CN215833905U - 一种sata接口扩展电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种SATA接口扩展电路，包括CPU及其配置模块、上游一路SATA接口、下游五路SATA接口、时钟和复位模块、SPI‑FLASH模块、LED工作指示模块和电源模块，所述的上游一路SATA接口和下游五路SATA接口均通过SATA收发差分对与CPU相连，所述的时钟和复位模块直接连接至CPU相关引脚，为CPU提供必要的时钟及复位信号，所述的电源模块包括电源芯片和电源管理芯片，电源芯片采用的是LDO线性稳压器，所述的LDO线性稳压器可稳定输出3.3V和1.8V的工作电压，为CPU及各个模块提供稳定的电源环境。本新型电路可满足不同类型的SATA设备需求，面对众多SATA接口设备而接口不足的情况下无需额外增加SATA接口，节约投入成本，缩短了项目周期，在SATA接口扩展方面本电路系统具有较高的使用率。
Description
技术领域
本实用新型涉及数据转换及扩展的应用技术领域，尤其是指一种SATA接口扩展电路。
背景技术
SATA是一种电脑总线，主要功能是用作主板和大量存储设备（如硬盘和光盘驱动器）之间的数据传输，具有速度快、热插拔和更强的纠错能力。面对越来越多的SATA接口设备，有时候需要同时接入进行访问和通信，但多数场合因接口不足而导致这些设备无“用武之地”，因此需要将SATA接口进行扩展来满足多种SATA接口设备同时通信的需求。将SATA接口进行扩展，可以很大程度上节省投入的时间和成本，避免因接口不足而无法通信的局面。为保证多路数据传输的可靠性和正确性，让两边的众多设备均能准确无误的进行数据传输，达到访问通信的目的，需要用一款仅需简单配置的CPU来能完成此功能，配置完成后只需上电就可直接运行，以前无法同时使用的SATA设备通过硬件能连接通信，搭建了SATA接口扩展平台，增加了通信效率，弥补了这一方面的不足，具有很大的意义。
实用新型内容
为此，本实用新型所要解决的技术问题在于面对越来越多的SATA接口设备，有时候需要同时接入进行访问和通信，但多数场合因接口不足的问题，从而提供一种SATA接口扩展电路。
为解决上述技术问题，本实用新型的一种SATA接口扩展电路，包括CPU及其配置模块、上游一路SATA接口、下游五路SATA接口、时钟和复位模块、SPI-FLASH模块、LED工作指示模块和电源模块，所述的上游一路SATA接口和下游五路SATA接口均通过SATA收发差分对与CPU相连，所述的时钟和复位模块直接连接至CPU相关引脚，为CPU提供必要的时钟及复位信号，所述的SPI-FLASH模块主要完成对CPU的固件调试及上电后自动将相关数据加载到内部的SRAM中，实现对CPU各个模块重要参数的设置，所述的电源模块包括电源芯片和电源管理芯片，电源芯片采用的是LDO线性稳压器，所述的LDO线性稳压器可稳定输出3.3V和1.8V的工作电压，为CPU及各个模块提供稳定的电源环境。
在本实用新型的一个实施例中，所述的CPU及其配置电路模块中包括CPU及对相关配置引脚的设置，其中采用的CPU型号为88SM9705，支持一路主口和五路从口且最高速度可达6Gbps，具有PHY测试模式以及GPIO和SPI接口，采用25MHz的参考时钟及3.3V、1.8V和1.0V的电源输入。
在本实用新型的一个实施例中，所述的上游一路SATA接口、下游五路SATA接口均为标准的SATA接口，支持速度为1.5Gbps、3Gbps和6Gbps，均具有发送和接收数据线。
在本实用新型的一个实施例中，所述的时钟输入采用25MHz无源晶振，搭配两个18pF电容及1M电阻起振；复位输入采用复位芯片，其型号为MAX809Z；所述的SPI-FLASH型号为MX25L4006E,其容量为4M。
在本实用新型的一个实施例中，所述的LED工作指示模块中的每一个LED对应一路SATA接口。
在本实用新型的一个实施例中，所述电源模块包含三片电源芯片及一片电源管理芯片；电源模块中电源输入接口为5V，电路系统所需的3.3V和1.8V均由LDO线性稳压器的提供，其型号分别为LT1764AEQ-3.3和LT1764AEQ-1.8，另外所需的1.0V由DC-DC电源芯片提供，其型号为EN5330，该芯片输出最大为3A电流，所述的电源管理芯片其型号为88PG8211。
在本实用新型的一个实施例中，所述的CPU及其配置电路模块、上游一路SATA接口、下游五路SATA接口、时钟输入和复位输入、SPI-FLASH模块、LED工作指示模块、电源模块均集成在一块电路板上。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1）、可满足不同类型的SATA设备需求，面对众多SATA接口设备而接口不足的情况下无需额外增加SATA接口，节约投入成本，缩短了项目周期，在SATA接口扩展方面本电路系统具有较高的使用率；
