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USB 接口電路設計常見問題

時間：2021-09-30 13:49:14
關鍵字： USB   
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[導讀]本文來源于面包板社區(qū)USB是一種快速、雙向、同步傳輸、廉價、方便使用的可熱拔插的串行接口。由于數(shù)據(jù)傳輸快，接口方便，支持熱插拔等優(yōu)點使USB設備得到廣泛應用。目前，市場上以USB2.0為接口的產(chǎn)品居多，但很多硬件新手在USB應用中遇到很多困擾，往往PCB裝配完之后USB接口出現(xiàn)各...


本文來源于面包板社區(qū)


USB是一種快速、雙向、同步傳輸、廉價、方便使用的可熱拔插的串行接口


。由于數(shù)據(jù)傳輸快，接口方便，支持熱插拔等優(yōu)點使USB設備得到廣泛應用。目前，市場上以USB2.0為接口的產(chǎn)品居多，但很多硬件新手在USB應用中遇到很多困擾，往往PCB裝配完之后USB接口出現(xiàn)各種問題



比如通訊不穩(wěn)定或是無法通訊，檢查原理圖和焊接都無問題，或許這個時候就需懷疑PCB設計不合理。繪制滿足USB2.0數(shù)據(jù)傳輸要求的PCB對產(chǎn)品的性能及可靠性有著極為重要的作用。



USB協(xié)議定義由兩根差分信號線（D 、D-）傳輸數(shù)字信號，若要USB設備工作穩(wěn)定差分信號線就必須嚴格按照差分信號的規(guī)則來布局布線。根據(jù)筆者多年USB相關產(chǎn)品設計與調試經(jīng)驗，總結以下注意要點：



1.在元件布局時，盡量使差分線路最短，以縮短差分線走線距離（√為合理的方式，×為不合理方式）；





2.優(yōu)先繪制差分線，一對差分線上盡量不要超過兩對過孔（過孔會增加線路的寄生電感，從而影響線路的信號完整性），且需對稱放置（√為合理的方式，×為不合理方式）；





3.對稱平行走線，這樣能保證兩根線緊耦合，避免90°走線，弧形或45°均是較好的走線方式（√為合理的方式，×為不合理方式）；





4.差分串接阻容，測試點，上下拉電阻的擺放（√為合理的方式，×為不合理方式）；





5.由于管腳分布、過孔、以及走線空間等因素存在使得差分線長易不匹配，而線長一旦不匹配，時序會發(fā)生偏移，還會引入共模干擾，降低信號質量。所以，相應的要對差分對不匹配的情況作出補償，使其線長匹配，長度差通?？刂圃?mil以內，補償原則是哪里出現(xiàn)長度差補償哪里；





6.為了減少串擾，在空間允許的情況下，其他信號網(wǎng)絡及地離差分線的間距至少20mil(20mil是經(jīng)驗值)，覆地與差分線的距離過近將對差分線的阻抗產(chǎn)生影響；





7.USB的輸出電流是500mA，需注意VBUS及GND的線寬，若采用的1Oz的銅箔，線寬大于20mil即可滿足載流要求，當然線寬越寬電源的完整性越好。





普通USB設備差分線信號線寬及線間距與整板信號線寬及線間距一致即可。然而當USB設備工作速度是480 Mbits/s，只做到以上幾點是不夠的，我們還需對差分信號進行阻抗控制，控制差分信號線的阻抗對高速數(shù)字信號的完整性是非常重要的。



因為差分阻抗影響差分信號的眼圖、信號帶寬、信號抖動和信號線上的干擾電壓。差分線阻抗一般控制在90（±10%）歐姆(具體值參照芯片手冊指導)，差分線阻抗與線寬W1、W2、T1成反比，與介電常數(shù)Er1成反比，與線間距S1成正比，與參考層的距離H1正比，如下圖是差分線的截面圖。



下圖為四層板的參考疊層，其中中間兩層為參考層，參考層通常為GND或Power，并且差分線所對應的參考層必須完整，不能被分割，否則會導致差分線阻抗不連續(xù)。若是以圖 2疊層設計四層板，通常設計時差分線采用4.5mil的線寬及5.5mil的線間距既可以滿足差分阻抗90Ω。



然而4.5mil線寬及5.5mil線間距只是我們理論設計值，最終電路板廠依據(jù)要求的阻抗值并結合生產(chǎn)的實際情況和板材會對線寬線間距及到參考層的距離做適當?shù)恼{整。





以上所描述的布線規(guī)則是基于USB2.0設備，在USB布線過程中把握差分線路最短、緊耦合、等長、阻抗一致且注意好USB電源線的載流能力，掌握好以上原則USB設備運行基本沒問題。



來源：百度文庫






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