Introduzione: Sfide di Progettazione USB SuperSpeed
L'USB si è evoluto da una semplice interfaccia da 12 Mbps a un protocollo seriale ad alta velocità capace di 20+ Gbps. Le interfacce USB 3.x SuperSpeed utilizzano la segnalazione differenziale con requisiti di impedenza rigorosi, rendendo il layout PCB critico per un funzionamento affidabile.
Evoluzione della Velocità USB
Questa guida si concentra sui requisiti di layout SuperSpeed (USB 3.x) coprendo anche i segnali legacy USB 2.0 che devono coesistere in ogni progetto USB 3.x. Comprendere entrambi è essenziale per la conformità e l'interoperabilità.
Panoramica degli Standard USB
La convenzione di denominazione USB è stata confusa, con molteplici rebrand. Comprendere la denominazione attuale aiuta a evitare confusione nelle specifiche.
Riepilogo delle Specifiche USB
| Nome di Marketing | Nome Tecnico | Velocità | Corsie |
|---|---|---|---|
| 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 |
Considerazioni su USB Type-C
- Type-C è reversibile—entrambe le orientazioni devono funzionare correttamente
- I pin CC determinano l'orientamento e la modalità del cavo
- USB4 e Thunderbolt 3/4 richiedono connettori Type-C
- Le modalità alternative (DisplayPort, Thunderbolt) utilizzano gli stessi segnali
Requisiti di Controllo dell'Impedenza
USB SuperSpeed richiede un controllo preciso dell'impedenza sia per l'impedenza single-ended che differenziale. La tolleranza dell'impedenza è ristretta e deve essere mantenuta lungo tutto il percorso del segnale.
Specifiche di Impedenza USB
SuperSpeed (USB 3.x)
- • Differential: 90Ω ±7% (85-95Ω)
- • Single-ended: 45Ω ±10%
- • Intra-pair skew: <15 ps
- • Max insertion loss: 8 dB @ 2.5 GHz
USB 2.0
- • Differential: 90Ω ±15%
- • Single-ended: 45Ω
- • Less critical than SuperSpeed
- • Still requires controlled impedance
Architettura del Segnale USB
Comprendere l'architettura del segnale USB è essenziale per un layout PCB corretto. USB 3.x utilizza sia segnali legacy USB 2.0 che coppie differenziali SuperSpeed nello stesso connettore.
Gruppi di Segnali USB 3.x
Segnali Legacy USB 2.0
- • D+/D-: Segnali ad alta velocità 480 Mbps, differenziale 90Ω
- • Utilizzati per la retrocompatibilità e i dispositivi USB 2.0
- • Coesistono con i segnali SuperSpeed
Coppie TX/RX SuperSpeed (USB 3.x)
- • SSTX+/SSTX-: Coppia differenziale di trasmissione SuperSpeed
- • SSRX+/SSRX-: Coppia differenziale di ricezione SuperSpeed
- • Ogni coppia: impedenza differenziale 90Ω ±7%
- • Comunicazione full-duplex (TX e RX simultanei)
Importanza dell'Isolamento del Segnale
I segnali USB 2.0 e USB 3.x SuperSpeed devono rimanere separati per prevenire il crosstalk. Anche le coppie TX e RX SuperSpeed devono rimanere isolate. Utilizzare la separazione del piano di massa e una spaziatura sufficiente per mantenere l'integrità del segnale.
Linee Guida per il Routing di Coppie Differenziali
Il routing corretto delle coppie differenziali è cruciale per l'integrità del segnale USB SuperSpeed. Seguire queste linee guida per garantire impedenza differenziale di 90Ω/100Ω, simmetria e minimizzare il crosstalk.
