Todo se reduce a la impedancia de las líneas de datos. Básicamente, las líneas tienen una resistencia baja, pero esto es muy diferente de lo que llamamos impedancia en este sentido.
Básicamente, en las frecuencias altas, como las que se utilizan en SATA y USB3.0 (y en realidad en algo más que alrededor de 100 + MHz), las señales eléctricas que viajan por el cable comienzan a comportarse más como ondas electromagnéticas guiadas por el cable ( línea de transmisión). La capacitancia y la inductancia parásitas actúan juntas para formar una impedancia a la señal. Debido a la naturaleza de las ondas, las discontinuidades tienden a causar reflexiones; por ejemplo, si dispara un láser en ángulo en un panel de vidrio, puede ver que el rayo láser se ha reflejado en puntos donde la densidad cambia (como de aire a vidrio). ). En resumen, esto es básicamente lo que sucede con las señales de alta frecuencia (si lo piensas, una señal de 2.5 GHz de USB3.0 es básicamente la misma que la banda de RF utilizada por WiFi).
A medida que una señal de RF en un cable se desplaza a lo largo, si llega a una falta de coincidencia en la impedancia de la línea de transmisión en la que se desplaza, parte de la señal se reflejará hacia la fuente. Esto es muy malo, ya que significa que hay una pérdida de potencia (atenuación de la señal) y puede obtener distorsión debido a los reflejos que rebotan y al cuarto en el cable. Para asegurarnos de que esto no ocurra (o al menos reducir la probabilidad), diseñamos todos los cables, terminaciones, controladores, componentes electrónicos, en ese circuito en particular para que tengan la misma impedancia característica, permitiendo así que la señal pase del controlador al receptor con reflexión mínima.
Para lograr esta impedancia característica, necesitamos dos cosas: primero, la inductancia en el cable y, en segundo lugar, la capacitancia entre el cable y la tierra. Cada una de ellas presenta una impedancia compleja de polaridad opuesta y, por lo tanto, se unen para formar una impedancia real. ¿Qué valor depende de la tecnología, por ejemplo? La impedancia diferencial de 100 ohmios es común y la impedancia de un extremo de 50 ohmios. Como tal, necesita el cable y el suelo para configurar esta impedancia. Ahora no puede simplemente tener un cable de tierra viejo, necesita configurarlo para que los campos eléctricos entre los cables y la tierra resulten en la capacitancia correcta. Además, si tiene una señal diferencial, necesita que tanto la impedancia de cada cable como la impedancia diferencial (entre los dos cables de señal) sean un valor específico.
En un diseño de PCB tienes diferentes tecnologías, pero la predominante se llama "Microstrip". Básicamente, entre el plano de tierra y el PCB, tiene el material de PCB que tiene propiedades dieléctricas que forman la capacitancia requerida. A continuación, selecciona el ancho de la traza para obtener la inductancia correcta para crear la impedancia característica.
Para los cables hay diferentes métodos para hacerlo. Un ejemplo es Co-ax, donde cada cable de señal tiene su propio escudo que actúa como el plano de tierra. Debido a la simetría, es muy fácil calcular la impedancia del cable y diseñar algo con las dimensiones correctas. Sin embargo, el Co-hacha es voluminoso, y es difícil hacer un cable coaxial muy pequeño, especialmente cuando se pasa a señales diferenciales (¡twinax es un dolor!). Así que en lugar de eso, lo que hacen es usar dos cables (a veces en una disposición de par trenzado para un acoplamiento máximo entre los pares) para transportar su señal diferencial. Pero como se ha mencionado en algunas aplicaciones, necesita más, necesita la impedancia característica en el suelo y entre los cables. Así que también necesitas enrutar un plano de tierra para el par. Hay diferentes maneras de hacer esto, pero al final, básicamente, se traduce en la necesidad de que los cables de tierra colocados cuidadosamente actúen como el plano de tierra.
Específicamente, en SATA organizan las bases para ser a cada lado de cada par de señales (se comparte el que está en el medio) y, mediante una planificación cuidadosa, alcanzan la impedancia característica.
Esperemos que el tema sea comprensible, en realidad es un campo bastante complejo y vasto en ingeniería electrónica.
