Introduction : Défis de conception USB SuperSpeed
L'USB a évolué d'une simple interface 12 Mbps à un protocole série haute vitesse capable de 20+ Gbps. Les interfaces USB 3.x SuperSpeed utilisent une signalisation différentielle avec des exigences d'impédance strictes, rendant la conception PCB critique pour un fonctionnement fiable.
Évolution de la vitesse USB
Ce guide se concentre sur les exigences de disposition SuperSpeed (USB 3.x) tout en couvrant également les signaux USB 2.0 hérités qui doivent coexister dans chaque conception USB 3.x. Comprendre les deux est essentiel pour la conformité et l'interopérabilité.
Aperçu des normes USB
La convention de dénomination USB a été source de confusion, avec de multiples refontes de marque. Comprendre la dénomination actuelle aide à éviter la confusion des spécifications.
Résumé des spécifications USB
| Nom commercial | Nom technique | Vitesse | Voies |
|---|---|---|---|
| USB 5Gbps | USB 3.2 Gen 1 | 5 Gbps | 1 |
| USB 10Gbps | USB 3.2 Gen 2 | 10 Gbps | 1 |
| USB 20Gbps | USB 3.2 Gen 2x2 | 20 Gbps | 2 |
| USB 40Gbps | USB4 Gen 3x2 | 40 Gbps | 2 |
| USB 80Gbps | USB4 Gen 4 | 80 Gbps | 2 |
Considérations USB Type-C
- Type-C est réversible — les deux orientations doivent fonctionner correctement
- Les broches CC déterminent l'orientation et le mode du câble
- USB4 et Thunderbolt 3/4 nécessitent des connecteurs Type-C
- Les modes alternatifs (DisplayPort, Thunderbolt) utilisent les mêmes signaux
Exigences de contrôle d'impédance
USB SuperSpeed nécessite un contrôle d'impédance précis pour l'impédance asymétrique et différentielle. La tolérance d'impédance est stricte et doit être maintenue tout au long du chemin du signal.
Spécifications d'impédance USB
SuperSpeed (USB 3.x)
- • Différentielle : 90Ω ±7% (85-95Ω)
- • Asymétrique : 45Ω ±10%
- • Décalage intra-paire : <15 ps
- • Perte d'insertion max : 8 dB @ 2,5 GHz
USB 2.0
- • Différentielle : 90Ω ±15%
- • Asymétrique : 45Ω
- • Moins critique que SuperSpeed
- • Nécessite toujours une impédance contrôlée
Architecture des signaux USB
Comprendre l'architecture des signaux USB est essentiel pour une conception PCB correcte. USB 3.x utilise à la fois les signaux USB 2.0 hérités et les paires différentielles SuperSpeed dans le même connecteur.
Groupes de signaux USB 3.x
Signaux USB 2.0 hérités
- • D+/D-: Signaux haute vitesse 480 Mbps, différentiel 90Ω
- • Utilisés pour la rétrocompatibilité et les appareils USB 2.0
- • Coexistent avec les signaux SuperSpeed
Paires TX/RX SuperSpeed (USB 3.x)
- • SSTX+/SSTX-: Paire différentielle de transmission SuperSpeed
- • SSRX+/SSRX-: Paire différentielle de réception SuperSpeed
- • Chaque paire : impédance différentielle 90Ω ±7%
- • Communication full-duplex (TX et RX simultanés)
Importance de l'isolation des signaux
Les signaux USB 2.0 et USB 3.x SuperSpeed doivent rester séparés pour éviter la diaphonie. Les paires TX et RX SuperSpeed doivent également rester isolées. Utilisez la séparation par plan de masse et un espacement suffisant pour maintenir l'intégrité du signal.
Directives de routage de paires différentielles
Un routage correct des paires différentielles est essentiel pour l'intégrité du signal USB SuperSpeed. Suivez ces directives pour garantir une impédance différentielle de 90Ω/100Ω, une symétrie et minimiser la diaphonie.
