使用MAX4951 SATA双向转接器驱动eSATA电缆

2012-01-30 16:26:54来源: 互联网
SATA和以前的数据传输协议在笔记本电脑和台式计算机中,串行ATA (SATA)硬盘驱动器几乎完全替代了并行ATA (PATA)硬盘驱动器,甚至还用在了某些服务器中。SATA电缆/插座只有7条数据线(图1),而PATA含有40条数据线。SATA电缆非常灵活,不需要进行跳接器设置。内部SATA电缆长达1m,而PATA电缆只有18in长。


图1. PCB上的SATA连接器

SATA I串行数据流的数据传输速率为150MB/s,并行传输最大速率为133MB/s;SATA II传输速率可以达到300MB/s。SATA最初只是简单地用于替代笨拙的带状连接器,只需要驱动1m长的电缆。开发了名为增强SATA (eSATA)的新标准来驱动笔记本电脑/台式计算机外部硬盘信号,驱动长度达到2m。SATA/eSATA信号类似标准LVDS,在一对100Ω平衡传输线上进行交流耦合。信号电平通常为±500mVP-P。1.5Gbps SATA的应用非常成功,SATA/eSATA很快发展到3.0Gbps,并且还进行了其他改进。

eSATA

eSATA是SATA的扩展。eSATA用于带有外部硬盘驱动器的笔记本电脑/台式计算机,支持2m长的电缆传输。使用eSATA,计算机很容易访问1千兆字节(1TB)甚至更多的外部数据,速度和内部驱动器一样快。由于电缆长度可能长于SATA电缆,因此,eSATA电缆要比SATA需要更强的信号驱动能力。eSATA连接器与SATA连接器略有不同,彼此不能互换。图2所示为SATA和eSATA的电缆端头。两个电缆端头看起来相似,但是SATA电缆端头有一个槽口。


图2. SATA和eSATA电缆连接器

采用eSATA后,eSATA有两条数据链路,比USB 2.0快出很多倍,系统总性能实际上与内部驱动器相同。

设计人员面临一个两难问题:一方面他们需要客户提供必须的eSATA端口,另一方面,他们首先要确定SATA控制器在母板上的位置,使其能够与设计整体达到最佳匹配。由于电路板限制,而且需要把eSATA连接器放在最容易连接的地方,设计人员不得不跨过电路板进行布线。考虑到连接器的损耗,信号可能达不到eSATA信号电平要求。

MAX4951满足了eSATA的要求

MAX4951 SATA双向转接器的推出有助于解决电路板/电缆损耗问题,完全满足eSATA的驱动要求。MAX4951最合适的位置是靠近eSATA连接器放置。该器件非常小(只有4mm x 4mm),只需3.3V供电,其面向北桥的输入可承受6dB损耗,而且还很容易提供足够的输出以驱动eSATA电缆。

MAX4951含有两个限幅差分放大器,输入和输出都有内部50Ω终端匹配。每个放大器的输出级都可以由2个比特单独进行控制,通常在电路板设计阶段来设置这两个比特。如果电路板驱动eSATA,那么,比特1 (B1)应设置为高电平;如果MAX4951小于6in (< 0.15m),那么,比特0 (B0)应浮空,如果距离≥ 6in,则应设置为高电平。出于设计目的,设计人员可能希望在3.3V至B0之间放置一个1kΩ电阻,如果不需要,则不用安装。

OOB管理

带外(OOB)信号直接在MAX4951中进行处理。OOB信号是特殊的低数据速率命令,主机和驱动器需要利用这一信号进行通信或“握手”。在1.5Gpbs数据速率时,OOB信号由一系列突发构成。可以认为这些突发是其输出通过一个开关的波形(图3)。开关允许多个周期的1.5Gbps信号通过,主机/驱动器对这些突发周期进行解码,完成通信。MAX4951专门针对管理OOB信号提供压制电路。图3所示为突发信号波形—有很多突发周期,每一周期后面是“无信号”时间。


图3. OOB信号

转接器要在SATA/eSATA环境中正常工作,器件必须能够抑制或者“压制”低于100mV的所有信号。没有压制功能时,转接器会放大系统中的所有噪声,从而损失OOB信号。使用MAX4951后,设计人员不需要针对OOB信号管理来进行任何特殊的工作—该信号直接通过MAX4951,所有噪声都被压制,防止噪声干扰OOB信号。

接收灵敏度管理

设计人员应按照在电路板上产生100Ω平衡走线的规则来布板—布板软件对此提供支持。主机和驱动器侧都应该对MAX4951进行电容耦合。输入信号电平应≥ 200mVP-P。输出电平可以设置为600mVP-P或者900mVP-P。

图4所示为MAX4951工作在3.0Gbps以及输入只有200mVP-P时的眼图。通过用户引脚来选择输出。MAX4951提供双向信号支持,在每一方向上,通过连接引脚来选择其输出电平。


图4. MAX4951工作在3.0Gbps以及输入只有200mVP-P时的眼图

输出电平是900mVP-P,而输入只有200mVP-P。在SATA 600mVP-P限制下,眼图几乎相同。输入即使只有200mVP-P,输出看起来也非常干净。

设计实例

图5中的原理图是笔记本电脑或者台式计算机应用中eSATA 转接器的完整电路。该设计将SATA提升到eSATA电平。采用MAX4951之后,其引脚布局不需要跨过任何导线。这一设计可以用作MAX4951评估套件(EV kit)的基础。


图5. 笔记本电脑/台式计算机设计采用了MAX4951将SATA信号提升到eSATA电平

关键字:MAX4951  SATA  双向  转接器  驱动  eSATA

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0130/article_13987.html
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