시리얼 ATA 규격의 고속 스토리지 설계

Serial ATA는 Gen1(1.5Gb/s), Gen2(3.0Gb/s)등으로 분류한다.

SATA Gen 1i/2i, Gen 1m/2m등이 있는데 i는 1미터 케이블을 사용하는 데스크탑이나 모바일 PC등에
사용되는 SATA를 지칭하며 m은 2미터 케이블을 지원하는 외부 SATA 어플리케이션을 위한 정의이다.
(SATA 국제기구 웹사이트 : http://www.sata-io.org)

몇 가지를 제외하곤 서로 호환이 가능한데 첫째, m에서 신호 감쇠 문제를 해결하기 위해 최소 송신진폭은
늘고 최소 수신진폭은 줄었다는 것과 둘째, EMI나 ESD에서 보호되기위한 케이블과 탈부착을 위한 튼튼한
커넥터(i와 호환불가)이다.

기본적인 SATA의 개념은 여기까지 하고 설계관점에서 기술 해 본다.

Serial ATA신호들은 약 100피코초 정도의 상승시간을 가지고 있어서 짧은 에칭 길이라도 전송선로로
취급해야 한다.
FR4 PCB Serial ATA를 구현하기 위해 따라야 할 레이아웃 규칙에 대하여 알아보도록 한다.

크게 두가지 카테고리로 나눌 수 있다. (1)차동신호설계, (2)임피던스 부정합의 회피.

(1)차동신호 설계
• 차동쌍들은 5mil 이내에서 길이 정합
-> 부정합은 신호차 감소, 비트오율 증가, 동상잡음이 발생 할 것이고 EMI 방사량이 늘어난다.
• 보드 바깥층에서 나란히 지나가게 한다.
-> 마이크로 스트립
• 차동쌍이 다른 레이어에 경로가 지정되어야 한다면 에치 길이는 비아의 양단에서 정합한다.
• 차동쌍의 에치가 기준면과 에치 높이차의 6~10배가 되도록 한다.(10배 선호)
->

• 차동에치를 150mil 이상 떨어뜨리지 말 것.
-> EMI issue
• Serial ATA 차동쌍은 100 ohm의 차동 임피던스를 가져야 한다.
• 동일 레이어에서 다른 신호들로부터 기준면과 에치 높이차 보다 10~15배 이격하여 배치한다.
• 수 기가비트 차동신호 위에 테스트 포인트나 테스트 비아를 만들지 말 것.

(2)임피던스 부정합의 회피
• 최소 에치폭의 높이는 4mil.
• 커패시터 패드에 의한 에치폭의 변화를 최소화 하기위해 0402(1005) 패키지의 10nF을 사용한다.
• 가능하면 단일 레이어에서 배선한다.
-> 레이어 변경이 필요하다면 레이어의 변경에 따라 적절한 반사전류 경로를 보장할 수 있도록 신중해야
    한다.
• 커넥터 임피던스 설계가 선로 임피던스에 정합되는지 확인한다.
• 가능하면 표면 실장부품을 사용한다.

[참고]
Electronic Engineering Times 기고문(March 16~31, 2005)

By steve Yum
Product Marketing Manager
Storage Semiconductors

Glenn L Marks
Principal Engineer
Silicon Image