过窄无法切实蚀刻的走线，则走线的宽度和高度会发生变化，从而产生问题。最小的走线宽度和走线相对于基准平面的高度应为4mil。
4.0402采用封装10nF电容器，尽量减少布线宽度和电容器垫宽度之差。
5.尽量在同一层进行走线，必须变更走线层的情况下，在走线层变更后也必须保证有适当的回流路径。
6.注意连接器阻抗设计与线路阻抗不匹配。Gb位元信号需要适合于所控制的阻抗的特殊设计的连接器。
7.尽量使用表面实现元件来代替穿孔插入元件。尽量缩短元件销的长度，将过长的销剪短应该是PCB制作过程的一部分。
8.尽可能保证与高速信号走线同一层的其他走线或电路基板的构成部分（例如板缘、安装孔等）之间的间隔是基准平面的高度的10倍以上。
9.请勿在高速信号线上放置测试点（小垫或孔）。
10.PCB确认在制作过程中，采样点（Thieving）不相对于基准平面以高速信号的10倍的距离增加。
遵守上述一般规则有助于保证设计成功。
SATA的新特性和使用模型
虽然已经描述了上述SATA应用的PCB设计方法，但是将描述最新的SATA特性和这些特性的新使用模型。
1.第1i/2i世代及第1m/2m世代SATA固体层规格及外部SATAi
到目前为止，关于第1代SATA的实层（pHY）速度（1.5Gbps）和第2代SATA的实层速度（3.0Gbps）的讨论很多，但是关于实层标准中的ldquo，irdquo；和ldquo；mrdquo;一部分不关心。
第一代和第二代串行ATA的ldquo；irdquo;表示适用于桌面和动作pC的2代SATA的速度，分别是1.5Gbps和3.0Gbps。SATA在1.0a标准中定义的1米电缆和连接器适用于两个速度，大部分SATA半导体元件是针对第一代或第二代标准而设计的。
很多人不知道有针对外部SATA应用定义支持2米电缆的第1代和第2代SATA标准。从设计的角度来看，第一个m/2m世代的应用程序符合第一个i/2i世代的规范，但略有不同。为了适应这种应用中的信号衰减的增加，它们提高最小发射信号电平振幅并降低最小接收振幅。为了实现外部ATA应用，主控制器必须符合第1代或第2代SATA。Silicon Image公司的SATA晶片设计考虑外部SATA应用，所有晶片包括能够满足第一代和/或第二代标准要求的实体层技术。
2.外部SATA
SATA国际组织的网站（http://www.SATA-io.org）下载规格。另外，符合第1m/2m世代标准的外部SATA电缆及连接器与母板及内部硬盘驱动器用的内部SATA连接器不同。外部应用用的电缆及连接器由电磁干扰EMI及静电释放ESD保护，需要足够牢固，能够承受大量的插入/拔出作业。因此，外部SATA连接器被意图设计成不适合内部SATA连接器，以使得在外部应用中使用者不错误使用不屏蔽的内部SATA电缆。
这样的外部ATA电缆和连接器意味着SATA硬盘驱动器能够直接用于外部应用。一般来说，平行ATA被认为是底盘内部接口，作为平行ATA的后继者，许多使用者SATA也希望是底盘内部接口，如果需要外部存储，则也可以采用USB、Firewire/1394或SCSI等其他接口。
图2:连接一个主机的四个端口复用器的连接示意图
然而，如果使用采用了第一代（1.5Gbps）或第二代（3.0Gbps）的固体层适合解决方案的外部SATA电缆和连接器，则实现了比USB（480Mbps）或Firewire（400Mbps）更快的外部存储。现在，使用者定期备份80GB的硬盘，将数个千兆位文件复制到外部硬盘并不少见，接口速度成为这样的应用的瓶颈。SATA是当前一般使用者能够使用的成本效率最好的高速接口技术之一。
3.码头工装
码头复用器（PM、port multiplier）是活动主机连接到多个设备并进行通信的设备。将其视为简单的多路复用器，并将活动主机的连接重新用于多个设备连接。虽然码头复用器仅支持一个活动的主机连接，但是扩展设计以支持最大15个设备连接，并且可以利用主机连接的总频率宽度。
第2代SATA规格的速度是3.0Gbps，相当于约300Mbps的吞吐量。按顺序读写数据的话，SATA硬盘驱动器现在大约是50？能够支持60Mbps的吞吐量能力。因此，利用速度3.0Gbps的第二代SATA接口的最有效的方法是允许多个设备共享由同一电缆提供的频率宽度。
为了正常地执行这样的操作，需要支持端口复用器标准的主机控制器和用作多个设备重用器的端口复用器。在所有类型的消息箱信息结构（FIS中，码头复用器使用4比特，即所谓的PM埠字段来路由主机与相应设备之间的FIS。PM埠使用字段，码头复用器可以将FIS从一主机最多路由到15SATA设备。在从主机侧到设备侧FIS的情况下，PM埠字段被设置为主机FIS路由的最终设备的端口地址。对于从设备侧到主机侧的FIS字段，PM埠字段由码头复用器设置到发送FIS设备的端口地址。主机必须具有用于设置所有FIS的PM埠字段的机制，以允许连接到码头复用器的所有设备使用。
在图1中，4个SATA硬盘驱动器连接到同一端口复用器，通过Silicon Image公司的测试，当主机同时访问所有4个硬盘时，可以获得超过220Mbps的顺序读写速度。
在图2中，Silicon Image公司的SiI3124？2PCI支持一个端口复用器（例如，X到SATA II主控制器的控制器经由四个端口复用器连接到16个硬盘驱动器。Silicon Image公司服务器或NAS报头的单个PCI？示出了通过X槽直接连接16个硬盘的简单且成本效率高的方法。在使用了这样的SATA协议连接SATA硬盘驱动器的直接连接存储方式中，能够尽可能低价格提供对利用者容易利用的高速存储。
正文摘要
SATA采用接口设计，要求开发团队的每个成员都有新的想法。为了设计创新的应用，产品设计师和架构必须理解SATA的功能特性。设计工程师必须知道Gb位元在进行串行接口设计时遵从设计规则是很重要的。设计工程师必须经历弯弯曲曲的学习过程，但最终的结果会带来令人振奋的新应用。这些应用程序广泛应用于数据中心、办公室和家庭，以便于存储和提高成本效率。
