ปัญหาการออกแบบวงจรอินเทอร์เฟซ USB ที่พบบ่อยที่สุดคืออะไร และจะแก้ไขปัญหาเหล่านั้นได้อย่างไร

USB เป็นอินเทอร์เฟซแบบอนุกรมที่มีความเร็ว ทิศทางสองทาง ซิงโครนัส ต้นทุนต่ำ และเสียบได้ในขณะเสียบร้อน ข้อดีของ USB 2.0 ได้แก่ การถ่ายโอนข้อมูลด้วยความเร็วสูง การออกแบบที่เป็นมิตรกับผู้ใช้ และการรองรับการเสียบร้อน ทำให้ USB กลายเป็นอุปกรณ์ที่แพร่หลาย แม้ว่า USB 2.0 จะยังคงได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่ผู้เริ่มต้นใช้งานฮาร์ดแวร์จำนวนมากยังคงพบปัญหาที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง เช่น การสื่อสารที่ไม่เสถียรหรือล้มเหลวโดยสมบูรณ์ แม้จะตรวจสอบแผนผังวงจรและบัดกรีแล้วก็ตาม ในกรณีดังกล่าว การออกแบบ PCB ที่ไม่เหมาะสมมักเป็นสาเหตุ การออกแบบ PCB ที่ตรงตามข้อกำหนดการถ่ายโอนข้อมูลของ USB XNUMX ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ

โปรโตคอล USB ส่งสัญญาณดิจิทัลผ่านคู่สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล (D+, D-) เพื่อให้การทำงานมีเสถียรภาพ ร่องรอยเหล่านี้จะต้องปฏิบัติตามกฎการส่งสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลอย่างเคร่งครัด โดยอิงจากประสบการณ์การออกแบบและแก้ไขข้อบกพร่องหลายปี แนวทางการจัดวางที่สำคัญสรุปไว้ด้านล่าง:

แนวทางการวางผัง PCB ที่สำคัญสำหรับคู่ดิฟเฟอเรนเชียล USB 2.0

1. ลดความยาวรอย:

l วางส่วนประกอบเพื่อทำให้เส้นทางที่แตกต่างกันสั้นลง (? เหมาะสมที่สุด, ? ไม่เหมาะสมที่สุด)

2. กำหนดลำดับความสำคัญของการกำหนดเส้นทางที่แตกต่างกัน:

l ใช้ vias ≤ 2 ต่อคู่ (vias จะเพิ่มความเหนี่ยวนำปรสิต ทำให้ความสมบูรณ์ของสัญญาณลดลง)

l วาง vias ให้สมมาตร (? เหมาะสมที่สุด, ? ไม่เหมาะสมที่สุด)

3. การกำหนดเส้นทางแบบสมมาตรและขนาน:

l ตรวจสอบให้แน่ใจว่าข้อต่อแน่นหนา หลีกเลี่ยงการโค้งงอ 90° ใช้ส่วนโค้งหรือมุม 45° (? เหมาะสมที่สุด, ? ไม่เหมาะสมที่สุด)

4. การวางตำแหน่งตัวต้านทานแบบซีรีส์ R/C จุดทดสอบ และตัวต้านทานแบบดึงขึ้น/ลง:

l วางตำแหน่งส่วนประกอบเพื่อลดเอฟเฟกต์สตั๊บให้เหลือน้อยที่สุด (? เหมาะสมที่สุด, ? ไม่เหมาะสมที่สุด)

5. การจับคู่ความยาว:

l ความยาวที่ไม่ตรงกันทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของเวลาและสัญญาณรบกวนโหมดทั่วไป ชดเชยความแตกต่างของความยาว ≤ 5 มิลที่แหล่งของความไม่ตรงกัน

6. การบรรเทาการสนทนาข้ามสาย:

l รักษาระยะห่าง ≥ 20 มิลระหว่างคู่ diff และสัญญาณอื่นๆ/การเทลงดิน (ระยะห่างจากพื้นส่งผลกระทบต่อค่าอิมพีแดนซ์)

7. การกำหนดขนาดการติดตามพลังงาน:

l VBUS/GND ต้องรองรับ 500 mA สำหรับทองแดง 1 ออนซ์ ความกว้าง ≥ 20 มิลก็เพียงพอ (เส้นที่กว้างกว่าจะช่วยปรับปรุงความสมบูรณ์ของพลังงาน)

การควบคุมอิมพีแดนซ์สำหรับ USB ความเร็วสูง (480 Mbps)

แม้ว่ากฎข้างต้นจะเพียงพอสำหรับ USB ความเร็วต่ำ แต่การทำงานความเร็วสูง (480 Mbps) ต้องใช้ คู่ดิฟเฟอเรนเชียลควบคุมด้วยอิมพีแดนซ์. ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ:

l อิมพีแดนซ์เป้าหมาย: 90 Ω ± 10% (ดูแผ่นข้อมูล IC)

l ค่าอิมพีแดนซ์ขึ้นอยู่กับ:

n ผกผัน: ความกว้างรอย (W1, W2), ความหนาของทองแดง (T1), ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (Er1)

n โดยตรง:ระยะห่างของร่องรอย (S1), ระยะห่างถึงชั้นอ้างอิง (H1)

ตัวอย่างการวางซ้อน 4 ชั้น

l สำหรับค่าอิมพีแดนซ์ 90 Ω ในสแต็กอัปนี้:

n ความกว้างของรอย: 4.5k

n ระยะห่างของรอย: 5.5k

l หมายเหตุ:ผู้ผลิตบอร์ดอาจปรับค่าเหล่านี้ตามคุณสมบัติของวัสดุและความสามารถของกระบวนการ

สรุป

เพื่อประสิทธิภาพ USB 2.0 ที่แข็งแกร่ง:

1. คู่เส้นทางที่แตกต่างกัน สั้น ผูกแน่น ความยาวเท่ากัน และควบคุมด้วยอิมพีแดนซ์.

2. มั่นใจเพียงพอ ความกว้างของรอย VBUS/GND สำหรับการจัดการในปัจจุบัน

3. บำรุงรักษา ระนาบอ้างอิงต่อเนื่อง อยู่ใต้คู่ diff
การยึดมั่นในหลักการเหล่านี้สามารถแก้ไขปัญหาเสถียรภาพของอินเทอร์เฟซ USB ส่วนใหญ่ได้

หมายเหตุ บทความนี้มีที่มาจากอินเทอร์เน็ตและไม่สะท้อนมุมมองของ Kinghelm หรืออุตสาหกรรมโดยรวม ข้อมูลนี้จะถูกแบ่งปันเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้น เราสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดให้เครดิตแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อทำการแชร์ หากคุณเชื่อว่าเนื้อหานี้ละเมิดสิทธิของคุณ โปรดติดต่อเราเพื่อลบเนื้อหานี้