2/7 Serial ATA im Detail : Das sind die Vorteile gegenüber Ultra ATA

, 46 Kommentare

Physikalische Probleme

Leider hindern besonders allerlei physikalische Probleme Ultra ATA daran, sich noch in großem Stil weiterzuentwickeln.

Ein Problem der Ultra-ATA-Technik ist etwa, dass sich die ständig vorhandenen Magnetfelder der vielen, parallel angeordneten und somit aneinander angrenzenden Kabeladern aufeinander auswirken und es somit dazu kommen kann, dass eine eventuell daraus resultierende Rauschspannung die Signale mancher Adern beeinflusst. Dieses Phänomen ist auch als „Übersprechen“ oder „Crosstalk“ bekannt. Sowohl bei Serial-ATA- als auch bei Twisted-Pair-Kabeln wird dies so gut wie möglich vermieden, indem die Aderpaare ineinander gedreht werden, damit sich die Magnetfelder gegenseitig auslöschen. Serial-ATA-Kabel bieten des Weiteren zusätzliche Abschirmung sowie entsprechende Masseverbindungen.

Eine andere Schwierigkeit ist, dass die im Rahmen des Übertragungsweges anliegende Spannung unter gewissen Umständen temporär hin- und her reflektiert wird und somit de facto schwankt („Ringing“) - ein in solchen Systemen logischerweise gänzlich unerwünschter Effekt. Auch besteht die Möglichkeit, dass das Taktsignal aufgrund von Übertragungsverzögerungen bereits beim Empfänger abkommen kann, bevor die nötigen Datenwege stabilisiert wurden („Clock Skew“). Die den Empfänger erreichenden Daten werden daraufhin falsch registriert.

Prinzipiell werden diese Probleme bei Serial ATA durch den Einsatz von LVDS (mehr im nächsten Abschnitt) sowie einer seriellen Datenübertragung und somit dem Verschwinden vieler paralleler Adern gelöst.

Low Voltage Differential Signaling

Low Voltage Differential Signaling, kurz LVDS oder zu Deutsch auch eine differenzielle Signalgebung bei niedrigen Spannungen, stellt ebenfalls einen großen Unterschied gegenüber dem Aufbau von Ultra ATA dar. Während bei Ultra ATA nämlich Spannungen von 3,3 Volt beziehungsweise dank Abwärtskompatibilität möglicherweise gar 5 Volt zum Einsatz kommen, genügen bei Serial ATA 250mV.

Bei LVDS wird zwischen positiver und negativer Spannung unterschieden. Folglich muss jedes Signal doppelt übertragen werden. Die Auswertung des eigentlichen Signals seitens des Empfängers wird dann anhand der Differenzspannung der zwei vorhandenen, gegensätzlichen Spannungen getätigt. Nachfolgend eine graphische Darstellung zweier Signale bei LVDS. Im Serial-ATA-Kontext befindet sich hier das Maximum bei +250, das Minimum bei -250mV. Die Zeitspanne von ansteigender bis abfallender Flanke, sprich letztlich dem Übertragungsfenster, beträgt, wie zuvor genannt, 666 Pikosekunden.

Low Voltage Differential Signaling (LVDS)
Low Voltage Differential Signaling (LVDS) (Bild: ipms.fraunhofer.de)

Die Folgen sind eine weitaus geringere Störanfälligkeit des Signals sowie eine insgesamt geringere Leistungsaufnahme: Beträgt Diese bei herkömmlichen ATA-Systemen cirka 1850 PicoJoule pro Byte, liegt der Wert im Rahmen von Serial ATA bei ungefähr 86 PicoJoule/Byte.

Integrierter Takt

Im Gegensatz zu Ultra ATA macht Serial ATA keinen Gebrauch von einem externen Taktgeber zwecks Takt- und Datensynchronisation sondern versieht die eigentlichen Daten mit einem entsprechend Taktsignal. Allerdings bedeutet das dann logischerweise, dass ein Problem auftritt, wenn eine Zeit lang keine Daten übertragen werden, sodass das System als Folge dessen möglicherweise aus dem Takt kommt. Abhilfe schaffen hier in der Praxis Dummy-Signale mit Mustern à la „101010...“, die in solchen Momenten automatisch über den Bus geschickt werden, bis der Datentransfer fortgesetzt wird.

Auf der nächsten Seite: Vorteile bei PCB-Layouts