Cálculos de impedancia de rastreo USB, con resistencias de terminación

Estoy diseñando una PCB con un microcontrolador Renesas RZ-A1, y quiero comprobar que estoy haciendo mis USB D + y D- traces correctamente.

Esta nota de aplicación de Fairchild , que es uno de los mejores resultados de Google, dice que la impedancia de un solo extremo D + y D- trace debe ser de 45 ohmios.

Usando la calculadora de impedancia EEWeb Microscrip , encuentro que con 1 oz / ft ^ 2 de cobre y una altura de sustrato de 0.08 mm, mi ancho de rastreo debe ser de 0.17 mm para lograr estos 45 ohmios.

La nota de aplicación de Fairchild también dice que la impedancia característica diferencial de las líneas D + y D- debe ser de 90 ohmios.

Usando la calculadora de impedancia de micro-banda EEWeb Edge acoplado , encuentro que el espacio entre mis trazas debe ser de 0.098 mm para lograr esto.

¿Eso se ve bien?

Siguiente parte de la pregunta: entiendo que se necesitan resistencias de terminación en serie en D + y D-. El Renesas RZ-A1 recomienda los de 22 ohmios. ¿La presencia de estas resistencias cambia algo en términos de los cálculos anteriores? Por ejemplo, debido a que las resistencias ya están proporcionando 22 ohmios, ¿debería de hecho apuntar a una impedancia de extremo único de 23 ohmios en lugar de 45, o algo así?

pregunta 1: esto no parece correcto

El valor predeterminado de Er es 4, pero generalmente el ER para FR4 estándar es de alrededor de 4.6. Aunque para este cálculo necesitará el Er efectivo porque la parte superior de la traza no está incrustada en FR4.

con Er = 4.6, conductor con = 0.17 mm y altura dieléctrica de 0.08 mm, el Er efectivo es 3.2215. pero la calculadora de impedancia EEWeb Edge Acoplado Microstrip Microstrip no me da los mismos valores que el solucionador de campo polar si800 o el kit de herramientas gratuito de PCB de Saturno .

utilice el kit de herramientas de PCB Saturn , es gratuito y puede compensar la forma trapezoidal de las trazas y otras variables del proceso de producción.

pregunta 2: La impedancia de rastreo debe ser lo más cercana posible a la impedancia característica del cable, el conector y la terminación en el extremo del receptor. Cualquier discontinuidad de impedancia causará reflejos y degradación de la señal. Por lo tanto, mantenga la impedancia diferencial de traza asc perder lo más posible a 90 ohmios, la impedancia de un solo extremo es importante pero no tan importante porque en el cable las señales se transportan en un par diferencial. Las resistencias de terminación en serie se utilizan por 4 razones principales.

1. Para reducir EMI esto es si el producto va a ser aprobado por la CE.
2. Para absorber los reflejos del extremo cercano como los causados ​​por el conector.
3. Para controlar / reducir el nivel de señal en el extremo del receptor porque hay límites de voltaje de unidad máximos en la prueba de conformidad HS-USB.
4. Para mejorar en gran medida la protección ESD (cuando el sistema necesita una mejor protección ESD, se debe utilizar un dispositivo de sujeción de baja capacitancia adecuado)

El único efecto no deseado es el aumento de la velocidad de rotación, pero la recomendación del fabricante suele tener esto en cuenta.

Como ejemplo del uso de las resistencias en serie para mejorar el cumplimiento, consulte la siguiente imagen. Aunque el diagrama del ojo es perfecto, el paquete de pezones falló porque superó los límites indicados por los 3 puntos rojos en la parte inferior derecha del cuadro del límite de la plantilla. Esto se debe a que hay un exceso. Las resistencias en serie se pueden utilizar en este caso para reducir el exceso.

la prueba pasa después de aumentar el valor de la resistencia en serie en 10 ohmios.

Pautas:

• Mantenga las resistencias de terminación en serie lo más cerca posible de las almohadillas del dispositivo de accionamiento para una mejor absorción de los reflejos del extremo cercano.
• Evite ejecutar el par diferencial sobre una discontinuidad del plano de tierra.
• Mantenga el par diferencial alejado de cualquier vias, almohadillas o cobre en la misma capa al menos 3 veces el sesgo entre pares o la altura dieléctrica, lo que sea mayor.
• simular todo
• Si puede reutilizar un diseño que ya está cumpliendo, simplemente no reinvente la rueda.

Si sigue las especificaciones de Mfg y las notas de la aplicación, obtendrá la mejor integridad de señal. Dado que el FET dentro de esta clase de chips tiene un RdsOn bajo (10 ohmios) pero una tolerancia más amplia que la deseable, se debe agregar una serie R, pero la impedancia de rastreo debe ser de 45 ohmios + -10%

Tenga en cuenta que la nota de la aplicación utiliza 42 ohmios a temperatura ambiente para la impedancia de salida del controlador incl. 29 Ohm.ext. Esto le da su patrón de ojo óptimo para el margen.

Tenga en cuenta también que si escala el grosor dieléctrico hacia arriba, entonces puede usar espacios y pistas más grandes. ** Relación 2: 1 para ancho de vía: el grosor de FR4 es aproximadamente correcto. ** **

Esto se debe a que la impedancia característica se debe a una relación fija si la relación inductancia / capacitancia o la relación de ancho de vía a espesor de placa. Lo mismo es cierto para el diámetro coaxial de la relación señal / tierra. La inductancia distribuida relacionada con la relación de aspecto de la ruta de la señal y la capacitancia es controlada por los huecos del conductor.