SATA接口图文详细介绍+图示主板上固态硬盘（SSD）SATA、mSATA、M.2、PCIE接口
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SATA接口图文详细介绍
SATA是Serial ATA的缩写，即串行ATA，其实SATA是接口系列，包括SATA、eSATA（External Serial ATA）、mSATA和M.2(取代mSATA)等多种类型，管脚数量各不相同。
各类SATA接口实物板卡
- SATA：理论最高速度为6 Gbit/s（SATA3.0），实际传输速度在500 MB/s左右。
- eSATA：理论最高速度也为6 Gbit/s，它的传输速度与SATA相同。eSATA接口连接外部存储设备，可以使用更长的线缆，一般支持2米到5米以上的线缆长度。
- mSATA：理论最高速度为6 Gbit/s，通常用于连接固态硬盘（SSD）或者短小轻便的主板设备，实际的传输速度在500 MB/s左右。
- M.2：传输速度最快的一种，可达到32 Gbit/s，也有低速的M.2接口，速度仅为2.5 Gbit/s。M.2接口适用于连接高性能的存储设备，如SSD等。
SATA接口接口分为信号与电源两部分。如图1，SATA物理接口示意图（a）为硬盘设备信号部分连接器，（b）为设备供电部分连机器（c）（d）是分别是电缆部分的信号、电源连接器，（e）是主机部分的电缆连接器，（f）和（g）是电缆与插座连接的示意图。
SATA物理接口示意图
SATA接口定义
SATA接口的信号部分由7根电缆线组成，其中3根地线，可以削弱消除串行电缆间的干扰，另外4根为两两差分的信号线，分别起到发送与接收的作用。电源供电部分共有15根电缆，分别提供3.3V，5V，12V电源。如，电缆管脚分配图。
eSATA数据线
SATA的连接器一般固定在主板或硬盘上，连接时需要打开机箱以便固定连接，而eSATA的连接器通常在机箱外部，不需要打开机箱即可连接。SATA连接器使用的是较短的内部线缆，约不超过1米，而eSATA连接器则使用长度较长的钢丝膜屏蔽信号线，最长可达2米以上。
eSATA接口
mSATA接口原理图--信号定义
mSATA卡
M.2接口是为超极本（Ultrabook）量身定做的新一代接口标准，以取代原来的mSATA接口。无论是更小巧的规格尺寸，还是更高的传输性能，M.2都远胜于mSATA。M.2接口有两种类型：Socket 2（B key——ngff）和Socket 3（M key——nvme），其中Socket2支持SATA、PCI-E X2接口，而如果采用PCI-E ×2接口标准，最大的读取速度可以达到700MB/s，写入也能达到550MB/s。而其中的Socket 3可支持PCI-E ×4接口，理论带宽可达4GB/s。
M.2
M.2接口有B key和M Key，那理所当然对应到SSD上面分别就有B key和M Key，这个很好理解，然而SSD的接口除了B key和M Key之外，还有两个接口都通用的B&M Key，它等于把B key和M Key防呆设计都去掉，所以它能插在B key和M Key上，那目前市面上的M.2 SSD只要走SATA通道的全部都是采用B&M Key，可以兼容B key和M Key插槽，而走PCIe通道的则绝大多数都采用M Key接口，只有少数的是B&M Key，至于单独采用B key的SSD目前还没见过，所以就忽略它吧。
PCB走线注意事项：
高速差分讯号设计规则包括：
SATA讯号的上升时间约为100ps，如此快的上升时间，再加上有限的电信号传输速度，所以即使很短的走线也必须当成传输线来对待，处理不好，将会导致PCB无法工作或者工作起来时好时坏。为保证采用FR4 PCB板的SATA设计能正常工作，必须遵守下面列出的FR4 PCB布局布线规则。这些规则可分为两大类：设计使用差分讯号和避免阻抗不匹配。
1．SATA是高速差分讯号，一个SATA连接包含一个发送讯号对和一个接收讯号对，这些差分讯号的走线长度差别应小于5mil。使差分对的走线长度保持一致非常重要，不匹配的走线长度会减少信号之间的差值，增加误码率，而且还会产生共模噪音，因而增加EMI辐射。差分讯号线对应该在电路板表层并排走线(微带线)，如果差分讯号线对必须在不同的层走线，那么过孔两侧的走线长度必须保持一致。
2．差分讯号线对的走线不能太靠近，建议走线间距是走线相对于参考平面高度的6至10倍(最好是10倍)。
3．为减少EMI，差分对的走线间距不要超过150mil。
4．SATA差分对的差分阻抗必须为100欧姆。
5．为减少串扰，同一层其它讯号与差分讯号线对之间的间距至少为走线相对于参考平面高度的10至15倍。
6．在Gb位元传输速度的差分讯号上不要使用测试点。
避免阻抗不匹配的设计规则包括：
1．注意避免不正确的走线宽度和走线相对于参考平面的高度，走线宽度和走线相对于参考平面的高度决定走线阻抗。
2．保持完整的参考平面。在高速讯号走线两侧，走线相对于参考平面高度10倍距离范围内，参考平面不应被切断或有挖空的区域。
3．采用宽度过窄以致无法可靠蚀刻的走线，经常会导致走线的宽度或高度产生变化，因而产生问题。最小的走线宽度和走线相对于参考平面的高度应为4mil。
4．采用0402封装的10nF电容器，尽量减少走线宽度与电容器焊盘宽度的差别。
5．尽可能在同一层走线，如果一定要改变走线层，则必须保证走线层改变后仍有合适的回流路径。
6．注意避免与线路阻抗不匹配的连接器阻抗设计。Gb位元讯号需要经过特殊设计、与受控阻抗相匹配的连接器。
7．尽可能用表面安装元件来替代穿孔插装元件。使元件接脚长度尽量短，切短过长的接脚应作为PCB制作制程的一部份。
8．尽量保证高速讯号走线与同一层其它走线或电路板组成部份(如板边缘、安装孔等)之间的间距不小于走线相对参考平面高度的10倍。
9．不要在高速讯号走线上放置测试点(小焊盘或过孔)。
10．确保PCB制作过程中不在高速讯号走线相对于参考平面10倍距离内增加取样点(Thieving)。
遵循上述通用规则有助于确保设计获得成功。
图示主板上固态硬盘（SSD）SATA、mSATA、M.2、PCIE接口
相对于HDD（机械硬盘）来说，SSD（固态硬盘）拥有速度快、无噪音、轻便、防震抗摔等优点，而这也让不少人在为旧电脑升级或扩展存储空间时会优先考虑SSD。但在选购的时候，我们会发现SSD有不同的接口。今天便用图示的形式说明主板的固态硬盘SATA、mSATA、M.2、PCIe接口的区别以及M.2接口三种形态与协议。
固态硬盘接口
主板固态硬盘接口
M.2接口的三种形态
M,2接口固态硬盘三种尺寸
M.2接口三种形态分别支持的通道类型
M.2 NVMe协议固态硬盘接口匹配图
