Распиновка SATA: данные и питание

Распиновка разъёма SATA

Все 22 контакта стоят в один ряд с шагом 1,27 мм, сегменты разделены промежутком с ключами. Каждый сегмент можно подключать отдельно: кабель данных и кабель питания приходят к накопителю разными шнурами, а в корзинах серверов и объединительных платах гнездо стоит одно на оба сегмента.

Сегмент данных: 7 контактов

Каждая пара окружена землями: S1 и S4 вокруг пары A, S4 и S7 вокруг пары B. В пару B провода идут в обратном порядке, сначала B−, потом B+, — так в таблицах всех трёх руководств Seagate.

Кабель данных, по описанию Seagate, — четыре проводника в двух дифференциальных парах и три земли, сечение 30–26 AWG, длина до 1 м; любой его конец можно подключать к накопителю или к хосту. Отсюда наш вывод: кабель прямой, контакт S2 приходит на S2, поэтому у гнезда на материнской плате пара A — передатчик, пара B — приёмник, ровно наоборот, чем у накопителя.

Скорости линии — 1,5, 3,0 и 6,0 Гбит/с: накопитель Exos X16 сообщает, какую из трёх он согласовал с хостом.

Сегмент питания: 15 контактов

На накопителе три контакта каждого напряжения соединены между собой, а все пять земель P4, P5, P6, P10 и P12 — тоже (так требует черновик SATA-IO TP 037). Исключение — накопители с Power Disable: по примечанию к табл. 4 обзора Western Digital WTB02 с SATA 3.3 контакт P3 у них отдельный вход и с P1 и P2 не соединён. Связь земли питания с землёй сигнального сегмента производитель решает сам.

Не все накопители берут все три напряжения. Жёсткий диск Exos X16 питается только от 5 и 12 В, SSD Seagate Nytro XF1230 — только от 5 В: контакты 3,3 и 12 В у него не подключены внутри. Допуски у Exos X16 — 5 В ± 5 % и 12 В ± 10 %, а пусковой ток по линии 12 В — около 2,6 А в пике. Поэтому блок питания на несколько дисков считают по пусковому току двигателей, а не по рабочему.

Цвета проводов в разъёме блока питания

Intel в руководстве по блокам питания ATX (документ 336521, табл. 5-10) называет пять проводов разъёма питания SATA и разрешает собирать его на корпусе Molex 88751 или аналоге:

Проводов пять, а контактов в розетке пятнадцать, и Intel отдельно предупреждает: номера проводов не совпадают с номерами контактов, разводку нужно сверять. Провода — 18 AWG. Оранжевый провод 3,3 В Intel называет необязательным: по примечанию к таблице, в SATA 3.2 линию +3,3 В убрали, но её советуют оставлять ради совместимости. Остальные разъёмы блока питания разобраны в статье о распиновке ATX.

Сколько тока выдерживает разъём

Amphenol FCI в спецификации разъёмов Serial-ATA (GS-12-194) указывает 1,5 А на контакт при напряжении до 30 В. На каждое напряжение в сегменте питания приходится три контакта, отсюда наш расчёт: разъём пропускает до 4,5 А по каждой линии. Это предел контактов, а не всей цепи: провода, их число в шлейфе и защита блока питания ограничивают ток раньше. Гнёзда других производителей проверяйте по их паспорту.

P3: 3,3 В или Power Disable

В SATA 3.1 и раньше контакты P1, P2 и P3 были тремя контактами 3,3 В и на накопителе соединялись вместе. Western Digital в техническом обзоре о функции Power Disable пишет, что SATA 3.3 (опубликована 2 февраля 2016 года) назначила P3 отдельным входом PWDIS. Высокий уровень на нём физически снимает питание с контроллера накопителя — это аппаратный сброс по команде от корзины без извлечения диска. Функцию заимствовали у SAS, где P3 стал входом Power Disable раньше.

Функция необязательная и заложена в плату накопителя, включить её прошивкой нельзя. Western Digital для Ultrastar DC HC510 и HC520 выпускала отдельные номера с PWDIS и без него и советует брать диски без этой функции, если корзина неизвестна. Диск с PWDIS в старой корзине не повреждается, а диск без PWDIS в новой просто игнорирует сигнал P3.

P11: активность и поочерёдная раскрутка

Контакт P11 работает в две стороны. По черновику SATA-IO (SATA30_TPR_D137, разд. 6.7), до установления связи с хостом он служит входом: так хост сообщает, раскручивать ли диск сразу (Disable Staggered Spin-up, DSS). После установления связи P11 становится выходом активности (Device Activity Signal, DAS) для светодиода на объединительной плате. Хост пользуется только одной из двух функций.

• В кабеле питания ответный контакт P11 всегда на земле. Seagate Exos X16 трактует это так: если P11 на земле, отложенная раскрутка не используется и диск стартует сразу.
• Выход активности слаботочный. Seagate прямо пишет для Nytro XF1230: сигнал 0/3,3 В не годится для прямого подключения светодиода, нужен внешний буфер. Western Digital ограничивает уровень на P11 значением 3,3 В.
• В старых накопителях P11 мог быть просто зарезервирован: у Momentus 7200.3 (2008 год) он так и назван.

Горячее подключение и порядок соединения

Контакты разъёма накопителя разной длины. В объединительной плате (blind-mate backplane) по примечаниям Seagate и таблице SATA-IO TP 037 соединение идёт в три ступени:

1. длинные земли P4 и P12;
2. контакты предзаряда P3, P7, P13 и остальные земли, включая S1, S4, S7;
3. сигнальные пары и остальные контакты питания.

Один контакт каждого напряжения — предзарядный: через него конденсаторы накопителя заряжаются чуть раньше, чем сомкнутся основные контакты, и бросок тока меньше. С кабельной розеткой ступеней две, и черновик TP 037 отмечает, что горячее подключение через кабель не поддерживается. После горячего подключения хост должен послать накопителю COMRESET — так написано в руководстве Seagate Momentus 7200.3.

Типичные ошибки

• Перекрестить пары данных на своей плате. Кабель прямой: если у вашего хоста A и B перепутаны, связи не будет. Сверяйте разводку с даташитом контроллера, а не с распиновкой накопителя.
• Подать 3,3 В на P3 диску с PWDIS. Диск не запустится; проверьте модель по документации производителя или запитайте через переходник без 3,3 В.
• Подключить светодиод прямо к P11. Выход рассчитан на логический уровень, ток светодиода может его повредить; нужен транзистор или буфер.
• Считать блок питания по рабочему току дисков. При старте двигатель берёт по 12 В в несколько раз больше: у Exos X16 — до 2,6 А против 0,3 А в покое.
• Ждать горячей замены через кабель. Без корзины с правильным порядком соединения и поддержки в контроллере диск подключают при выключенном питании.