均衡SATA I/II/III轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器改進(jìn)了eSATA電纜驅(qū)動(dòng)器

SATA已成為筆記本電腦和臺(tái)式電腦中無處不在的硬盤連接。 SATA 有兩種基本形式，內(nèi)部和外部 （eSATA）。兩種形式都使用七根導(dǎo)體電纜，其中兩對(duì)平衡，兩對(duì)之間接地。此外，eSATA 可用于長達(dá) 2 米的線路，并為電纜添加屏蔽。許多筆記本電腦和臺(tái)式計(jì)算機(jī)都有與 eSATA 驅(qū)動(dòng)器一起使用的 eSATA 連接器。當(dāng)前 3.0Gbps 的數(shù)據(jù)速率可以傳輸高達(dá) USB 2.0 驅(qū)動(dòng)器速度的 10 倍。與笨拙的并行電纜不同，SATA 和 eSATA 電纜纖細(xì)而靈活，并且相對(duì)容易處理。

將 eSATA 端口連接到 SATA 連接的挑戰(zhàn)

SATA 和 eSATA 以 3.0Gbps 或 300Mbps 的速度傳輸數(shù)據(jù)。eSATA 信號(hào)通常來自標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部 SATA 端口。該信號(hào)沿印刷電路板傳播并發(fā)送到eSATA連接器。許多主機(jī)沒有驅(qū)動(dòng)功能來適應(yīng)電路板、連接器和電纜的損耗。

MAX4951BE克服了eSATA端口與SATA連接配接的問題。MAX4951BE驅(qū)動(dòng)eSATA電纜，通過均衡增強(qiáng)兩個(gè)方向的信號(hào)。輸入均衡（EQ）和輸出預(yù)加重（PE）都改善了信號(hào)質(zhì)量。電路板走線和電纜均具有低通濾波器特性;典型的電路板或電纜在600MHz時(shí)可能表現(xiàn)出-3dB點(diǎn)。由于電路板或電纜損耗與頻率有關(guān)，因此理想的匹配是補(bǔ)償高頻損耗的器件。使用eSATA，系統(tǒng)必須處理在兩個(gè)方向上移動(dòng)的信號(hào)：一個(gè)信號(hào)從主機(jī)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)設(shè)備，另一個(gè)信號(hào)從存儲(chǔ)設(shè)備返回到主機(jī)。

圖1.典型的 eSATA 到 SATA 設(shè)置。主機(jī)將幾英寸的板或電纜連接到 eSATA 連接器，并將 2 米的 eSATA 電纜連接到硬盤驅(qū)動(dòng)器。

基本配置

圖 1 說明了一個(gè)典型的放置位置。控制器集線器（主機(jī)）距離MAX4951BE幾英寸。主機(jī)將幾英寸的電路板或電纜連接到 eSATA 連接器，然后將 2 米長的 eSATA 電纜連接到硬盤驅(qū)動(dòng)器。來自主機(jī)的信號(hào)可能只通過內(nèi)部規(guī)范;信號(hào)可小至400mVP-P.然后，它從電路板的 3 英寸到 9 英寸移動(dòng)到連接器。有時(shí)，該信號(hào)通過柔性或帶狀連接器連接到電路板，1dB至7dB的損耗并不少見。在這種情況下。a 400mVP-P信號(hào)將不再通過 eSATA 輸出電平要求。此外，高頻滾降將引入相關(guān)抖動(dòng)（DJ).

均衡的重要性

MAX4951BE包含一個(gè)帶輸入均衡功能的限幅放大器。輸入均衡在限幅放大器前面增加了一個(gè)高通濾波器，從而補(bǔ)償?shù)屯V波器對(duì)電路板或電纜的影響。輸出幅度恢復(fù)并恒定，適用于200mV至1600mV的任何信號(hào)。輸出電平固定為 ≤ 600mVP-P，從而克服了任何董事會(huì)損失。圖2A顯示了該器件輸出的眼圖，可輕松滿足400mV≥P-P信號(hào)要求。輸入均衡器有助于消除由電路板低通濾波引起的任何抖動(dòng)。

