Dati PCB - USB2.0 chiave di cablaggio PCB ed esperienza

USB è un genere di trasmissione sincrona veloce, bidirezionale, economica e conveniente interfaccia seriale hot plug. I dispositivi USB sono ampiamente utilizzati a causa dei loro vantaggi come la trasmissione veloce dei dati, l'interfaccia conveniente e il supporto hot plug. Attualmente, la maggior parte dei prodotti sul mercato utilizza USB2.0 come interfaccia, ma molti principianti hardware incontrano molti problemi nelle applicazioni USB. Spesso, dopo l'assemblaggio PCB, le interfacce USB hanno vari problemi, come la comunicazione instabile o l'incapacità di comunicare. Controllare lo schema schematico e la saldatura sono tutti OK. Forse è necessario sospettare che il design del PCB sia irragionevole in questo momento. Disegnare PCB che soddisfano i requisiti di trasmissione dati USB2.0 gioca un ruolo importante nelle prestazioni e nell'affidabilità del prodotto.

Il protocollo USB definisce che due linee di segnale differenziale (D+, D -) trasmettono segnali digitali. Se il dispositivo USB deve funzionare stabilmente, le linee di segnale differenziale devono essere posate e cablate in stretta conformità con le regole del segnale differenziale. Sulla base degli anni di esperienza dell'autore nella progettazione e messa in servizio di prodotti correlati USB, vengono riassunti i seguenti punti:

1. Durante il layout dei componenti, cercare di rendere la linea differenziale il più breve possibile per accorciare la distanza di routing della linea differenziale

2. Dare priorità al disegno di linee differenziali, e cercare di non avere più di due paia di vie su una coppia di linee differenziali (vie aumenterà l'induttanza parassitaria della linea, influenzando così l'integrità del segnale della linea), e posizionarle simmetricamente

3. Il cablaggio parallelo simmetrico può garantire l'accoppiamento stretto di due fili ed evitare 90 ° cablaggio. Arco o 45 ° cablaggio è un buon modo

4. disposizione della capacità differenziale della resistenza di connessione di serie, del punto di prova e della resistenza su e giù

5. A causa di fattori quali distribuzione del perno, vias e spazio di routing, la lunghezza differenziale della linea è facile da essere disadattata. Una volta che la lunghezza della linea è disadattata, la tempistica si sposterà e verranno introdotte interferenze in modalità comune per ridurre la qualità del segnale. Pertanto, è necessario compensare il disallineamento delle coppie differenziali per far corrispondere la lunghezza della linea. La differenza di lunghezza è solitamente controllata entro 5mil. Il principio di compensazione è quando la differenza di lunghezza è compensata

6. Per ridurre il crosstalk, se lo spazio lo consente, la distanza tra le altre reti di segnale e la linea differenziale di terra deve essere di almeno 20 mil (20 mil è un valore empirico). Se la distanza tra il terreno e la linea differenziale è troppo vicina, l'impedenza della linea differenziale sarà influenzata

7. La corrente di uscita di USB è 500mA. Prestare attenzione alla larghezza della linea di VBUS e GND. Se viene utilizzato un foglio di rame 1Oz, la larghezza della linea maggiore di 20mil può soddisfare i requisiti di trasporto attuali. Naturalmente, più ampia è la larghezza della linea, migliore è l'integrità dell'alimentazione elettrica.

La larghezza di linea e la spaziatura di linea del segnale di linea differenziale del dispositivo USB ordinario dovrebbero essere coerenti con quella di tutta la scheda. Tuttavia, quando la velocità di lavoro del dispositivo USB è di 480 Mbit/s, non è sufficiente fare quanto sopra. Dobbiamo anche controllare l'impedenza del segnale differenziale. Il controllo dell'impedenza della linea di segnale differenziale è molto importante per l'integrità dei segnali digitali ad alta velocità, perché l'impedenza differenziale influenza il diagramma oculare, la larghezza di banda del segnale, il jitter del segnale e la tensione di interferenza della linea di segnale differenziale. L'impedenza differenziale della linea è generalmente controllata a 90 (± 10%) ohm (fare riferimento al manuale del chip per valori specifici). L'impedenza differenziale della linea è inversamente proporzionale alla larghezza della linea W1, W2, T1, alla costante dielettrica Er1, alla spaziatura S1 e alla distanza H1 dello strato di riferimento. La figura seguente mostra la vista sezionale della linea differenziale.

La figura seguente mostra lo stack di riferimento della scheda a quattro strati. I due strati centrali sono i livelli di riferimento. I livelli di riferimento sono generalmente GND o Power. Gli strati di riferimento corrispondenti alle linee di differenza devono essere completi e non possono essere divisi, altrimenti l'impedenza delle linee di differenza sarà discontinua. Se la scheda a quattro strati è progettata laminando come mostrato nella Figura 2, la larghezza di linea di differenza di 4.5mil e la distanza di linea di 5.5mil possono soddisfare l'impedenza differenziale di 90 Ω. Tuttavia, la larghezza di linea di 4.5mil e la spaziatura di linea di 5.5mil sono solo i nostri valori teorici di progettazione. Infine, il produttore di circuiti stampati apporterà le opportune regolazioni alla larghezza della linea e alla distanza dallo strato di riferimento in base al valore di impedenza richiesto e in combinazione con la situazione effettiva di produzione e la piastra.

Le regole di cablaggio descritte sopra si basano su dispositivi USB2.0. Nel processo di cablaggio USB, dovremmo afferrare la più breve, strettamente accoppiata, lunghezza uguale e impedenza costante della linea differenziale e prestare attenzione alla capacità di carico corrente della linea di alimentazione USB. Fondamentalmente non è un problema padroneggiare i principi di cui sopra quando i dispositivi USB funzionano.