Règles de routage de paires différentielles
Bonnes pratiques
- • Couplage serré: Maintenir l'espacement des traces à 3× la largeur (règle 3W)
- • Routage symétrique: Faire correspondre les courbes, vias et coins
- • Couche de référence: Utiliser un plan de masse continu sous toute la trace
- • Éviter les talons: Minimiser la longueur de via inutilisée
À éviter
- • Longueurs asymétriques: >15 ps de décalage intra-paire
- • Virages à 90°: Utiliser des coins à 45° ou en arc
- • Changements de couche: Minimiser les transitions via
- • Proximité aux sources de bruit: Éloigner des alimentations à découpage
Objectifs d'impédance
USB 3.x SuperSpeed
- • Différentielle : 90Ω ±7Ω
- • Asymétrique : 45Ω ±4,5Ω
USB 2.0
- • Différentielle : 90Ω ±13,5Ω
- • Tolérance plus large
Exigences de correspondance de longueur
Les interfaces USB SuperSpeed nécessitent une correspondance de longueur précise pour minimiser le décalage du signal. Différentes vitesses USB ont des exigences différentes pour la correspondance de longueur intra-paire et inter-paire.
Spécifications de correspondance de longueur USB
| Norme USB | Décalage intra-paire | Décalage inter-paire | Longueur max |
|---|---|---|---|
| USB 2.0 | Non critique | N/A | 10 pouces (PCB) |
| USB 3.0 Gen 1 | <15 ps | <100 ps | 8 pouces (PCB) |
| USB 3.1 Gen 2 | <10 ps | <50 ps | 6 pouces (PCB) |
| USB 3.2 Gen 2x2 | <10 ps | <25 ps | 4 pouces (PCB) |
Correspondance intra-paire (plus critique)
- • Les deux traces d'une paire différentielle doivent avoir la même longueur
- • Cible USB 3.x : <15 ps (<3 mm @ Er=4,0)
- • Utiliser un serpentement pour l'ajustement fin
- • Vérifier le calcul du décalage dans l'outil EDA
Correspondance inter-paire (secondaire)
- • Différence de longueur entre les paires TX et RX
- • Exigence USB 3.0 : <100 ps
- • Exigences USB 3.1/3.2 plus strictes
- • Moins critique que la correspondance intra-paire
Techniques de correspondance de longueur
- Serpentement: Ajouter des serpentements contrôlés pour compenser la longueur. Maintenir des angles de 45°, éviter les serpentements trop agressifs
- Longueur tolérée: Planifier les chemins de routage en tenant compte des différences de longueur naturelles et de la marge de correspondance
- Validation outil EDA: Utiliser les contrôles de règles de conception (DRC) et les règles haute vitesse pour valider la conformité de correspondance de longueur
Directives de Conception de Connecteur USB
La conception de la disposition du connecteur USB sur le PCB est essentielle pour l'intégrité du signal, la fiabilité mécanique et les performances CEM. Une conception appropriée du boîtier du connecteur, une disposition des pastilles et une stratégie de mise à la terre sont essentielles pour atteindre la conformité aux spécifications USB et la fiabilité.
Meilleures Pratiques de Disposition du Connecteur
- Utiliser le Boîtier Recommandé: Toujours utiliser la conception de boîtier PCB officielle fournie par le fabricant du connecteur, y compris les dimensions correctes des pastilles, l'espacement et les emplacements des trous de montage mécaniques
- Mise à la Terre du Blindage: Le boîtier du connecteur USB doit être connecté à la masse du PCB en utilisant plusieurs vias (4-8 recommandés) directement sous le connecteur vers le plan de masse pour un chemin à faible impédance
- Zone de Dégagement de Maintien: Maintenir au moins 1 mm de zone sans cuivre (USB 2.0) ou 1,5-2 mm (USB 3.x) autour du connecteur pour éviter le couplage avec les traces adjacentes et les composants et les interférences mécaniques potentielles
- Renforcement Mécanique: Pour les connecteurs fréquemment insérés, utiliser un montage traversant ou des trous oblongs métallisés pour une résistance mécanique accrue, et envisager d'ajouter des couches de cuivre plus épaisses ou des plaques métalliques sous le connecteur pour un support supplémentaire
Considérations Spéciales USB Type-C
Les connecteurs USB Type-C nécessitent une attention supplémentaire en raison de leur réversibilité et du nombre élevé de broches. Les broches CC (canal de configuration) nécessitent des résistances de pull-up/pull-down appropriées, et les broches SBU (bus auxiliaire) nécessitent un routage approprié en fonction de l'application.