預(yù)加重 （PE） 的重要性

圖2A中的信號(hào)很容易滿足eSATA要求。如果信號(hào)需要驅(qū)動(dòng)帶狀或柔性電纜或長時(shí)間的 FR-4 運(yùn)行才能到達(dá)連接器，則需要幫助。帶狀和柔性電纜是3.0Gbps的非理想鏈路;它們會(huì)帶來更多的損耗、高頻滾降和抖動(dòng)。MAX4951BE具有可選設(shè)置，用于在輸出端添加PE。PE改善了信號(hào)離開芯片并傳播到連接器后的高頻響應(yīng)。每當(dāng)位從 1 過渡到 0 或從 0 過渡到 1 時(shí)，PE 都會(huì)增加振幅。參見圖 2B。每次出現(xiàn)轉(zhuǎn)換位時(shí)，MAX4951BE在PE使能的情況下為該位提供額外能量。額外的高頻能量有助于克服連接器和電纜/插座組件中的高頻損耗;如果MAX4951BE必須驅(qū)動(dòng)連接器的困難線路，則應(yīng)使用它。設(shè)計(jì)人員可以使用上拉電阻來規(guī)劃引腳 8 和 9 的電路板。如果眼圖中eSATA順應(yīng)點(diǎn)處的眼圖閉合，則添加上拉電阻。如果信號(hào)在插座上顯示大量過沖，則不需要PE，只需移除上拉。MAX4951BE具有內(nèi)部下拉電阻，因此這些引腳不需要電阻接地。對(duì)于返回主機(jī)的信號(hào)，沒有順從點(diǎn)。一個(gè)好的“經(jīng)驗(yàn)法則”是，如果MAX4951BE與主機(jī)之間有>5in，或者信號(hào)必須穿過多個(gè)過孔，則使用PE。圖2B中的“凸起”顯示了過渡位的高頻含量增加。示波器屏幕截圖顯示了驅(qū)動(dòng)長板或電纜的出色性能。

圖 2A.MAX4951BE輸出的眼圖，可輕松滿足= 400mVP-P信號(hào)要求。

圖 2B. 每當(dāng)一個(gè)位從 1 過渡到 0 或從 0 過渡到 1 時(shí)，PE 都會(huì)增加振幅。

抑制帶外 （OOB） 信號(hào)

SATA/eSATA 信號(hào)很復(fù)雜，包含用于初始握手的帶外 （OOB） 信號(hào)。OOB 是 1.5Gbps 突發(fā)，其中包絡(luò)被解釋（圖 3）。MAX4951BE采用快速靜噪系統(tǒng)，在信號(hào)低于要求電平時(shí)移除任何輸出。此功能可確保在輸入端存在噪聲時(shí)輸出不會(huì)被放大。MAX4951BE在信號(hào)<100mV時(shí)抑制P-P，從而符合 SATA 規(guī)范。

圖3.OOB 是 1.5Gbps 突發(fā)。

輸入和輸出端的電容耦合

最終電路板應(yīng)仔細(xì)布局，以匹配器件的50Ω輸入。設(shè)計(jì)人員應(yīng)咨詢電路板供應(yīng)商，以便“堆疊”產(chǎn)生100Ω平衡走線。MAX4951BE必須由主機(jī)側(cè)和驅(qū)動(dòng)側(cè)進(jìn)行電容耦合。如果驅(qū)動(dòng)器和MAX4951BE在輸入和輸出端均使用電容耦合（≤12nf），則沒有問題。如果設(shè)計(jì)人員將MAX4951BE放置在eSATA連接器附近，并且不使用帶狀電纜進(jìn)行連接，則使用PE可能導(dǎo)致系統(tǒng)超出最大幅度的規(guī)格。在這種情況下，用戶應(yīng)移除引腳9上推薦的上拉電阻。

電源管理

功耗是大多數(shù)設(shè)計(jì)的主要問題。MAX4951BE具有兩種省電特性，可單獨(dú)使用或組合使用。

如前所述，該器件包含一個(gè)靜噪器，用于確定是否存在有效的輸入信號(hào)。大約 3/4 的器件電流消耗在輸出級(jí)中。MAX4951BE在沒有有效信號(hào)時(shí)進(jìn)入部分休眠模式，從而降低功耗。當(dāng)沒有SATA活動(dòng)時(shí)，設(shè)備僅消耗≈15mA。SATA 流量不是連續(xù)的，典型的流量模式將平均消耗量降低到峰值消耗量的 ≈50%。

MAX4951BE還具有CAble檢測(cè)（CAD）引腳18，通過300kΩ電阻在內(nèi)部上拉至+3.3V。如果引腳18懸空，則器件功耗<1mA。該引腳實(shí)際上是一個(gè)低使能引腳，如果接地，則允許正常工作。讓該引腳充當(dāng)自動(dòng)關(guān)斷功能非常容易。