Regole di Routing di Coppie Differenziali
Migliori Pratiche
- • Accoppiamento Stretto: Mantenere la spaziatura delle tracce a 3× la larghezza (regola 3W)
- • Routing Simmetrico: Abbinare curve, via e angoli
- • Strato di Riferimento: Utilizzare un piano di massa continuo sotto tutta la traccia
- • Evitare Stub: Minimizzare la lunghezza di via non utilizzata
Da Evitare
- • Lunghezze Diseguali: >15 ps di skew intra-coppia
- • Curve a 90°: Utilizzare angoli a 45° o ad arco
- • Cambi di Strato: Minimizzare le transizioni via
- • Prossimità a Fonti di Rumore: Allontanare dalle alimentazioni switching
Obiettivi di Impedenza
USB 3.x SuperSpeed
- • Differenziale: 90Ω ±7Ω
- • Single-Ended: 45Ω ±4.5Ω
USB 2.0
- • Differenziale: 90Ω ±13.5Ω
- • Tolleranza Più Ampia
Requisiti di Corrispondenza di Lunghezza
Le interfacce USB SuperSpeed richiedono una corrispondenza di lunghezza precisa per minimizzare lo skew del segnale. Diverse velocità USB hanno requisiti diversi per la corrispondenza di lunghezza intra-coppia e inter-coppia.
Specifiche di Corrispondenza di Lunghezza USB
| Standard USB | Skew Intra-Coppia | Skew Inter-Coppia | Lunghezza Max |
|---|---|---|---|
| USB 2.0 | Non Critico | N/A | 10 pollici (PCB) |
| USB 3.0 Gen 1 | <15 ps | <100 ps | 8 pollici (PCB) |
| USB 3.1 Gen 2 | <10 ps | <50 ps | 6 pollici (PCB) |
| USB 3.2 Gen 2x2 | <10 ps | <25 ps | 4 pollici (PCB) |
Corrispondenza Intra-Coppia (Più Critica)
- • Entrambe le tracce di una coppia differenziale devono avere la stessa lunghezza
- • Obiettivo USB 3.x: <15 ps (<3 mm @ Er=4.0)
- • Utilizzare serpentine per regolazioni fini
- • Verificare il calcolo dello skew nello strumento EDA
Corrispondenza Inter-Coppia (Secondaria)
- • Differenza di lunghezza tra coppie TX e RX
- • Requisito USB 3.0: <100 ps
- • Requisiti USB 3.1/3.2 più rigorosi
- • Meno critico della corrispondenza intra-coppia
Tecniche di Corrispondenza di Lunghezza
- Serpentine: Aggiungere serpentine controllate per compensare la lunghezza. Mantenere angoli di 45°, evitare serpentine troppo aggressive
- Lunghezza di Slack: Pianificare i percorsi di routing considerando le differenze di lunghezza naturali e il margine di corrispondenza
- Validazione Strumento EDA: Utilizzare controlli delle regole di progettazione (DRC) e regole ad alta velocità per validare la conformità della corrispondenza di lunghezza
Linee Guida per la Progettazione del Connettore USB
Il design del layout del connettore USB sul PCB è fondamentale per l'integrità del segnale, l'affidabilità meccanica e le prestazioni EMC. Un design appropriato del footprint del connettore, del layout dei pad e della strategia di messa a terra sono essenziali per ottenere la conformità alle specifiche USB e l'affidabilità.
Best Practice per il Layout del Connettore
- Utilizzare Footprint Consigliato: Utilizzare sempre il design del footprint PCB ufficiale fornito dal produttore del connettore, comprese le dimensioni corrette dei pad, la spaziatura e le posizioni dei fori di montaggio meccanici
- Messa a Terra della Schermatura: Il guscio del connettore USB deve essere collegato alla massa del PCB utilizzando più vie (4-8 consigliate) direttamente sotto il connettore al piano di massa per un percorso a bassa impedenza
- Mantenere Zona di Libero Passaggio: Mantenere almeno 1 mm di zona senza rame (USB 2.0) o 1,5-2 mm (USB 3.x) intorno al connettore per evitare l'accoppiamento con tracce e componenti adiacenti e potenziali interferenze meccaniche
- Rinforzo Meccanico: Per connettori inseriti frequentemente, utilizzare montaggio a foro passante o fori scanalati placcati per una maggiore resistenza meccanica e considerare l'aggiunta di strati di rame più spessi o piastre metalliche sotto il connettore per un supporto aggiuntivo
Considerazioni Speciali USB Type-C
I connettori USB Type-C richiedono ulteriore attenzione a causa della loro reversibilità e dell'alto numero di pin. I pin CC (canale di configurazione) richiedono resistenze di pull-up/pull-down appropriate e i pin SBU (bus ausiliario) richiedono un routing appropriato a seconda dell'applicazione.
