¿Qué tan crítico es el diseño de las líneas de datos USB / cómo se ve mi diseño?

Estoy colocando las líneas de datos USB en mi placa en este momento, y solo estoy tratando de tener una idea de qué tan bien le irá a mi diseño. Aquí están los detalles:

Tablero de 4 capas (desde arriba: señal, tierra, planos de potencia divididos, señal)
el cobre interno es de 0.5 oz, el cobre externo es de 1 oz
El preimpregnado entre la lámina externa y el núcleo tiene un espesor de 7.8 mils
las trazas son de 10 mil con un espacio diferencial de pares a 9.7 mils
La longitud del rastro del pin MCU a las tapas paralelas es de aproximadamente 0.23 pulgadas

Planeo tener un conector USB sellado en la carcasa de mi dispositivo. El conector que elegí tiene una disposición de encabezado vertical, por lo que tendré una placa a la que soldaré el conector, y luego entre eso y la placa principal, habrá un cable de puente.

En cuanto a la impedancia diferencial, según las especificaciones anteriores, creo que debería aterrizar en algún lugar del área de 91 a 92 ohmios. Por supuesto, las trazas no permanecen uniformemente espaciadas todo el tiempo, ya que corren a través de las tapas paralelas y las resistencias en serie antes de golpear el conector ... pero intenté lo mejor que pude.

Aquí hay una foto del diseño del tablero hasta ahora:

Diseño de línea de datos USB

¿Cómo se ve esto? La diferencia de longitud entre el par de trazas es inferior a 5 mils. Lo que me preocupa es potencialmente estropear todo esto de la impedancia diferencial ... y hacer que el cable de puente entre la placa y el conector lo estropee.

pcb usb pcb-design layout differential Toby Lawrence
fuente

¿Te importaría compartir qué MCU estás usando? Muchos con transceptores integrados prefieren que no haya componentes externos en línea. Siempre que tengan la misma longitud y no demasiado, debería estar bien. (Creo que las hojas de datos Microchip dicen menos de 19 cm de largo o algo absurdamente por el estilo)

Justing

¿Y cuánto durará el cable de puente? Supongo que ese será el eslabón más débil si algo lo es.

Justo el

Probablemente se saldrá con la suya con las velocidades de baja velocidad usb / velocidad máxima usb utilizadas por muchos microcontroladores habilitados para USB. Si tiene algo que puede hacer USB 2.0 de alta velocidad, es probable que tenga que tener más cuidado, aunque lo que tiene no se ve mal.

Chris Stratton

El cable de puente tendrá aproximadamente 3 pulgadas de largo, 28 AWG, no blindado. También estoy usando un LPC1769. La placa prototipo de Embedded Artists que estoy usando tiene las mismas resistencias de la serie 33ohm y tapas paralelas de 18pF que estoy usando.

Toby Lawrence

Es difícil saber por el dibujo, pero parece que estás cruzando una división en el avión con esas dos señales y no quieres hacer eso. USB utiliza una recepción diferencial, pero las señales aún se refieren al plano. Incluso si no lo fueran, todavía tendría que preocuparse por el ruido de modo común. Probablemente funcionará así, pero definitivamente irradiará más.

Some Hardware Guy

Respuestas:

Suponiendo que solo usa USB de baja velocidad o velocidad completa, debería estar bien.

En general, las consideraciones de diseño solo deben tenerse en cuenta si vas a largas distancias (muchas pulgadas) o si usas USB-2.0. Incluso entonces, el USB es sorprendentemente tolerante.

USB 1.1 o USB2.0 baja / velocidad completa
- Realmente no necesitas preocuparte. Hay historias (posiblemente apócratas) de personas que utilizan USB2.0 de baja velocidad de 50 'de cable CAT-5 . Mientras mantengas tus cables unos centímetros o menos, no me preocuparía.
- La ventaja más rápida de la que tendrá que preocuparse en aplicaciones de baja / plena velocidad es de 12 Mhz. Como tal, realmente no se está acercando al punto en el que es tan importante asegurarse de que sus trazas / cableado estén correctamente alineados con la transmisión / controlados por la impedancia, al menos mientras sus secciones de impedancia general no controlada sean menores, digamos ~ 6 " .
- Como dije, la mayoría de los controladores USB son impresionantemente tolerantes con los dispositivos USB que están ampliamente fuera de especificaciones. Si esto es algo para la producción, gastaría el esfuerzo para hacerlo correctamente (hay un tipo por ahí que tiene una placa base que produce un ataque de silbido si algo conectado a ella se desvía de la especificación en una pequeña cantidad), pero si es solo un tablero de pruebas, yo diría que simplemente lo coloque cuidadosamente, y no se preocupe por eso.
USB2.0 de alta velocidad.
- Aquí el diseño se vuelve más importante. USB2.0 de alta velocidad tiene una velocidad de borde máxima de 480 Mhz. Como tal, incluso las trazas cortas comienzan a acercarse a la longitud de onda de los datos, y como tal el control de impedancia adecuado se vuelve importante.
- Suponiendo que su paquete EDA tiene opciones de enrutamiento controladas por impedancia adecuadas, simplemente configure su impedancia de par diferencial en ~ 90Ω, y debería estar bien. Sin embargo, tenga cuidado de asegurarse de tener un plano de tierra contiguo
USB3.0
- ¿Entonces te odias a ti mismo?

Connor Wolf
fuente

Honestamente, existe el potencial de que algunos tipos que conozco quieran esto. No quiero descartar venderlo, por lo que diseñarlo correctamente, si no va a requerir que haga esfuerzos ridículos, es muy importante para mí. Sin embargo, solo planeo soportar USB 2.0 de alta velocidad. ¿Sería mejor que la placa que el conector suelda se conecte directamente a la placa principal y ejecute trazas hasta el borde de la placa principal? Al menos de esa manera podría controlar la impedancia mejor, potencialmente, de lo que podría hacerlo con un cable de puente.

Toby Lawrence