2）、CPU为系统核心，仅需简单配置就能完成数据传输功能，配置完成后只需上电就可直接运行，以前无法同时使用的SATA设备通过硬件能连接通信，搭建了SATA接口扩展平台，增加了通信效率，弥补了这一方面的不足。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是一种SATA接口扩展电路的构架原理图
图2为CPU及其配置电路模块原理图
图3为上游和下游SATA接口原理图
图4为时钟输入和复位输入电路原理图
图5为SPI-FLASH模块原理图
图6为LED工作指示模块原理图
图7为电源模块原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供一种SATA接口扩展电路，包括CPU及其配置电路模块，其特征在于：所述的上游一路SATA接口和下游五路SATA接口均通过SATA收发差分对与CPU相连，所述的时钟和复位模块直接连接至CPU相关引脚，为CPU提供必要的时钟及复位信号，所述的SPI-FLASH模块主要完成对CPU的固件调试及上电后自动将相关数据加载到内部的SRAM中，实现对CPU各个模块重要参数的设置，所述的电源模块包括电源芯片和电源管理芯片，电源芯片采用的是LDO线性稳压器，所述的LDO线性稳压器可稳定输出3.3V和1.8V的工作电压，为CPU及各个模块提供稳定的电源环境。
进一步地，CPU为该扩展电路的核心；其上游和下游均为标准SATA接口，可接硬盘等SATA接口的设备，每一路SATA相互独立；时钟输入采用无源晶振的方式给入CPU；复位输入采用接复位芯片的方式给入CPU，保证复位时间；SPI-FLASH模块主要完成对CPU的固件调试及上电后自动将SPI数据加载到内部的SRAM中，实现对CPU各个模块重要参数的设置；LED的闪烁可明确指示各个SATA接口的工作状态以及GPIO的其它功能显示；电源模块满足电路系统的供电需求，主要由电源芯片和电源管理芯片组成。将上游和下游分别接入SATA设备，通过对相关引脚的配置，完成上游和下游之间的通信，对SATA接口进行扩展，从而实现“一拖五”。相关参数配好后，只需上电整个电路系统可直接运行，使用本电路系统，经软硬件的协同验证，保证设计的可靠性和正确性。
如图2所示CPU及其配置电路原理图，18脚和19脚是串口功能引脚，因内部集成了收发器，因此可直接接出。22-27脚为各个SATA接口指示灯引脚，可接LED显示。43和44脚为时钟管脚，可接25MHz无源晶振。81脚为复位输入引脚，接复位芯片输出脚即可。45和80脚分别为ISET和TESTMODE，这两个引脚均为CPU的配置引脚，因此必须接下拉6.04K和10K电阻。CPU的GPIO0-GPIO4作为可编程功能引出，方便对CPU进行测试。
所述的CPU及其配置电路模块中包括CPU及对相关配置引脚的设置，其中采用的CPU型号为88SM9705，支持一路主口和五路从口且最高速度可达6Gbps，具有PHY测试模式以及GPIO和SPI接口，采用25MHz的参考时钟及3.3V、1.8V和1.0V的电源输入。
所述的上游一路SATA接口、下游五路SATA接口均为标准的SATA接口，支持速度为1.5Gbps、3Gbps和6Gbps，均具有发送和接收数据线。
如图3所示上游和下游SATA接口原理图，其中XS1是上游接口，XS2-XS6是下游5路接口，每一路SATA的接收和发送端须接入封装为0402的10nF电容以避免直流耦合。除接收和发送数据线外其余脚尽量接地，以提高静电保护及避免噪声干扰。
所述的时钟输入采用25MHz无源晶振，搭配两个18pF电容及1M电阻起振；
复位输入采用复位芯片，其型号为MAX809Z，该芯片可延迟大约140mS后进行复位，满足电路需求。
如图4所示时钟输入和复位输入原理图，时钟采用25MHz无源晶振，晶振为标准5*7mm封装。复位芯片MAX809Z的输出脚下拉100K电阻后接入CPU，并串接按键，若复位芯片无法工作时可用按键来控制复位。
所述的SPI-FLASH型号为MX25L4006E,其容量为4M，支持多种工作模式及写保护功能，工作频率可达86MHz且功耗较低。
如图5所示SPI-FLASH模块的原理图，根据CPU手册正确接入CPU，3脚的WP置1，表示可读可写。
所述的LED工作指示模块中的每一个LED对应一路SATA接口，可随时显示该路SATA的工作状态。
如图6所示LED工作指示模块原理图，将CPU引脚接入LED并串联4.7K电阻，另一端接3.3V，通过CPU引脚的电平可显示LED的亮灭。
所述电源模块包含三片电源芯片及一片电源管理芯片；
电源模块中电源输入接口为5V，电路系统所需的3.3V和1.8V均由LDO线性稳压器的提供，其型号分别为LT1764AEQ-3.3和LT1764AEQ-1.8，该类型LDO可输出最大3A电流且纹波小，比较适合该场合。另外所需的1.0V有DC-DC电源芯片提供，其型号为EN5330，该芯片输出最大为3A电流且转换效率高，满足电路系统需求。