- • Les broches CC nécessitent une résistance de pull-down de 5,1 kΩ (UFP) ou de pull-up de 56 kΩ (DFP)
- • Les broches VBUS nécessitent une largeur de trace suffisante pour supporter le courant (jusqu'à 5A pour USB PD)
- • Les signaux SuperSpeed doivent maintenir une impédance différentielle de 90Ω et être correctement appariés en longueur
Conception de Protection ESD
Les interfaces USB sont particulièrement vulnérables aux décharges électrostatiques (ESD) car ce sont des connecteurs accessibles de l'extérieur. Une protection ESD appropriée est essentielle pour garantir la fiabilité du produit et se conformer aux normes internationales telles que IEC 61000-4-2 (±8kV contact, ±15kV air).
Stratégies de Protection ESD
- Placement du Diode TVS: Placer les diodes TVS (suppresseur de tension transitoire) aussi près que possible du connecteur USB (<10 mm idéal). Utiliser des traces courtes et directes vers les lignes de signal et des connexions directes à la masse via plusieurs vias pour minimiser l'inductance parasite
- Spécifications TVS Appropriées: Utiliser un TVS à faible capacité (<5pF) pour USB 2.0 pour éviter la dégradation du signal. Pour USB 3.x SuperSpeed, utiliser un TVS à capacité ultra-faible (<0,5pF) pour maintenir l'intégrité du signal. Assurez-vous que la tension de claquage est supérieure à VBUS (généralement 6V) mais inférieure au seuil de dommage du CI
- Protection contre les Surintensités VBUS: Mettre en œuvre un fusible réarmable (PPTC) ou un CI de limitation de courant dans la ligne VBUS. Minimum 500mA pour les ports hôtes USB 2.0, 900mA pour USB 3.x, 1,5A-5A pour USB PD selon le profil. Inclure une protection contre les transitoires (TVS ou MOV) pour les surtensions
- Protection Multicouche: Pour les applications critiques, mettre en œuvre une protection ESD multicouche : TVS primaire au connecteur, résistance en série (22-33Ω) dans les traces de signal pour la limitation de courant, et TVS secondaire à l'IC ou protection ESD intégrée au circuit
Directives de Disposition PCB ESD
- • Placer les diodes TVS dans le chemin du signal entre le connecteur et la puce
- • Utiliser un réseau de vias de masse dédié (minimum 2, 4-6 recommandés) pour les connexions de masse TVS
- • Assurer la continuité du plan de masse - éviter les divisions dans le chemin de masse entre le TVS et le connecteur
- • Utiliser une disposition TVS symétrique pour les paires différentielles USB 3.x pour maintenir l'équilibre d'impédance
- • Envisager d'utiliser des CI de protection ESD USB dédiés avec protection intégrée dans des environnements à haut risque
Considérations de Conception d'Alimentation USB
USB Power Delivery (USB PD) permet à USB de fournir jusqu'à 100W (20V @ 5A) de puissance, bien au-delà des capacités USB traditionnelles. Une conception appropriée du chemin d'alimentation, une dimensionnement des traces VBUS, un découplage et une régulation de tension sont essentiels pour des systèmes USB haute puissance fiables.
