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设计USB电路板布线前必看的7条经验

2016-04-25 09:37 来源:电源网综合 编辑:铃铛

目前数据的传输大部分依靠USB口来实现,其快速、低成本、便捷的特点受到了市场的广泛欢迎,但对于新手来说,USB的硬件PCB设计却是非常不友好的,很多人在装配PCB的过程中遇到接口方面的各种问题。针对于此,本文将对USB硬件PCB布线过程中必须了解的经验教训进行总结,帮助大家少走弯路。

USB协议定义由两根差分信号线(D+、D-)传输数字信号,若要USB设备工作稳定差分信号线就必须严格按照差分信号的规则来布局布线。根据多年USB相关产品设计与调试经验,总结以下注意要点:

USB
图1

1、  在元件布局时,尽量使差分线路最短,以缩短差分线走线距离(√为合理的方式,×为不合理方式)。

USB
图2

2、优先绘制差分线,一对差分线上尽量不要超过两对过孔(过孔会增加线路的寄生电感,从而影响线路的信号完整性),且需对称放置(√为合理的方式,×为不合理方式)。

USB
图3

3、对称平行走线,这样能保证两根线紧耦合,避免90°走线,弧形或45°均是较好的走线方式(√为合理的方式,×为不合理方式)。

USB
图4

4、差分串接阻容,测试点,上下拉电阻的摆放(√为合理的方式,×为不合理方式)。

USB
图5

5、由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在使得差分线长易不匹配,而线长一旦不匹配,时序会发生偏移,还会引入共模干扰,降低信号质量。所以,相应的要对差分对不匹配的情况做出补偿,使其线长匹配,长度差通常控制在5mil以内,补偿原则是哪里出现长度差补偿哪里。

USB
图6

6、为了减少串扰,在空间允许的情况下,其他信号网络及地离差分线的间距至少20mil(20mil是经验值),覆地与差分线的距离过近将对差分线的阻抗产生影响。

7、USB的输出电流是500mA,需注意VBUS及GND的线宽,若采用的1Oz的铜箔,线宽大于20mil即可满足载流要求,当然线宽越宽电源的完整性越好。

普通USB设备差分线信号线宽及线间距与整板信号线宽及线间距一致即可。然而当USB设备工作速度是480Mbits/s,只做到以上几点是不够的,我们还需对差分信号进行阻抗控制,控制差分信号线的阻抗对高速数字信号的完整性是非常重要的。

因为差分阻抗影响差分信号的眼图、信号带宽、信号抖动和信号线上的干扰电压。差分线阻抗一般控制在90(±10%)欧姆(具体值参照芯片手册指导),差分线阻抗与线宽W1、W2、T1成反比,与介电常数Er1成反比,与线间距S1成正比,与参考层的距离H1正比,如图7是差分线的截面图。

USB
图7

图8为四层板的参考叠层,其中中间两层为参考层,参考层通常为GND或Power,并且差分线所对应的参考层必须完整,不能被分割,否则会导致差分线阻抗不连续。若是以图2叠层设计四层板,通常设计时差分线采用4.5mil的线宽及5.5mil的线间距既可以满足差分阻抗90Ω。

然而4.5mil线宽及5.5mil线间距只是理论设计值,最终电路板厂依据要求的阻抗值并结合生产的实际情况和板材会对线宽线间距及到参考层的距离做适当的调整。

USB
图8

在尝试对电路板USB的硬件接口进行设计时,不妨先自信阅读本文,熟记其中的经验与注意事项,相信这些经验与教训一定能够为大家带来不少启发并节省大量的开发时间。本文同样也是一片优秀的参考文章,大家可以收藏起来不时阅读来巩固知识。

标签: USB 电路板USB

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