为什么SATA数据线有3针接地

来自StackExchange电气工程的Tom Carpenter：

这一切都归结为数据线的阻抗。基本上，这些线路具有低电阻，但这与我们在这方面所称的阻抗非常不同。

基本上在 SATA 和 USB3.0 中使用的高频下（实际上实际上超过 100+MHz 左右），沿电缆传输的电信号开始表现得更像是由电缆（传输线）引导的电磁波. 寄生电容和电感共同作用，形成信号阻抗。由于波的性质，不连续性往往会引起反射 - 例如，如果您以一定角度向玻璃板发射激光，您可以看到激光束已在密度变化的点（例如从空气到玻璃）被反射）。简而言之，这基本上就是高频信号所发生的情况（如果您考虑一下，来自 USB3.0 的 2.5GHz 信号基本上与 WiFi 使用的 RF 频段相同）。

当电缆中的射频信号沿其传输时，如果它遇到传输线的阻抗不匹配，则部分信号将反射回信号源。这非常糟糕，因为这意味着功率损失（信号衰减）并且由于反射在电缆中反弹和第四次反弹，您可能会出现失真。为确保不会发生这种情况（或至少降低可能性），我们将特定电路中的所有电缆、终端、驱动器、电子设备设计为具有相同的特性阻抗，从而允许信号从驱动器传输到接收器最小的反射。

为了达到这个特性阻抗，我们需要两件事，首先是电缆中的电感，其次是电缆和地之间的电容。它们各自呈现相反极性的复阻抗，因此聚集在一起形成实阻抗 - 什么值取决于技术，例如 100 欧姆差分阻抗是常见的，而 50 欧姆单端阻抗是常见的。因此，您需要电线和地线来设置此阻抗。现在你不能只拥有任何旧的地线，你需要设置它，以便电缆和地面之间的电场产生正确的电容。此外，如果您有差分信号，则需要每条线的阻抗以及差分阻抗（两条信号线之间）都为特定值。

在 PCB 布局中，您有不同的技术，但主要的技术称为“微带”。基本上在接地层和 PCB 之间，PCB 材料具有介电特性，从而形成所需的电容。然后，您选择走线的宽度以获得正确的电感来创建您的特性阻抗。

对于电缆，有不同的方法。一个例子是同轴电缆，其中每条信号线都有自己的屏蔽层，用作接地层。由于对称性，很容易计算出电缆的阻抗并设计具有正确尺寸的东西。然而，同轴电缆体积庞大，而且很难制作非常小的同轴电缆，尤其是当您使用差分信号时（双同轴电缆很痛苦！）。因此，他们所做的是使用两条电缆（有时采用双绞线布置，以实现双绞线之间的最大耦合）来传输您的差分信号。但正如在某些应用中提到的，您需要更多，您需要对地以及电缆之间的特性阻抗。因此，您还需要为该对布线一个接地层。有不同的方法可以做到这一点，

特别是在 SATA 中，它们将接地安排在每个信号对的任一侧（中间的一个是共享的），并且通过仔细规划，它们达到了特性阻抗。

希望关于是可以理解的，它实际上是电子工程中一个相当复杂和广阔的领域。