所述的电源管理芯片主要功能为控制各类电源的时序，为CPU及外围器件提供稳定的电源环境，其型号为88PG8211，该芯片可将三路电源进行整合及控制，避免因电压不稳而整个电路系统无法正常工作。
如图7所示电源模块的原理图：
输入电压为VCC5V，通过两片LDO转换成+3.3V（LT1764AEQ-3.3，可输出最大电流3A）和+1.8V（LT1764AEQ-1.8，可输出最大电流3A）,分别提供给CPU及其余器件。由于CPU的模拟1.8V众多，因此将+1.8V通过磁珠FB1、FB2和FB3转换成1V8_VAA1、1V8_VAA2_1和1V8_VAA2_2，分别接入CPU各模拟电源引脚。CPU的内核电源1.0V由DC-DC电源芯片EN5330转换而来，输入电压为+3.3V或VCC5V，通过匹配电阻R21和R22来调节输出电压，使用DC-DC转换效率高且功耗较低。
电源管理芯片型号为88PG8211，其封装为QFN20，可有效整合各路电源进行时序控制，为整个电路系统提供稳定的电源环境。将FB1接+1.0V，FB2接+1.8V，这样可使1.0V比1.8V后上电，保证时序的正确性。
本实用新型利用CPU为载体，扩展了SATA接口，通过上游SATA接口将数据信号接入CPU并对CPU相关引脚进行配置，可输出下游5路SATA信号，通过SATA接口可接入其它SATA设备，从而可进行数据的传输、转换和测试。由于稳定的电源环境，所以使用本电路系统，配置完成后只需上电就可直接运行，以前因接口不足而无法接入的SATA设备可以通过硬件上的平台搭建得以实现，增加了通信效率，弥补了这一方面的不足，具有很大的意义。
所述的CPU及其配置电路模块、上游一路SATA接口、下游五路SATA接口、时钟输入和复位输入、SPI-FLASH模块、LED工作指示模块、电源模块均集成在一块电路板上。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种SATA接口扩展电路，包括CPU及其配置模块、上游一路SATA接口、下游五路SATA接口、时钟和复位模块、SPI-FLASH模块、LED工作指示模块和电源模块，其特征在于：所述的上游一路SATA接口和下游五路SATA接口均通过SATA收发差分对与CPU相连，所述的时钟和复位模块直接连接至CPU相关引脚，为CPU提供必要的时钟及复位信号，所述的SPI-FLASH模块主要完成对CPU的固件调试及上电后自动将相关数据加载到内部的SRAM中，实现对CPU各个模块重要参数的设置，所述的电源模块包括电源芯片和电源管理芯片，电源芯片采用的是LDO线性稳压器，所述的LDO线性稳压器可稳定输出3.3V和1.8V的工作电压，为CPU及各个模块提供稳定的电源环境。
2.根据权利要求1所述的一种SATA接口扩展电路，其特征在于：所述的CPU及其配置电路模块中包括CPU及对相关配置引脚的设置，其中采用的CPU型号为88SM9705，支持一路主口和五路从口且最高速度可达6Gbps，具有PHY测试模式以及GPIO和SPI接口，采用25MHz的参考时钟及3.3V、1.8V和1.0V的电源输入。
3.根据权利要求1所述的一种SATA接口扩展电路，其特征在于：所述的上游一路SATA接口、下游五路SATA接口均为标准的SATA接口，支持速度为1.5Gbps、3Gbps和6Gbps，均具有发送和接收数据线。
4.根据权利要求1所述的一种SATA接口扩展电路，其特征在于：所述的时钟输入采用25MHz无源晶振，搭配两个18pF电容及1M电阻起振；复位输入采用复位芯片，其型号为MAX809Z。
5.根据权利要求1所述的一种SATA接口扩展电路，其特征在于：所述的SPI-FLASH型号为MX25L4006E,其容量为4M。
6.根据权利要求1所述的一种SATA接口扩展电路，其特征在于：所述的LED工作指示模块中的每一个LED对应一路SATA接口。
7.根据权利要求1所述的一种SATA接口扩展电路，其特征在于：所述电源模块包含三片电源芯片及一片电源管理芯片；电源模块中电源输入接口为5V，电路系统所需的3.3V和1.8V均由LDO线性稳压器的提供，其型号分别为LT1764AEQ-3.3和LT1764AEQ-1.8，另外所需的1.0V由DC-DC电源芯片提供，其型号为EN5330，该芯片输出最大为3A电流，所述的电源管理芯片其型号为88PG8211。
8.根据权利要求1所述的一种SATA接口扩展电路，其特征在于：所述的CPU及其配置电路模块、上游一路SATA接口、下游五路SATA接口、时钟输入和复位输入、SPI-FLASH模块、LED工作指示模块、电源模块均集成在一块电路板上。
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