Jak ważny jest układ linii danych USB / jak wygląda mój układ?

13

W tej chwili układam linie danych USB na mojej płycie i staram się dowiedzieć, jak dobrze pójdzie mój projekt. Oto szczegóły:

  • 4-warstwowa płyta (od góry: sygnał, masa, podzielone płaszczyzny mocy, sygnał)
  • wewnętrzna miedź to 0,5 uncji, zewnętrzna miedź to 1 uncja
  • prepreg między folią zewnętrzną a rdzeniem ma grubość 7,8 mils
  • ślady wynoszą 10 mil z różnicowym odstępem między parami przy 9,7 mils
  • Długość śledzenia wtyku MCU do równoległych nakładek wynosi około 0,23 cala

Planuję mieć zamknięte złącze USB w obudowie mojego urządzenia. Wybrane przeze mnie złącze ma pionowy układ nagłówka, więc będę miał płytkę, do której lutuję złącze, a następnie między tą a płytą główną będzie kabel połączeniowy.

Jeśli chodzi o impedancję różnicową, w oparciu o powyższe specyfikacje, sądzę, że powinienem lądować gdzieś w obszarze 91 - 92 omów. To prawda, że ​​ślady nie pozostają w równych odstępach przez cały czas, ponieważ biegną przez równoległe nakładki i szeregowe rezystory przed uderzeniem w złącze ... ale starałem się jak mogłem.

Oto ujęcie dotychczasowego układu planszy:

Układ linii danych USB

Jak to wygląda? Różna długość między parą śladów wynosi poniżej 5 mil. To, co mnie martwi, to potencjalne zepsucie tej całej impedancji różnicowej ... i poprowadzenie kabla połączeniowego między płytką a złączem.

Toby Lawrence
źródło
Czy masz coś przeciwko dzieleniu się używanym MCU? Wiele z wbudowanymi transceiverami nie preferuje żadnych zewnętrznych komponentów w linii. Dopóki mają taką samą długość i nie są za długie, powinno być dobrze. (Myślę, że arkusze danych Microchip mówią mniej niż 19 cm lub coś absurdalnie długiego)
justing
3
I jak długi będzie kabel zworek? Sądzę, że będzie to najsłabszy link, jeśli coś jest.
justing
2
Prawdopodobnie ucieknie Ci dużo przy niskich prędkościach USB / pełnych prędkościach USB używanych przez wiele mikrokontrolerów z obsługą USB. Jeśli masz coś, co może osiągnąć pełną prędkość USB 2.0, prawdopodobnie będziesz musiał być bardziej ostrożny, choć to, co masz, nie wygląda źle.
Chris Stratton,
Kabel zworki będzie miał około 3 cali długości, 28AWG, nie będzie ekranowany. Używam również LPC1769. Prototypowa płyta Embedded Artists, której używam, ma te same rezystory serii 33ohm i równoległe nasadki 18pF, których używam.
Toby Lawrence,
4
Trudno powiedzieć na podstawie rysunku, ale wygląda na to, że przekraczasz rozłam w płaszczyźnie z tymi dwoma sygnałami i nie chcesz tego robić. USB wykorzystuje odbiór różnicowy, ale sygnały wciąż odnoszą się do płaszczyzny. Nawet gdyby tak nie było, nadal będziesz się martwić hałasem w trybie wspólnym. Prawdopodobnie będzie tak działać, ale na pewno będzie promieniować więcej.
Some Hardware Guy

Odpowiedzi:

19

Zakładając, że używasz tylko portu USB o niskiej lub pełnej prędkości, wszystko powinno być w porządku.

Ogólnie rzecz biorąc, rozważania dotyczące układu naprawdę należy wziąć pod uwagę tylko, jeśli wybierasz się na duże odległości (wiele cali) lub używasz USB-2.0. Nawet wtedy USB jest zaskakująco tolerancyjny.

  • Niska / pełna prędkość USB 1.1 lub USB2.0

    • Naprawdę nie musisz się martwić. Istnieją (prawdopodobnie apokraficzne) historie o ludziach korzystających z USB2.0 o niskiej prędkości 50 'przewodu CAT-5 . Tak długo, jak trzymasz drut o długości kilku cali lub mniej, nie martwiłbym się.
    • Najszybsza krawędź, o którą musisz się martwić w aplikacjach o niskiej / pełnej prędkości, to 12 MHz. W związku z tym tak naprawdę nie zbliżasz się do punktu, w którym upewnienie się, że twoje ślady / okablowanie są odpowiednio wyłożone transmisją / sterowane impedancją, jest tak ważne, przynajmniej tak długo, jak ogólne sekcje niekontrolowanej impedancji są mniejsze niż, powiedzmy ~ 6 " .
    • Jak powiedziałem, większość kontrolerów USB jest imponująco tolerancyjnych w stosunku do urządzeń USB, które są bardzo niespecyfikowane. Jeśli jest to coś do produkcji, poświęciłbym wysiłek, aby zrobić to poprawnie (jest tam jeden facet , który ma płytę główną, która rzuca ciasne dopasowanie, jeśli cokolwiek z nim związanego odbiega od specyfikacji o niewielką ilość), ale jeśli to tylko tablica testowa, powiedziałbym, że po prostu starannie ją ułóż i nie przejmuj się.
  • USB2.0 High-speed.

    • Tutaj układ staje się ważniejszy. USB2.0 High-Speed ​​ma maksymalną szybkość krawędzi 480 MHz. Jako takie, nawet krótkie ślady zaczynają zbliżać się do długości fali danych, i jako taka ważna staje się właściwa kontrola impedancji.
    • Zakładając, że pakiet EDA ma odpowiednie opcje routingu sterowane impedancją, po prostu ustaw impedancję pary różnicowej na ~ 90 Ω i wszystko powinno być w porządku. Uważaj jednak, aby mieć ciągłą płaszczyznę podłoża
  • USB 3.0

    • Więc siebie nienawidzisz?
Connor Wolf
źródło
Szczerze mówiąc, istnieje potencjał, że niektórzy znajomi mogą tego chcieć. Nie chcę wykluczyć sprzedaży, więc odpowiednie zaprojektowanie, jeśli nie będzie wymagało ode mnie absurdalnej długości, jest dla mnie duże. Planuję tylko wspierać pełną szybkość USB 2.0. Czy lepiej byłoby, gdyby płyta główna przylutowała wtyczkę bezpośrednio do płyty głównej i prowadziła ślady aż do krawędzi płyty głównej? Przynajmniej w ten sposób mogłem lepiej kontrolować impedancję, potencjalnie, niż mógłbym to zrobić za pomocą kabla połączeniowego.
Toby Lawrence