- • I pin CC richiedono resistenza di pull-down da 5,1 kΩ (UFP) o pull-up da 56 kΩ (DFP)
- • I pin VBUS richiedono larghezza di traccia sufficiente per supportare la corrente (fino a 5A per USB PD)
- • I segnali SuperSpeed devono mantenere impedenza differenziale di 90Ω ed essere correttamente abbinati in lunghezza
Progettazione Protezione ESD
Le interfacce USB sono particolarmente vulnerabili alle scariche elettrostatiche (ESD) perché sono connettori accessibili dall'esterno. Una protezione ESD adeguata è fondamentale per garantire l'affidabilità del prodotto e conformarsi agli standard internazionali come IEC 61000-4-2 (±8kV contatto, ±15kV aria).
Strategie di Protezione ESD
- Posizionamento Diodo TVS: Posizionare i diodi TVS (soppressore di tensione transitoria) il più vicino possibile al connettore USB (<10 mm ideale). Utilizzare tracce corte e dirette alle linee di segnale e connessioni dirette a massa tramite più vie per minimizzare l'induttanza parassita
- Specifiche TVS Appropriate: Utilizzare TVS a bassa capacità (<5pF) per USB 2.0 per evitare il degrado del segnale. Per USB 3.x SuperSpeed, utilizzare TVS a capacità ultra bassa (<0,5pF) per mantenere l'integrità del segnale. Assicurarsi che la tensione di rottura sia superiore a VBUS (tipicamente 6V) ma inferiore alla soglia di danno del CI
- Protezione da Sovracorrente VBUS: Implementare un fusibile ripristinabile (PPTC) o un CI di limitazione della corrente nella linea VBUS. Minimo 500mA per porte host USB 2.0, 900mA per USB 3.x, 1,5A-5A per USB PD a seconda del profilo. Includere protezione transitoria (TVS o MOV) per picchi di tensione
- Protezione Multistrato: Per applicazioni critiche, implementare protezione ESD multistrato: TVS primario al connettore, resistenza in serie (22-33Ω) nelle tracce di segnale per la limitazione della corrente e TVS secondario all'IC o protezione ESD on-chip
Linee Guida per il Layout PCB ESD
- • Posizionare i diodi TVS nel percorso del segnale tra il connettore e il chip
- • Utilizzare un array di vie di massa dedicato (minimo 2, 4-6 consigliate) per connessioni di massa TVS
- • Assicurare la continuità del piano di massa - evitare divisioni nel percorso di massa tra TVS e connettore
- • Utilizzare un layout TVS simmetrico per coppie differenziali USB 3.x per mantenere l'equilibrio di impedenza
- • Considerare l'utilizzo di CI di protezione ESD USB dedicati con protezione integrata in ambienti ad alto rischio
Considerazioni sulla Progettazione dell'Alimentazione USB
USB Power Delivery (USB PD) consente a USB di fornire fino a 100W (20V @ 5A) di potenza, ben oltre le capacità USB tradizionali. Il design appropriato del percorso di alimentazione, il dimensionamento delle tracce VBUS, il disaccoppiamento e la regolazione della tensione sono fondamentali per sistemi USB ad alta potenza affidabili.
