Định tuyến tốc độ cao USB 2.0 2 lớp


11

Trước hết:

  • Đây là một dự án sở thích một lần (hoặc hai lần), không có gì nghiêm trọng hơn. Nếu đây là một thiết kế thương mại, tôi sẽ đi 4 lớp ngay lập tức (mặc dù tôi sẽ không thiết kế một dự án như vậy ngay từ đầu).
  • Đi 4 lớp chỉ được chấp nhận nếu THẬT SỰ cần thiết ; các bảng như vậy có giá ít nhất gấp đôi so với số lượng này và PCB 2 lớp vẫn có giá cao hơn các thành phần kết hợp.
  • Mục tiêu là để truyền tín hiệu USB 2.0, hầu như không hề hấn gì, giữa hai đầu nối (USB-B sang USB-A, cả hai đều là nữ), không có gì nữa; PCB của tôi không thực sự sử dụng tín hiệu.

(Nếu những điểm này di chuyển bài đăng vào lãnh thổ "quá hẹp", vui lòng bỏ qua chúng :-)

Vì vậy, câu hỏi là: điều này có thể, với kết quả chấp nhận được? Tất nhiên, mục tiêu chính là cho phép liên lạc tốc độ cao (480 Mbit / s).

Theo đặc điểm kỹ thuật của USB, cặp vi sai phải có trở kháng vi sai 90 ohm và trở kháng đặc tính trên mặt đất là 30 ohm. Tuy nhiên, USB dường như chấp nhận một chút lạm dụng; một ghi chú ứng dụng SMSC (PDF) trong đó họ thảo luận về bố cục PCB 2.0 USB 2 lớp đề cập rằng trở kháng một đầu không quan trọng bằng vi sai và phạm vi "45 đến 80 ohm" có thể chấp nhận được.

Thông số kỹ thuật của bảng là 1 oz đồng, với 63 triệu FR-4 ở giữa.
Theo một số máy tính trở kháng, chẳng hạn như cái này (trừ khi tôi hiểu sai điều gì đó, cũng không hiển thị trở kháng một đầu), có vẻ như dấu vết 50 triệu với khoảng cách 10 triệu cho chênh lệch ~ 90 ohm và ~ 80 ohm Z0.
(Các giá trị đó là từ máy tính Saturn PCB Toolkit miễn phí, nhưng yêu cầu tải xuống.)

Các dấu vết sẽ theo thứ tự dài 3 inch, và có khả năng đi theo hình chữ U lộn ngược để đi gần các cạnh của bảng, để tôi có không gian để định tuyến mọi thứ khác (chỉ tín hiệu dưới MHz) mà không phá vỡ mặt phẳng mặt đất dưới dấu vết USB.

Tất nhiên tôi nhận ra rằng toàn bộ nỗ lực là một chút điên rồ; tuy nhiên, một lần nữa, đó là cho một hội đồng sở thích, và nó dường như cũng đã được thực hiện bởi các công ty nghiêm túc.
Tốc độ cao thực sự vẫn còn hơn tôi một chút, nhưng phần còn lại của dự án thì đơn giản; Tôi chỉ cần nhận được tín hiệu này trên PCB và mọi thứ khác là một miếng bánh.

Nếu bạn bỏ lỡ nó, câu hỏi chính là: điều này có thể, với kết quả chấp nhận được không?
Nếu có các phương pháp định tuyến 2 lớp tốt hơn (ví dụ, bài viết ngắn này sử dụng định tuyến ống dẫn sóng coplanar cho mục đích này), xin vui lòng cho biết. Tôi không thể tìm thấy nhiều thông tin (cả chi tiết và dễ hiểu, nhưng không có chi tiết hoặc phương trình / máy tính đề cập) về điều này cả.