自動(dòng)關(guān)斷

SATA/eSATA 連接器包含三個(gè)接地引腳，即引腳 1、4 和 7。要自動(dòng)關(guān)斷，只需將這些引腳之一（例如引腳 1）從地面提起，然后將引腳 18 綁到其上。連接電纜/硬盤時(shí)，示例引腳1將通過引腳4和7接地，從而使能MAX4951BE（圖4）。如果擔(dān)心高頻部分，設(shè)計(jì)人員可以簡單地將一個(gè)5nf電容從引腳1接地，從而將引流接地。當(dāng)沒有連接電纜時(shí)，MAX4951BE的工作電流幾乎為零;插入硬盤后，MAX4951BE工作正常。

如果不需要自動(dòng)關(guān)斷，設(shè)計(jì)人員只需將引腳18接地，器件即可正常工作，仍采用前面描述的低功耗抑制。鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員使用0402焊盤布局電路板，用于引腳18至GND。應(yīng)將 1nf 至 5nf 0402 電容器放置在該位置并進(jìn)行測(cè)試。如果認(rèn)為這種低功耗特性不值得，則只需用0Ω電阻替換電容器即可。

圖4.使用MAX4951BE進(jìn)行自動(dòng)關(guān)斷設(shè)置。

6.0Gbps 數(shù)據(jù)速率和 eSATA 連接

SATA和eSATA的數(shù)據(jù)速率從1.5Gbps發(fā)展到3.0Gbps，最近又發(fā)展到6.0Gbps。SATA規(guī)范的當(dāng)前版本是v.3.0，現(xiàn)在包括內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器的6.0Gbps數(shù)據(jù)速率。該規(guī)范尚未包括eSATA，但是，預(yù)計(jì)將在未來幾個(gè)月內(nèi)對(duì)其進(jìn)行修改以包括eSATA。設(shè)計(jì)人員很難在不使用轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器器件的情況下設(shè)計(jì)出處理此數(shù)據(jù)速率的電路板。Maxim設(shè)計(jì)MAX4951BE的工作速率為6.0Gbps，無需任何修改。在設(shè)計(jì)和鑒定設(shè)備時(shí)，令人欣慰的是，同一設(shè)備可以與下一代硬件一起使用。圖5顯示了MAX4951BE在6.0Gbps信號(hào)下的性能。該設(shè)備睜大眼睛且?guī)缀鯚o抖動(dòng)，可在 6.0 Gbps eSATA 最終確定時(shí)使用。

圖5.MAX4951BE采用6.0Gbps信號(hào)，產(chǎn)生開眼，抖動(dòng)極小，可立即與預(yù)期的eSATA規(guī)格配合使用。

設(shè)計(jì)人員必須考慮設(shè)備與外界接口的魯棒性。eSATA在防止其引腳暴露方面做得很好，但是，存在一個(gè)問題。使用eSATA，不可能簡單地在器件內(nèi)部或外部添加靜電放電（ESD保護(hù)二極管）。即使是1pf二極管也能以3.0Gbps的數(shù)據(jù)速率將100Ω的電抗分流到輸出。Maxim預(yù)測(cè)了eSATA數(shù)據(jù)速度，并增加了高達(dá)±8kV人體模型的內(nèi)部保護(hù)。所有性能規(guī)格都已包含此保護(hù)，以確保設(shè)備的完整性。

結(jié)論

MAX4951BE將SATA主機(jī)與eSATA外部連接相匹配。該器件采用輸入均衡和可選輸出預(yù)加重來克服電路板損耗和感應(yīng)抖動(dòng)。MAX4951BE具有兩種低功耗特性以降低功耗;如果未插入硬盤驅(qū)動(dòng)器，該器件的功耗< 1mA，并且在沒有eSATA流量時(shí)會(huì)降低功耗。

設(shè)計(jì)人員可以使用幾個(gè)電阻作為跳線在原型階段設(shè)置器件，然后決定哪種模式合適。這節(jié)省了調(diào)試代碼和測(cè)試軟件的時(shí)間。最后，該器件非常堅(jiān)固耐用，具有 ±8kV 的 ESD 保護(hù)。它是“面向未來的”，因?yàn)樗捎糜?SATA 3.0 驅(qū)動(dòng)器。為MAX4951BE提供評(píng)估（EV）板;參見MAX4951BEVKIT。評(píng)估板包括SATA連接器和跳線，用于設(shè)置電平，以及使用SMA連接器測(cè)試高頻性能的單獨(dú)部分。

審核編輯：郭婷