Livelli di Potenza USB PD
| Profilo di Potenza | Tensione | Corrente | Potenza |
|---|---|---|---|
| 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 | Fino a 5A | Fino a 100W |
| USB PD 3.1 (EPR) | 28V/36V/48V | Fino a 5A | Fino a 240W |
Progettazione Traccia VBUS
- • Utilizzare larghezza di traccia appropriata: ≥20mil (0,5A), ≥40mil (1,5A), ≥80mil (3A), ≥120mil (5A) su rame da 1oz
- • Minimizzare la lunghezza della traccia VBUS per ridurre la caduta IR e le EMI
- • Considerare l'utilizzo di più strati in parallelo o rame più spesso (2oz+) per applicazioni ad alta corrente
- • Includere fusibile o limitazione della corrente nel percorso VBUS per la protezione da sovracorrente
Disaccoppiamento e Filtraggio
- • Posizionare condensatore di grande capacità (100-220µF) al connettore per carichi transitori
- • Aggiungere condensatori ceramici (10µF + 0,1µF) per disaccoppiamento ad alta frequenza
- • Utilizzare bobina in modo comune per ridurre le EMI, specialmente per cavi lunghi
- • Posizionare condensatori di disaccoppiamento tra il controller USB PD e VBUS
Integrazione Controller USB PD
USB PD richiede un CI controller dedicato per gestire la negoziazione della tensione, la comunicazione dei pin CC e la gestione dell'alimentazione. Il posizionamento e il routing appropriati del controller sono essenziali per un funzionamento affidabile.
- • Posizionare il controller USB PD vicino al connettore Type-C (<50 mm ideale)
- • Le tracce dei pin CC devono essere corte (<25 mm) e con impedenza controllata (~50Ω single-ended)
- • Seguire lo schema di disaccoppiamento raccomandato dal produttore sul CI del controller
- • Se il controller gestisce la commutazione VBUS, assicurare un design termico adeguato (area di rame, vie termiche)
Progettazione Conformità EMC
La conformità alla compatibilità elettromagnetica (EMC) è fondamentale per i dispositivi USB per garantire che non generino interferenze elettromagnetiche (EMI) eccessive e funzionino correttamente in presenza di interferenze esterne. I dispositivi USB devono essere conformi a FCC Parte 15 (USA), marcatura CE (Europa) e altri standard regionali che stabiliscono limiti rigorosi sulle emissioni irradiate e condotte.
Standard EMC Principali
Requisiti di Emissione
- • FCC Part 15 Class A/B
- • CISPR 32 Class A/B
- • EN 55032 (Europe)
- • VCCI (Japan)
- • KCC (Korea)
Requisiti di Immunità
- • 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)
Tecniche di Layout EMC
- • Utilizzare un piano di massa solido come riferimento per minimizzare l'impedenza del percorso di ritorno e la radiazione
- • Mantenere le coppie differenziali USB strettamente accoppiate e instradate simmetricamente per ridurre la radiazione in modalità differenziale
- • Evitare divisioni o lacune del piano sotto o vicino ai segnali USB per prevenire discontinuità
- • Utilizzare condensatori di disaccoppiamento da 0,1µF e 0,01µF, posizionati vicino al connettore e ai pin del CI
- • Posizionare vie di massa sotto le tracce USB (ogni 100-200mil) per creare un percorso di ritorno a bassa impedenza
Schermatura e Messa a Terra
- • Utilizzare connettori con involucro metallico collegato a 360° alla massa del PCB tramite più punti di massa (4+ vie)
- • Implementare la messa a terra dell'involucro del connettore per deviare le EMI allo chassis (utilizzare condensatore di sicurezza da 1-10nF)
- • Posizionare bobina in modo comune o perline di ferrite vicino alla porta USB per sopprimere il rumore ad alta frequenza
- • Se vengono utilizzati cavi schermati, assicurare la corretta terminazione della schermatura del connettore (punto singolo o multipunto a seconda della frequenza)
- • Aggiungere tracce di guardia a massa per le tracce USB, distanziate di 3-5x la larghezza della traccia per ridurre la diafonia e la radiazione
Strategie di Filtraggio EMC
Filtraggio in Modalità Comune: Le bobine in modalità comune (CMC) sono fondamentali per ridurre le emissioni condotte e irradiate sui cavi USB. Utilizzare CMC da 90-600Ω (@100MHz) per USB 2.0, CMC a bassissimo DCR (<0,3Ω) e bassa perdita di inserzione per USB 3.x. Posizionare il CMC vicino al connettore (<20 mm) per catturare il rumore prima che si accoppi al cavo.
