Cálculos de impedância de rastreio USB, com resistores de terminação

Estou projetando uma PCB com um microcontrolador Renesas RZ-A1 e quero verificar se estou executando meus traços USB D + e D- corretamente.

Esta nota de aplicação da Fairchild , que é um dos principais resultados do Google, diz que a impedância de extremidade única D + e D- trace deve ser de 45 ohms.

Usando a Calculadora de impedância de micrcriptografia EEWeb , acho que com 1 oz / ft ^ 2 de cobre e uma altura de substrato de 0,08 mm, minha largura de traço deve ser de 0,17 mm para atingir esses 45 ohms.

A nota de aplicação de Fairchild também diz que a impedância característica diferencial das linhas D + e D- deve ser de 90 ohms.

Usando a Calculadora de impedância acoplada às micropipas EEWeb Edge , percebo que o espaçamento entre meus traços deve ser de 0,098 mm para conseguir isso.

Isso parece certo?

Próxima parte da pergunta - entendo que os resistores de terminação em série são necessários em D + e D-. O Renesas RZ-A1 recomenda 22 ohm. A presença desses resistores muda alguma coisa nos termos dos cálculos acima? Por exemplo, como os resistores já estão fornecendo 22 ohms, devo de fato apontar para uma impedância de extremidade única de 23 ohms em vez de 45, ou algo assim?

pergunta 1: Isso não parece certo

O Er padrão é 4, mas geralmente o ER do FR4 padrão é de cerca de 4,6. Embora para esse cálculo você precise do Er efetivo, porque a parte superior do rastreamento não está incorporada no FR4.

com Er = 4,6, condutor com = 0,17 mm e altura dielétrica de 0,08 mm, o Er efetivo é 3,2215. mas a Calculadora de impedância de microtrip acoplada EEWeb Edge não me fornece os mesmos valores que o solucionador de campo polar si800 ou o kit de ferramentas PCB Saturn gratuito .

use o kit de ferramentas Saturn PCB , é gratuito e pode compensar o formato trapezoidal dos traços e outras variáveis ​​do processo de produção.

pergunta 2: A impedância de rastreamento deve ser o mais próxima possível da impedância característica do cabo, do conector e da terminação na extremidade do receptor. Quaisquer descontinuidades de impedância causam reflexões e degradam o sinal. Portanto, mantenha a impedância diferencial do traço asc perdida quanto possível a 90 ohms. A impedância de extremidade única é importante, mas não tão importante, porque no cabo os sinais são transportados em um par diferencial. os resistores de terminação em série são utilizados por 4 razões principais.

1. Para reduzir a EMI, é necessário que o produto seja aprovado pela CE.
2. Absorver reflexões próximas da extremidade, como as causadas pelo conector.
3. Para controlar / reduzir o nível do sinal na extremidade do receptor, porque existem limites máximos de tensão no drive no teste de conformidade com HS-USB.
4. Para melhorar grosseiramente a proteção contra ESD (quando o sistema precisar de uma melhor proteção contra ESD, um dispositivo de fixação de baixa capacitância deve ser usado)

O único efeito indesejado é o aumento da taxa de rotação, mas a recomendação do fabricante geralmente leva isso em consideração.

Como exemplo do uso dos resistores em série para melhorar a conformidade, consulte a figura a seguir. Embora o diagrama ocular seja perfeito, o pacote do teto falhou porque ultrapassou os limites, conforme indicado pelos 3 pontos vermelhos no canto inferior direito da caixa de limites do modelo. isso ocorre porque há alguma ultrapassagem. Os resistores em série podem ser usados ​​neste caso para reduzir o overshooting.

o teste passa depois de aumentar o valor do resistor em série em 10 ohms.

Diretrizes:

• Mantenha os resistores de terminação em série o mais próximo possível dos eletrodos do dispositivo de acionamento para melhor absorção das reflexões da extremidade próxima.
• Evite executar a execução do par diferencial em uma descontinuidade do plano de terra.
• Mantenha o par diferencial longe de quaisquer vias, pastilhas ou cobre na mesma camada pelo menos três vezes a inclinação entre pares ou a altura dielétrica, a que for maior.
• simule tudo
• se você puder reutilizar um design que já esteja passando pela conformidade, faça isso não reinventar a roda.

Se você seguir as especificações e notas de aplicativos do Mfg, obterá a melhor integridade do sinal. Como o FET dentro dessa classe de chips possui baixo RdsOn (10 Ohms), mas uma tolerância maior que o desejável, uma série R deve ser adicionada, mas a impedância de rastreamento ainda deve ser de 45 Ohms + -10%

Observe que a nota do aplicativo usa 42 Ohm em temperatura ambiente para a impedância de saída do driver, incl. 29 Ohm.ext. Isso fornece um padrão de olho ideal para margem.

Observe também que, se você aumentar a espessura dielétrica, poderá usar intervalos e faixas maiores. ** Relação 2: 1 para a largura da esteira: a espessura FR4 está quase certa. **

Isso ocorre porque a impedância característica é devida a uma taxa fixa se a taxa de indutância / capacitância ou a largura da trilha / taxa de espessura da placa. O mesmo vale para o diâmetro coaxial da relação sinal / terra. A indutância distribuída relacionada à relação de aspecto do caminho e da capacitância do sinal é controlada pelos intervalos do condutor.