Niveaux de Puissance USB PD
| Profil de Puissance | Tension | Courant | Puissance |
|---|---|---|---|
| USB 2.0/3.x | 5V | 0.5A / 0.9A | 2.5W / 4.5W |
| USB Type-C 1.5A | 5V | 1.5A | 7.5W |
| USB Type-C 3.0A | 5V | 3.0A | 15W |
| USB PD 3.0 (SPR) | 5V/9V/15V/20V | Jusqu'à 5A | Jusqu'à 100W |
| USB PD 3.1 (EPR) | 28V/36V/48V | Jusqu'à 5A | Jusqu'à 240W |
Conception de Trace VBUS
- • Utiliser une largeur de trace appropriée : ≥20mil (0,5A), ≥40mil (1,5A), ≥80mil (3A), ≥120mil (5A) sur cuivre 1oz
- • Minimiser la longueur de la trace VBUS pour réduire la chute IR et les EMI
- • Envisager d'utiliser plusieurs couches en parallèle ou un cuivre plus épais (2oz+) pour les applications à courant élevé
- • Inclure un fusible ou une limitation de courant dans le chemin VBUS pour la protection contre les surintensités
Découplage et Filtrage
- • Placer un condensateur de grande capacité (100-220µF) au connecteur pour les charges transitoires
- • Ajouter des condensateurs céramiques (10µF + 0,1µF) pour le découplage haute fréquence
- • Utiliser une bobine en mode commun pour réduire les EMI, en particulier pour les longs câbles
- • Placer des condensateurs de découplage entre le contrôleur USB PD et VBUS
Intégration du Contrôleur USB PD
USB PD nécessite un CI de contrôleur dédié pour gérer la négociation de tension, la communication des broches CC et la gestion de l'alimentation. Le placement et le routage appropriés du contrôleur sont essentiels pour un fonctionnement fiable.
- • Placer le contrôleur USB PD près du connecteur Type-C (<50 mm idéal)
- • Les traces des broches CC doivent être courtes (<25 mm) et à impédance contrôlée (~50Ω asymétrique)
- • Suivre le schéma de découplage recommandé par le fabricant sur le CI du contrôleur
- • Si le contrôleur gère la commutation VBUS, assurer une conception thermique adéquate (zone de cuivre, vias thermiques)
Conception de Conformité CEM
La conformité à la compatibilité électromagnétique (CEM) est essentielle pour les appareils USB afin de garantir qu'ils ne génèrent pas d'interférences électromagnétiques (EMI) excessives et qu'ils fonctionnent correctement en présence d'interférences externes. Les appareils USB doivent être conformes à la partie 15 de la FCC (États-Unis), au marquage CE (Europe) et à d'autres normes régionales qui imposent des limites strictes sur les émissions rayonnées et conduites.
Normes CEM Principales
Exigences d'Émission
- • FCC Part 15 Class A/B
- • CISPR 32 Class A/B
- • EN 55032 (Europe)
- • VCCI (Japan)
- • KCC (Korea)
Exigences d'Immunité
- • IEC 61000-4-2 (ESD)
- • IEC 61000-4-3 (Radiated RF)
- • IEC 61000-4-4 (EFT/Burst)
- • IEC 61000-4-5 (Surge)
- • IEC 61000-4-6 (Conducted RF)
Techniques de Disposition CEM
- • Utiliser un plan de masse solide comme référence pour minimiser l'impédance du chemin de retour et le rayonnement
- • Maintenir les paires différentielles USB étroitement couplées et symétriquement routées pour réduire le rayonnement en mode différentiel
- • Éviter les divisions ou lacunes de plan sous ou à proximité des signaux USB pour éviter les discontinuités
- • Utiliser des condensateurs de découplage de 0,1µF et 0,01µF, placés près du connecteur et des broches du CI
- • Placer des vias de masse sous les traces USB (tous les 100-200mil) pour créer un chemin de retour à faible impédance
Blindage et Mise à la Terre
- • Utiliser des connecteurs avec boîtier métallique connecté à 360° à la masse du PCB via plusieurs points de masse (4+ vias)
- • Mettre en œuvre la mise à la terre du boîtier du connecteur pour dériver les EMI vers le châssis (utiliser un condensateur de sécurité de 1-10nF)
- • Placer une bobine en mode commun ou des perles de ferrite près du port USB pour supprimer le bruit haute fréquence
- • Si des câbles blindés sont utilisés, assurer une terminaison correcte du blindage du connecteur (point unique ou multipoint selon la fréquence)
- • Ajouter des traces de garde à la masse pour les traces USB, espacées de 3 à 5 fois la largeur de trace pour réduire la diaphonie et le rayonnement
Stratégies de Filtrage CEM
Filtrage en Mode Commun : Les bobines en mode commun (CMC) sont essentielles pour réduire les émissions conduites et rayonnées sur les câbles USB. Utiliser un CMC de 90-600Ω (@100MHz) pour USB 2.0, un CMC à ultra-faible DCR (<0,3Ω) et faible perte d'insertion pour USB 3.x. Placer le CMC près du connecteur (<20 mm) pour capturer le bruit avant qu'il ne se couple au câble.
