【導(dǎo)讀】USB是一種快速、雙向、同步傳輸、廉價、方便使用的可熱拔插的串行接口。由于數(shù)據(jù)傳輸快,接口方便,支持熱插拔等優(yōu)點使USB設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。目前,市場上以USB2.0為接口的產(chǎn)品居多,但很多硬件新手在USB應(yīng)用中遇到很多困擾,往往PCB裝配完之后USB接口出現(xiàn)各種問題,比如通訊不穩(wěn)定或是無法通訊,檢查原理圖和焊接都無問題,或許這個時候就需懷疑PCB設(shè)計不合理。繪制滿足USB2.0數(shù)據(jù)傳輸要求的PCB對產(chǎn)品的性能及可靠性有著極為重要的作用。
USB是一種快速、雙向、同步傳輸、廉價、方便使用的可熱拔插的串行接口。由于數(shù)據(jù)傳輸快,接口方便,支持熱插拔等優(yōu)點使USB設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。目前,市場上以USB2.0為接口的產(chǎn)品居多,但很多硬件新手在USB應(yīng)用中遇到很多困擾,往往PCB裝配完之后USB接口出現(xiàn)各種問題,比如通訊不穩(wěn)定或是無法通訊,檢查原理圖和焊接都無問題,或許這個時候就需懷疑PCB設(shè)計不合理。繪制滿足USB2.0數(shù)據(jù)傳輸要求的PCB對產(chǎn)品的性能及可靠性有著極為重要的作用。
USB協(xié)議定義由兩根差分信號線(D+、D-)傳輸數(shù)字信號,若要USB設(shè)備工作穩(wěn)定差分信號線就必須嚴(yán)格按照差分信號的規(guī)則來布局布線。根據(jù)筆者多年USB相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計與調(diào)試經(jīng)驗,總結(jié)以下注意要點:
1. 在元件布局時,盡量使差分線路短,以縮短差分線走線距離(√為合理的方式,×為不合理方式);
2. 優(yōu)先繪制差分線,一對差分線上盡量不要超過兩對過孔(過孔會增加線路的寄生電感,從而影響線路的信號完整性),且需對稱放置(√為合理的方式,×為不合理方式);
3. 對稱平行走線,這樣能保證兩根線緊耦合,避免90°走線,弧形或45°均是較好的走線方式(√為合理的方式,×為不合理方式);
4. 差分串接阻容,測試點,上下拉電阻的擺放(√為合理的方式,×為不合理方式);
5. 由于管腳分布、過孔、以及走線空間等因素存在使得差分線長易不匹配,而線長一旦不匹配,時序會發(fā)生偏移,還會引入共模干擾,降低信號質(zhì)量。所以,相應(yīng)的要對差分對不匹配的情況作出補償,使其線長匹配,長度差通常控制在5mil以內(nèi),補償原則是哪里出現(xiàn)長度差補償哪里;
6. 為了減少串?dāng)_,在空間允許的情況下,其他信號網(wǎng)絡(luò)及地離差分線的間距至少20mil(20mil是經(jīng)驗值),覆地與差分線的距離過近將對差分線的阻抗產(chǎn)生影響;
7. USB的輸出電流是500mA,需注意VBUS及GND的線寬,若采用的1Oz的銅箔,線寬大于20mil即可滿足載流要求,當(dāng)然線寬越寬電源的完整性越好。
普通USB設(shè)備差分線信號線寬及線間距與整板信號線寬及線間距一致即可。然而當(dāng)USB設(shè)備工作速度是480 Mbits/s,只做到以上幾點是不夠的,我們還需對差分信號進行阻抗控制,控制差分信號線的阻抗對高速數(shù)字信號的完整性是非常重要的,因為差分阻抗影響差分信號的眼圖、信號帶寬、信號抖動和信號線上的干擾電壓。差分線阻抗一般控制在90(±10%)歐姆(具體值參照芯片手冊指導(dǎo)),差分線阻抗與線寬W1、W2、T1成反比,與介電常數(shù)Er1成反比,與線間距S1成正比,與參考層的距離H1正比,如下圖是差分線的截面圖。
下圖為四層板的參考疊層,其中中間兩層為參考層,參考層通常為GND或Power,并且差分線所對應(yīng)的參考層必須完整,不能被分割,否則會導(dǎo)致差分線阻抗不連續(xù)。若是以圖 2疊層設(shè)計四層板,通常設(shè)計時差分線采用4.5mil的線寬及5.5mil的線間距既可以滿足差分阻抗90Ω。然而4.5mil線寬及5.5mil線間距只是我們理論設(shè)計值,終電路板廠依據(jù)要求的阻抗值并結(jié)合生產(chǎn)的實際情況和板材會對線寬線間距及到參考層的距離做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
以上所描述的布線規(guī)則是基于USB2.0設(shè)備,在USB布線過程中把握差分線路短、緊耦合、等長、阻抗一致且注意好USB電源線的載流能力,掌握好以上原則USB設(shè)備運行基本沒問題。
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進行處理。
推薦閱讀:
作為一個“成熟”的傳感器,你應(yīng)該學(xué)會自己充電了