Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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USB2.0 PCB Verdrahtungsschlüssel und Erfahrung
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USB2.0 PCB Verdrahtungsschlüssel und Erfahrung

2022-08-02
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Author:pcb

USB ist eine Art Schnelligkeit, bidirektional, Synchronübertragung, Günstige und bequeme Hot Plug serielle Schnittstelle. USB-Geräte sind aufgrund ihrer Vorteile wie schnelle Datenübertragung weit verbreitet, komfortable Schnittstelle, und Hot Plug Unterstützung. Zur Zeit, Die meisten Produkte auf dem Markt verwenden USB2.0 als Schnittstelle, aber viele Hardware-Neulinge stoßen auf viele Probleme in USB-Anwendungen. Oft, nach Leiterplattenmontage, USB-Schnittstellen haben verschiedene Probleme, wie instabile Kommunikation oder Unfähigkeit zu kommunizieren. Überprüfen Sie das schematische Diagramm und das Schweißen sind alle in Ordnung. Vielleicht ist es notwendig zu vermuten, dass die PCB-Design ist derzeit unzumutbar. Zeichnen von Leiterplatten, die USB2 erfüllen.0 Datenübertragungsanforderungen spielen eine wichtige Rolle bei der Produktleistung und Zuverlässigkeit.


Das USB-Protokoll definiert, dass zwei Differenzsignalleitungen (D+, D -) digitale Signale übertragen. Wenn das USB-Gerät stabil arbeiten soll, müssen die Differenzsignalleitungen in strikter Übereinstimmung mit den Differenzsignalregeln verlegt und verdrahtet werden. Basierend auf der langjährigen Erfahrung des Autors in USB-bezogenen Produktdesign und Inbetriebnahme werden folgende Punkte zusammengefasst:

USB PCB Design

1. Versuchen Sie während des Komponentenlayouts, die Differenzlinie so kurz wie möglich zu machen, um den Differenzlinienführungsabstand zu verkürzen


2. Geben Sie dem Zeichnen von Differenzlinien Priorität und versuchen Sie, nicht mehr als zwei Paare von Durchgängen auf einem Paar von Differenzlinien zu haben (Durchgängen erhöhen die parasitäre Induktivität der Leitung, wodurch die Signalintegrität der Leitung beeinträchtigt wird), und platzieren Sie sie symmetrisch


3. Symmetrische parallele Verdrahtung kann eine enge Kopplung von zwei Drähten sicherstellen und Verdrahtung 90° vermeiden. Bogen- oder 45°-Verdrahtung ist ein guter Weg


4. Anordnung der differenziellen Reihenverbindungswiderstandskapazität, des Prüfpunkts und des Auf- und Abwärtswiderstands


5. Aufgrund von Faktoren wie Pin-Verteilung, Durchkontaktierungen und Routing-Raum ist die differentielle Linienlänge leicht zu falsch abgestimmt. Sobald die Leitungslänge falsch abgestimmt ist, verschiebt sich das Timing, und Gleichtaktstörungen werden eingeführt, um die Signalqualität zu verringern. Daher ist es notwendig, die Fehlübereinstimmung der Differentialpaare auszugleichen, um die Linienlänge übereinstimmen zu lassen. Der Längendifferenz wird normalerweise innerhalb von 5mil kontrolliert. Das Kompensationsprinzip ist, wo die Längendifferenz ausgeglichen wird


6. Um Übersprechen zu reduzieren, sollte der Abstand zwischen anderen Signalnetzen und der Erddifferenzlinie mindestens 20mil betragen (20mil ist ein empirischer Wert). Wenn der Abstand zwischen der Masse und der Differenzlinie zu nah ist, wird die Impedanz der Differenzlinie beeinträchtigt


7. Der Ausgangsstrom von USB beträgt 500mA. Achten Sie auf die Linienbreite von VBUS und GND. Wenn 1Oz Kupferfolie verwendet wird, kann die Leitungsbreite größer als 20mil die aktuellen Trageanforderungen erfüllen. Je breiter die Leitungsbreite, desto besser die Integrität der Stromversorgung.


Die Linienbreite und der Linienabstand des differenziellen Liniensignals eines gewöhnlichen USB-Geräts sollten mit dem der gesamten Platine übereinstimmen. Wenn die Arbeitsgeschwindigkeit des USB-Geräts jedoch 480 Mbits/s beträgt, reicht es nicht aus, das oben genannte zu tun. Wir müssen auch die Impedanz des Differenzsignals steuern. Die Steuerung der Impedanz der Differenzsignalleitung ist sehr wichtig für die Integrität digitaler Hochgeschwindigkeitssignale, da die Differenzimpedanz das Augendiagramm, die Signalbandbreite, den Signaljitter und die Störspannung der Differenzsignalleitung beeinflusst. Die Differenzleitungsimpedanz wird in der Regel bei 90 (± 10%) ohms) geregelt (spezifische Werte finden Sie im Chiphandbuch). Die differentielle Linienimpedanz ist umgekehrt proportional zur Linienbreite W1, W2, T1, der Dielektrizitätskonstante Er1, dem Linienabstand S1 und dem Abstand H1 der Referenzschicht. Die folgende Abbildung zeigt die Schnittansicht der Differenzlinie.


Die folgende Abbildung zeigt den Referenzstapel der vierlagigen Platine. Die mittleren beiden Ebenen sind die Bezugsschichten. Die Referenzschichten sind normalerweise GND oder Power. Die Referenzschichten, die den Differenzlinien entsprechen, müssen vollständig sein und können nicht geteilt werden, andernfalls wird die Impedanz der Differenzlinien diskontinuierlich sein. Wenn die vierschichtige Platte durch Laminieren wie in Abbildung 2 gezeigt entworfen wird, können die Differenzlinienbreite von 4.5mil und der Linienabstand von 5.5mil die Differenzimpedanz von 90 Ω treffen. 4.5mil Linienbreite und 5.5mil Linienabstand sind jedoch nur unsere theoretischen Entwurfswerte. Schließlich wird der Leiterplattenhersteller entsprechend des erforderlichen Impedanzwertes und in Kombination mit der tatsächlichen Produktionssituation und der Platte geeignete Anpassungen an der Linienbreite und dem Linienabstand sowie dem Abstand zur Referenzschicht vornehmen.


Die oben beschriebenen Verdrahtungsregeln basieren auf USB2.0 Geräten. Bei der USB-Verdrahtung sollten wir die kürzeste, eng gekoppelte, gleiche Länge und konstante Impedanz der Differenzleitung erfassen und auf die aktuelle Tragfähigkeit der USB-Stromleitung achten. Es ist grundsätzlich kein Problem, die oben genannten Prinzipien zu beherrschen, wenn USB-Geräte arbeiten.