Filtrage en Mode Différentiel : Bien que la spécification USB interdise les résistances en série sur les lignes différentielles (dégraderait l'intégrité du signal), les filtres LC sur VBUS et GND peuvent être utilisés pour réduire les émissions conduites. Filtre VBUS typique : inductance de 10-100µH + condensateur de 100-470µF. Assurez-vous que les composants du filtre sont adaptés aux tensions USB PD (jusqu'à 20-48V) et aux niveaux de courant.
Application de Perles de Ferrite : Les perles de ferrite peuvent être utilisées de manière sélective sur la ligne VBUS pour atténuer le bruit haute fréquence (sélectionner des perles avec une impédance élevée dans la plage 100MHz-1GHz). Évitez d'utiliser des perles de ferrite sur les lignes de signal différentielles car elles introduisent une asymétrie et dégradent la qualité du signal. Pour le découplage des broches d'alimentation, utilisez des perles dont l'impédance atteint un pic aux fréquences EMI cibles.
Tests et Validation CEM
Les tests EMC précoces sont essentiels pour éviter des reconceptions coûteuses. Les tests de pré-conformité au début du cycle de conception peuvent identifier les problèmes. Les tests clés incluent les émissions rayonnées (30MHz-6GHz), les émissions conduites (150kHz-30MHz), les ESD (±8kV contact/±15kV air) et les tests d'immunité. Utilisez un analyseur de spectre pour les scans EMI préliminaires et effectuez des tests EMC complets avant la certification.
- • Effectuer des tests d'émission rayonnée avec et sans câble USB connecté (le câble peut agir comme une antenne)
- • Tester divers modes de fonctionnement : inactif, transfert de données en masse, négociation USB PD et transfert de puissance maximale
- • Documenter toutes les configurations de filtres, les méthodes de blindage et les stratégies de mise à la terre pour référence de production
- • Envisager d'utiliser des sondes en champ proche pour le débogage EMI au niveau de la carte afin d'isoler les sources de bruit
Erreurs Courantes de Disposition PCB
Même les concepteurs expérimentés commettent des erreurs dans la disposition USB haute vitesse. Comprendre ces pièges courants peut économiser beaucoup de temps de débogage et éviter des retouches PCB coûteuses. Voici les erreurs de conception USB les plus fréquentes et comment les éviter.
