Seberapa penting tata letak jalur data USB / bagaimana tata letak saya terlihat?

13

Saya meletakkan garis data USB di papan saya saat ini, dan saya hanya mencoba untuk mendapatkan gambaran seberapa baik desain saya akan ongkos. Berikut adalah rinciannya:

  • 4 lapisan papan (dari atas: sinyal, ground, pesawat daya split, sinyal)
  • tembaga internal 0,5 oz, tembaga eksternal 1 oz
  • prepreg antara foil eksternal dan inti adalah 7,8 mil tebal
  • jejak adalah 10 mil dengan jarak pasang diferensial pada 9,7 mil
  • MCU pin to parallel cap trace length adalah sekitar 0,23 inci

Saya berencana memiliki konektor USB yang disegel di kandang perangkat saya. Konektor yang saya pilih memiliki pengaturan tajuk vertikal, jadi saya akan memiliki papan tempat saya menyolder konektor, dan kemudian antara itu dan papan utama, akan ada kabel jumper.

Sejauh impedansi diferensial, berdasarkan spesifikasi di atas, saya pikir saya harus mendarat di suatu tempat di area 91 - 92 ohm. Memang, jejak tidak tetap merata sepanjang waktu karena berjalan melalui topi paralel dan resistor seri sebelum mengenai konektor ... tapi saya mencoba yang terbaik yang saya bisa.

Berikut ini adalah gambaran tata letak papan:

Tata letak jalur data USB

Bagaimana ini terlihat? Perbedaan panjang antara sepasang jejak di bawah 5 mil. Yang saya khawatirkan adalah berpotensi mengacaukan seluruh hal impedansi diferensial ini ... dan memiliki kabel jumper antara papan dan konektor mengacaukan semuanya.

pcb usb pcb-design layout differential Toby Lawrence
sumber
Apakah Anda keberatan berbagi MCU apa yang Anda gunakan? Banyak dengan transceiver bawaan lebih suka tidak ada komponen eksternal sejalan. Selama mereka memiliki panjang yang sama dan tidak terlalu lama harus baik-baik saja. (Saya pikir lembar data Microchip mengatakan kurang dari 19 cm atau sesuatu yang panjangnya tidak masuk akal seperti itu)
justing
3
Dan berapa lama Kabel Jumper akan? Saya kira itu akan menjadi tautan terlemah jika ada.
justing
2
Anda mungkin akan lolos dengan kecepatan rendah usb / kecepatan penuh usb yang digunakan oleh banyak mikrokontroler yang mendukung USB. Jika Anda memiliki sesuatu yang dapat membuat USB 2.0 kecepatan tinggi penuh, Anda mungkin harus lebih berhati-hati, meskipun apa yang Anda miliki tidak terlihat buruk.
Chris Stratton
Kabel jumper akan sekitar 3 inci panjang, 28AWG, tidak terlindung. Saya juga menggunakan LPC1769. Papan prototipe Artis Tertanam yang saya gunakan memiliki resistor seri 33ohm yang sama dan tutup paralel 18pF yang saya gunakan.
Toby Lawrence
4
Sulit untuk mengatakannya dari gambar tetapi sepertinya Anda sedang melintasi sebuah pecahan di pesawat dengan dua sinyal dan Anda tidak ingin melakukan itu. USB menggunakan penerimaan diferensial, tetapi sinyal masih dirujuk ke pesawat. Bahkan jika mereka tidak, Anda masih akan memiliki suara mode umum yang perlu dikhawatirkan. Mungkin akan bekerja seperti itu tetapi pasti akan memancarkan lebih banyak.
Some Hardware Guy

Jawaban:

19

Dengan asumsi Anda hanya menggunakan USB kecepatan rendah atau kecepatan penuh, Anda seharusnya baik-baik saja.

Secara umum, pertimbangan tata letak hanya benar-benar harus diambil jika Anda menempuh jarak jauh (beberapa inci), atau menggunakan USB-2.0. Meski begitu, USB ternyata sangat toleran.

  • USB 1.1 atau USB2.0 kecepatan rendah / penuh

    • Anda benar-benar tidak perlu khawatir. Ada (mungkin apocraphyal) cerita tentang orang yang menjalankan USB2.0 kecepatan rendah 50 'dari kawat CAT-5 . Selama Anda menjaga kawat Anda berjalan beberapa inci atau kurang, saya tidak akan khawatir.
    • Tepi tercepat yang perlu Anda khawatirkan dalam aplikasi kecepatan rendah / penuh adalah 12 Mhz. Dengan demikian, Anda tidak benar-benar mendekati titik di mana memastikan jejak / kabel Anda dengan benar dibatasi transmisi / impedansi yang dikendalikan adalah penting, setidaknya selama keseluruhan bagian impedansi tidak terkontrol Anda kurang dari itu, katakan ~ 6 " .
    • Seperti yang saya katakan, sebagian besar pengontrol USB sangat toleran terhadap perangkat USB yang secara luas di luar spesifikasi. Jika ini adalah sesuatu untuk produksi, saya akan menghabiskan upaya untuk melakukannya dengan benar (ada satu orang di luar sana yang memiliki motherboard yang melemparkan hissy-fit jika ada sesuatu yang terhubung dengan itu menyimpang dari spesifikasi dengan jumlah kecil), tetapi jika itu hanya papan tes, saya katakan hanya meletakkannya dengan rapi, dan jangan khawatir tentang itu.

  • USB2.0 Berkecepatan tinggi.

    • Di sini tata letak menjadi lebih penting. USB2.0 High-Speed ​​memiliki tingkat tepi maksimum 480 Mhz. Dengan demikian, bahkan jejak pendek mulai mendekati panjang gelombang data, dan dengan demikian kontrol impedansi yang tepat menjadi penting.
    • Dengan asumsi Anda paket EDA memiliki opsi routing yang dikontrol impedansi yang tepat, cukup atur impedansi diferensial-pasangan Anda menjadi ~ 90Ω, dan Anda seharusnya baik-baik saja. Berhati-hatilah untuk memastikan Anda memiliki pesawat yang berdekatan

  • USB3.0

    • Jadi kamu membenci dirimu sendiri?
Connor Wolf
sumber
Jujur, ada potensi bahwa beberapa cowok yang saya tahu mungkin menginginkan ini. Saya tidak ingin mengesampingkan menjualnya sehingga mendesainnya dengan benar, jika itu tidak mengharuskan saya melakukan hal yang konyol, itu besar bagi saya. Saya hanya berencana mendukung USB 2.0 kecepatan penuh. Apakah saya akan lebih baik memiliki papan yang konektor solder ke plug langsung ke mainboard dan menjalankan jejak sampai ke tepi papan utama? Setidaknya dengan cara itu saya bisa mengendalikan impedansi lebih baik, berpotensi, daripada saya bisa dengan kabel jumper.
Toby Lawrence