Quão crítico é o layout das linhas de dados USB / como é o meu layout?

Estou colocando as linhas de dados USB na minha placa no momento e só estou tentando ter uma idéia do desempenho do meu projeto. Aqui estão os detalhes:

Placa de 4 camadas (de cima: sinal, terra, planos de energia divididos, sinal)
cobre interno é 0,5 oz, cobre externo é 1 oz
o pré-impregnado entre a folha externa e o núcleo tem 7,8 mils de espessura
traços são 10 mil com espaçamento de par diferencial em 9,7 mils
O comprimento do traço do pino MCU às tampas paralelas é de cerca de 0,23 polegadas

Pretendo ter um conector USB selado no gabinete do meu dispositivo. O conector que escolhi tem um arranjo de cabeçalho vertical; portanto, tenho uma placa na qual soldo o conector e, entre isso e a placa principal, haverá um cabo de ligação em ponte.

Quanto à impedância diferencial, com base nas especificações acima, acho que devo aterrissar em algum lugar na área de 91 - 92 ohms. É verdade que os traços não ficam uniformemente espaçados o tempo todo, pois eles atravessam as tampas paralelas e os resistores em série antes de bater no conector ... mas tentei o melhor que pude.

Aqui está uma foto do layout da placa até agora:

Layout da linha de dados USB

Como isso parece? O comprimento diferente entre o par de traços é inferior a 5 mils. O que me preocupa é atrapalhar toda essa coisa de impedância diferencial ... e fazer com que o cabo de ligação entre a placa e o conector atrapalhe as coisas.

— Toby Lawrence
fonte

Você se importa de compartilhar qual MCU você está usando? Muitos com transceptores embutidos preferem nenhum componente externo na linha. Contanto que tenham o mesmo comprimento e não muito tempo, tudo ficará bem. (Acho que as folhas de dados do Microchip dizem menos de 19 cm ou algo absurdamente longo assim)

— just

E quanto tempo durará o cabo Jumper? Eu acho que esse será o elo mais fraco, se houver alguma coisa.

— justing

Você provavelmente se sairá bem com as taxas de baixa velocidade / velocidade USB usadas por muitos microcontroladores habilitados para USB. Se você tem algo que pode fazer USB 2.0 de alta velocidade, provavelmente precisará ser mais cuidadoso, embora o que você tem não pareça ruim.

— 21412 Chris Stratton

O cabo de ligação em ponte terá aproximadamente 3 polegadas de comprimento, 28AWG, não blindado. Eu também estou usando um LPC1769. A placa protótipo Embedded Artists que estou usando tem os mesmos resistores da série 33ohm e tampas paralelas de 18pF que estou usando.

— 21412 Toby Lawrence

É difícil dizer pelo desenho, mas parece que você está atravessando uma divisão no avião com esses dois sinais e não quer fazer isso. O USB usa um recebimento diferencial, mas os sinais ainda são referenciados ao plano. Mesmo se não fossem, você ainda teria ruído no modo comum para se preocupar. Provavelmente funcionará assim, mas definitivamente irradiará mais.

— Algum tipo de hardware

Supondo que você esteja usando apenas USB de baixa velocidade ou velocidade máxima, você deve ficar bem.

Geralmente, considerações sobre o layout só precisam ser tomadas se você estiver percorrendo longas distâncias (muitas polegadas) ou usando o USB-2.0. Mesmo assim, o USB é surpreendentemente tolerante.

USB 1.1 ou USB2.0 baixa / velocidade máxima
- Você realmente não precisa se preocupar. Existem histórias (possivelmente apoctográficas) de pessoas executando USB2.0 de baixa velocidade de 50 pés de cabo CAT-5 . Contanto que você mantenha seus fios de aço alguns centímetros ou menos, eu não me preocuparia.
- A vantagem mais rápida com a qual você precisará se preocupar em aplicações de velocidade baixa / máxima é de 12 Mhz. Como tal, você não está realmente se aproximando do ponto em que garantir que seus traços / fiação sejam adequadamente alinhados pela transmissão / controlado por impedância é tão importante, pelo menos enquanto suas seções gerais de impedância não controlada forem inferiores a, digamos ~ 6 " .
- Como eu disse, a maioria dos controladores USB é impressionantemente tolerante com dispositivos USB que estão amplamente fora da especificação. Se isso é algo para produção, eu gastaria o esforço para fazê-lo corretamente (há um cara por aí que tem uma placa-mãe que oferece um encaixe sibilante se algo conectado a ela se desvia das especificações em uma quantidade pequena), mas se é apenas uma placa de teste, eu diria que é só colocá-la em ordem e não se preocupar com isso.
USB2.0 de alta velocidade.
- Aqui o layout se torna mais importante. O USB2.0 de alta velocidade possui uma taxa de borda máxima de 480 Mhz. Como tal, até traços curtos começam a se aproximar do comprimento de onda dos dados e, como tal, o controle de impedância adequado se torna importante.
- Supondo que o pacote EDA tenha opções de roteamento controladas por impedância, basta definir a impedância do par diferencial como ~ 90Ω e você deve ficar bem. Tenha cuidado para garantir um plano de solo contíguo, embora
USB3.0
- Então você se odeia?

— Connor Wolf
fonte

Honestamente, existe o potencial que alguns caras que conheço podem querer isso. Eu não quero descartar vendê-lo, portanto, projetá-lo corretamente, se não for necessário que eu me esforce ridiculamente, é grande para mim. Só pretendo suportar USB 2.0 de velocidade total. Seria melhor ter a placa que o conector solda no plugue diretamente na placa principal e executar traços até a borda da placa principal? Pelo menos dessa maneira, eu poderia controlar melhor a impedância do que seria capaz com um cabo de ligação.

— Toby Lawrence