Problèmes de Désadaptation d'Impédance
- • Erreur : Utiliser la largeur de trace par défaut sans calculer l'impédance réelle, entraînant 90Ω au lieu des 90±10% requis
- • Solution : Toujours utiliser un calculateur d'impédance ou confirmer les paramètres d'empilement avec le fabricant de PCB (Er, hauteur, épaisseur de cuivre)
- • Erreur : Oublier de tenir compte de l'effet du masque de soudure et de la finition de surface sur l'impédance (peut changer de 5-10%)
- • Erreur : Créer des discontinuités d'impédance aux transitions de via ou de connecteur, provoquant des réflexions et une fermeture du diagramme en œil
- • Solution : Utiliser des vias à impédance contrôlée (back-drill, pads compensés) et vérifier que l'empreinte du connecteur correspond aux courbes d'impédance de la fiche technique
Erreurs de Correspondance de Longueur
- • Erreur : Faire correspondre uniquement la longueur totale de D+ et D- en ignorant le décalage de chaque segment, entraînant un retard de propagation différent entre les couches
- • Solution : Faire correspondre ±5mil dans chaque segment de couche, en particulier pour les paires USB 3.x SuperSpeed (±2mil)
- • Erreur : Utiliser des méandres avec des coudes à 90° nets, introduisant des discontinuités d'impédance et des EMI supplémentaires
- • Solution : Utiliser des méandres à 45° ou en arc (rayon de courbure ≥3× largeur de trace), maintenir l'espacement des paires dans les segments de méandre
- • Erreur : Router sur plusieurs couches sans tenir compte des différences de vitesse de propagation, entraînant un décalage inattendu
Problèmes de Placement du Connecteur
- • Erreur : Placer le connecteur USB près du bord du PCB sans entourer suffisamment de masse, entraînant des EMI rayonnées
- • Solution : Fournir un plan de masse solide à moins de 20 mm autour du connecteur, utiliser une clôture de vias de masse (espacement <λ/20)
- • Erreur : Router d'autres signaux à haute vitesse entre le connecteur et le CI contrôleur, entraînant une diaphonie et un couplage de bruit
- • Solution : Garder le chemin de signal USB clair et isolé, utiliser des traces de garde à la masse ou placer les traces USB sur une couche dédiée
- • Erreur : Ne pas connecter correctement le boîtier du connecteur à la masse du châssis, manquant un chemin de blindage EMI crucial
Autres Erreurs Critiques
- • Erreur : Placer des divisions de plan ou des plans d'alimentation sous ou près des paires différentielles USB, perturbant la continuité du chemin de retour
- • Erreur : Négliger les exigences de capacité d'alimentation VBUS dans la conception USB 3.x, entraînant une chute de tension et des échecs de connexion
- • Erreur : Utiliser des condensateurs de découplage excessifs ou mal placés, créant une résonance et dégradant la qualité du signal
- • Erreur : Ne pas implémenter les résistances CC correctes pour USB Type-C, entraînant des échecs de détection de rôle
- • Erreur : Exposer les signaux USB sans protection ESD adéquate, entraînant des défaillances sur le terrain et des problèmes de fiabilité
Meilleures Pratiques pour Éviter les Erreurs
- • Toujours consulter les fiches techniques du CI contrôleur USB et du connecteur avant de commencer la disposition pour connaître les exigences de conception spécifiques
- • Utiliser la vérification des règles de conception (DRC) pour appliquer les contraintes critiques : impédance, correspondance de longueur, espacement et dégagement
- • Effectuer une simulation d'intégrité du signal (SPICE, IBIS) avant la fabrication du PCB pour vérifier le diagramme en œil et les marges de synchronisation
- • Effectuer des revues par les pairs pour les conceptions initiales afin de détecter les oublis courants, en particulier pour les implémentations USB 3.x et Type-C
- • Documenter les décisions de conception et les compromis pour référence future et pour aider à déboguer les problèmes potentiels
Liste de Contrôle de Conception USB Haute Vitesse
Utilisez cette liste de contrôle complète pour garantir que votre conception USB fonctionne du premier coup. Cette approche systématique couvre tous les aspects critiques de la planification initiale à la fabrication finale.
