PCB部落格 - USB2.0 PCB佈線關鍵和經驗

USB是一種快速, 雙向的，雙向的, 同步變速器, 廉價方便的熱插拔序列介面. USB設備由於其快速資料傳輸等優點而被廣泛使用, 方便的介面, 和熱插拔支持. 現時, 市場上的大多數產品使用USB2.0作為介面, 但是許多硬體新手在USB應用中遇到許多問題. 經常, 之後 PCB組件, USB介面有各種問題, 例如通信不穩定或無法通信. 檢查原理圖和焊接是否正常. 也許有必要懷疑 PCB設計 現在是不合理的. 繪製符合USB2的PCB.0資料傳輸要求對產品效能和可靠性起著重要作用.

USB協定定義了兩條差分訊號線（D+、D-）傳輸數位信號。 如果USB設備要穩定工作，必須嚴格按照差分訊號規則鋪設和佈線差分訊號線。 根據作者多年的USB相關產品設計和調試經驗，總結如下幾點：

1.在部件佈局過程中，儘量使差動線盡可能短，以縮短差動線佈線距離

2.優先繪製差分線，一對差分線上儘量不要有兩對以上的通孔（通孔會新增線路的寄生電感，從而影響線路的信號完整性），並對稱放置

3.對稱平行佈線可確保兩條線緊密耦合，避免90°佈線。 弧形或45°佈線是一種好方法

4.差動串聯電阻電容、測試點和上下電阻的佈置

5.由於引脚分佈、通孔和佈線空間等因素，差分線路長度容易不匹配。 一旦線路長度不匹配，定時就會偏移，並且會引入共模干擾以降低訊號質量。 囙此，有必要補償差分對的失配，以使線路長度匹配。 長度差通常控制在5mil以內。 補償原則是補償長度差

6.為了减少串擾，如果空間允許，其他訊號網絡與接地差動線路之間的距離應至少為20mil（20mil為經驗值）。 如果接地和差動線路之間的距離太近，差動線路的阻抗將受到影響

7.USB的輸出電流為500mA。 注意VBUS和GND的線寬。 如果使用1Oz銅箔，大於20mil的線寬可以滿足載流要求。 當然，線寬越寬，電源的完整性越好。

普通USB設備的差分線訊號的線寬和線間距應與整個板的線寬一致。 然而，當USB設備的工作速度為480 Mbits/s時，僅完成上述操作是不够的。 我們還需要控制差分訊號的阻抗。 控制差分訊號線的阻抗對於高速數位信號的完整性非常重要，因為差分阻抗會影響差分訊號線路的眼圖、訊號頻寬、訊號抖動和干擾電壓。 差分線路阻抗通常控制在90（±10%）歐姆（有關具體值，請參閱晶片手册）。 差分線阻抗與參攷層的線寬W1、W2、T1、介電常數Er1、線間距S1和距離H1成反比。 下圖顯示了差動管路的截面圖。

下圖顯示了四層板的參攷堆棧。 中間兩層是參攷層。 參攷層通常為GND或Power。 與差异線對應的參攷層必須完整且不能分割，否則差异線的阻抗將不連續。 如果如圖2所示通過層壓設計四層板，則4.5mil的差線寬和5.5mil的線間距可以滿足90Ω的差分阻抗。 然而，4.5密耳線寬和5.5密耳線間距僅為我們的理論設計值。 最後，電路板製造商將根據所需阻抗值並結合實際生產情況和板，對線寬和線間距以及到參攷層的距離進行適當調整。

上述佈線規則基於USB2.0設備。 在USB佈線過程中，我們應該掌握差分線的最短、緊密耦合、等長和一致阻抗，並注意USB電源線的載流容量。 當USB設備工作時，掌握上述原理基本上沒有問題。