Nếu bo mạch hoàn toàn không sử dụng tín hiệu USB, nó có phải là một tùy chọn để đặt hai đầu nối cạnh nhau không?
Anindo Ghosh

@AnindoGhosh hmm vâng, tôi đoán vậy! Tôi cho rằng việc "nối tiếp" với dây cáp sẽ rất tuyệt, nhưng điều đó hoàn toàn không có yêu cầu, bây giờ bạn đề cập đến nó.
exscape

Sau đó đặt chúng đủ gần để chỉ cho phép các đầu nối phòng thở theo thông số kỹ thuật USB và đặt các dấu vết mỡ ngắn giữa chúng, tốt nhất là có chiều dài bằng nhau. Tôi sẽ đặt chúng ở các góc vuông với nhau ở một góc của bảng, sao cho toàn bộ thiết lập không can thiệp vào phần còn lại của PCB của tôi.
Anindo Ghosh

@AnindoGhosh Điều đó mang lại cho tôi ~ 330 triệu dấu vết giữa các chân, hoặc như vậy. Chúng vẫn cách nhau 50 triệu / 10 triệu. Một cái gì đó như thế này: i.imgur.com/GVy7j.png (VBUS là một trong những điều chưa từng có, tất nhiên.) Ít nhất là theo một số quy tắc của ngón tay cái, ở thời điểm tăng 500 ps, ​​điều này có thể nằm dưới vấn đề đường truyền. .?
exscape

1
Các hiệu ứng đường truyền trong trường hợp này sẽ không đáng kể. Mối quan tâm duy nhất có thể, nếu bạn vẫn muốn điều gì đó phải lo lắng, đó là độ dài tích lũy của hai cáp USB mà bạn gắn vào hai cổng có thể vượt quá độ dài tối đa được đề xuất cho USB.
Anindo Ghosh

Câu trả lời:


11

Tóm tắt dấu vết nhận xét như một câu trả lời :

Yêu cầu là bố trí PCB để truyền qua giữa các đầu nối USB2.0 A và B trên PCB. Phần còn lại của mạch trên PCB không tương tác với đường dẫn tín hiệu USB.

Đề xuất giải pháp :

Bằng cách thay đổi sự sắp xếp vật lý của hai ổ cắm để gần nhau hơn là ở hai phía đối diện của bảng như dự kiến ​​ban đầu, chiều dài dấu vết tín hiệu và mối quan tâm về hiệu ứng truyền được giảm bớt.

Hơn nữa, bằng cách đặt hai đầu nối ở góc phải với nhau, tại một góc của khu vực bảng, cần phải chừa khoảng trống giữa chúng để cho phép cắm cáp, được giải quyết: Các cáp sẽ được kết nối dọc theo các cạnh khác nhau của hội đồng quản trị và sẽ không chạm vào nhau.

Điều này cũng cho phép đơn giản hóa việc định tuyến:

  • Đề xuất cho các đường dẫn tín hiệu có độ dài bằng nhau vốn đã được giải quyết
  • Sự sắp xếp không can thiệp vào phần còn lại của bố trí PCB, vì nó bị tắt ở một góc
  • Với chiều dài dấu vết nhỏ được chỉ định, hiệu ứng đường truyền và ăng ten không đáng kể đối với truyền tốc độ cao USB 2.0

Bố trí góc của ổ cắm USB (như được đăng bởi OP).


Mối quan tâm có thể cần giải quyết :

  • Độ bền vật lý của PCB để đối phó với các căng thẳng của việc chèn cáp lặp đi lặp lại - Một bu lông lắp ở góc giữa các đầu nối sẽ giải quyết vấn đề này.
  • Tổng chiều dài hiệu quả của cáp USB, thêm cáp bên A và bên B, có thể vượt quá chiều dài cáp tối đa USB. Phần PCB rất ngắn sẽ chỉ hoạt động như một phần mở rộng của cáp.
  • Các giải pháp sáng tạo cần thiết cho đấm bốc phù hợp với bảng với các đầu nối ở góc.

1
Cách tiếp cận hai góc có thể gây khó khăn cho việc đóng hộp nguyên mẫu.
Scott Seidman
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.