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PCB部落格 - USB2.0 PCB佈線關鍵和經驗

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USB2.0 PCB佈線關鍵和經驗

2022-08-02
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Author:pcb

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:

USB PCB設計

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。