Planification Avant Disposition
- □ Confirmer la norme et la classe de vitesse USB (USB 2.0, 3.0, 3.1 Gen 1/2, 3.2, 4.0)
- □ Consulter la fiche technique du CI contrôleur USB pour la disposition recommandée et les exigences d'impédance
- □ Sélectionner un connecteur avec les bonnes caractéristiques d'impédance (vérifier les données de paramètres S du fabricant)
- □ Confirmer les paramètres d'empilement avec le fabricant de PCB (Er, hauteur, poids du cuivre, tolérances)
- □ Calculer la largeur et l'espacement des traces pour l'impédance contrôlée (USB 2.0 : 90Ω différentiel, USB 3.x : 90Ω±7%)
- □ Déterminer les besoins en alimentation et la capacité USB PD (si applicable)
- □ Planifier la stratégie de protection ESD (emplacement et valeurs des diodes TVS)
Liste de Contrôle de Routage
- □ Router D+ et D- en paire différentielle, couplage par bord, espacement uniforme
- □ Router sur un plan de référence continu (ne pas traverser de divisions de plan)
- □ Garder les traces aussi courtes et directes que possible (USB 2.0 <12 pouces, USB 3.x <6 pouces recommandé)
- □ Correspondance de longueur intra-paire ±5mil (USB 2.0) ou ±2mil (USB 3.x SuperSpeed)
- □ Utiliser des méandres à 45° ou en arc pour la correspondance de longueur (éviter les coudes à 90° nets)
- □ Utiliser des vias à impédance contrôlée (back-drill pour USB 3.x, minimiser la longueur des talons)
- □ Placer des vias de masse à chaque transition de couche (espacement <λ/20)
- □ Maintenir un espacement minimal des autres signaux à haute vitesse (≥3× largeur de trace)
- □ Vérifier que l'empreinte du connecteur correspond à la fiche technique et au modèle d'impédance
Liste de Contrôle de Vérification
- □ Exécuter DRC pour vérifier les règles d'impédance, d'espacement et de dégagement
- □ Vérifier l'impédance des traces avec calculateur d'impédance (considérer le masque de soudure et la finition)
- □ Vérifier le rapport de correspondance de longueur (décalage intra-paire et inter-paire)
- □ Effectuer une simulation d'intégrité du signal (SPICE/IBIS) pour vérifier le diagramme en œil et la synchronisation
- □ Vérifier la continuité du chemin de retour (pas de divisions de plan, densité de vias suffisante)
- □ Vérifier le placement et les valeurs des composants de protection ESD (tension de clampage TVS < valeur nominale des lignes de données)
- □ Vérifier le placement des condensateurs de découplage (<10 mm vers les broches d'alimentation de CI, plusieurs valeurs)
- □ Vérifier la connexion du blindage du connecteur à la masse du châssis (chemin à faible impédance)
- □ Pour USB Type-C, vérifier les valeurs de résistance de tirage vers le haut/bas sur les broches CC (Rd=5,1kΩ, Rp=56/22/10kΩ)
Liste de Contrôle de Fabrication
- □ Spécifier les exigences d'impédance contrôlée dans les documents de fabrication (différentiel 90Ω±7%)
- □ Demander des coupons de test d'impédance et un rapport (mesure TDR)
- □ Confirmer la définition du masque de soudure (SMOBC pour les traces à impédance contrôlée)
- □ Spécifier la finition de surface (ENIG recommandé pour les signaux haute vitesse)
- □ Marquer les vias pour le back-drilling si nécessaire (réduire les talons pour USB 3.x)
- □ Inclure les exigences IPC-A-600 Classe 2 ou 3 dans les notes de fabrication
- □ Commander des tests électriques pour les prototypes (sonde volante ou fixation)
Conseils d'Utilisation de la Liste de Contrôle
- • Imprimez ou enregistrez cette liste de contrôle comme référence à chaque étape de conception
- • Personnalisez la liste de contrôle pour votre implémentation USB spécifique (supprimez les éléments non applicables)
- • Faites vérifier les éléments critiques par une deuxième personne lors des revues par les pairs
- • Documentez toute déviation ou exception lors de la réalisation de chaque élément
- • Mettez à jour la liste de contrôle en fonction des leçons apprises de chaque projet
Points clés
- USB SuperSpeed nécessite une impédance différentielle de 90Ω ±7%
- Le décalage intra-paire est plus critique que la correspondance inter-paire
- La sortie du connecteur est la zone de routage la plus difficile
- La protection ESD est essentielle et doit préserver l'intégrité du signal
- Type-C ajoute de la complexité avec l'orientation et les modes alternatifs
- USB PD nécessite une conception soigneuse des pistes d'alimentation pour les courants élevés
Ressources associées
Utilisez nos outils pour la conception d'interfaces USB :