Filtraggio in Modalità Differenziale: Sebbene la specifica USB vieti resistenze in serie sulle linee differenziali (degraderebbe l'integrità del segnale), i filtri LC su VBUS e GND possono essere utilizzati per ridurre le emissioni condotte. Filtro VBUS tipico: induttore da 10-100µH + condensatore da 100-470µF. Assicurarsi che i componenti del filtro siano adeguati per tensioni USB PD (fino a 20-48V) e livelli di corrente.
Applicazione di Perline di Ferrite: Le perline di ferrite possono essere utilizzate selettivamente sulla linea VBUS per attenuare il rumore ad alta frequenza (selezionare perline con alta impedenza nel range 100MHz-1GHz). Evitare l'uso di perline di ferrite su linee di segnale differenziali poiché introducono asimmetria e degradano la qualità del segnale. Per il disaccoppiamento dei pin di alimentazione, utilizzare perline la cui impedenza raggiunga il picco alle frequenze EMI target.
Test e Validazione EMC
I test EMC precoci sono essenziali per evitare costose riprogettazioni. I test di pre-conformità all'inizio del ciclo di progettazione possono identificare i problemi. I test chiave includono emissioni irradiate (30MHz-6GHz), emissioni condotte (150kHz-30MHz), ESD (±8kV contatto/±15kV aria) e test di immunità. Utilizzare un analizzatore di spettro per scansioni EMI preliminari ed eseguire test EMC completi prima della certificazione.
- • Eseguire test di emissione irradiata con e senza cavo USB collegato (il cavo può fungere da antenna)
- • Testare vari modi operativi: inattivo, trasferimento dati di massa, negoziazione USB PD e trasferimento di potenza massima
- • Documentare tutte le configurazioni dei filtri, i metodi di schermatura e le strategie di messa a terra per riferimento di produzione
- • Considerare l'uso di sonde in campo vicino per il debug EMI a livello di scheda per isolare le sorgenti di rumore
Errori Comuni di Layout PCB
Anche i progettisti esperti commettono errori nel layout USB ad alta velocità. Comprendere queste trappole comuni può far risparmiare molto tempo di debug ed evitare costose rilavorazioni di PCB. Ecco gli errori di progettazione USB più frequenti e come evitarli.
Problemi di Disadattamento di Impedanza
- • Errore: Utilizzare la larghezza di traccia predefinita senza calcolare l'impedenza effettiva, risultando in 90Ω invece del 90±10% richiesto
- • Soluzione: Utilizzare sempre un calcolatore di impedenza o confermare i parametri di impilamento con il produttore di PCB (Er, altezza, spessore del rame)
- • Errore: Dimenticare di considerare l'effetto della maschera di saldatura e della finitura superficiale sull'impedenza (può cambiare del 5-10%)
- • Errore: Creare discontinuità di impedenza alle transizioni di via o connettore, causando riflessioni e chiusura del diagramma a occhio
- • Soluzione: Utilizzare vie a impedenza controllata (back-drill, pad compensati) e verificare che l'impronta del connettore corrisponda alle curve di impedenza del foglio dati
Errori di Corrispondenza di Lunghezza
- • Errore: Abbinare solo la lunghezza totale di D+ e D- ignorando lo skew di ciascun segmento, causando diversi ritardi di propagazione tra gli strati
- • Soluzione: Abbinare ±5mil all'interno di ogni segmento di strato, in particolare per le coppie USB 3.x SuperSpeed (±2mil)
- • Errore: Utilizzare tracce a serpentina con curve a 90° nette, introducendo discontinuità di impedanza ed EMI aggiuntive
- • Soluzione: Utilizzare serpentine a 45° o ad arco (raggio di curvatura ≥3× larghezza della traccia), mantenere la spaziatura delle coppie nei segmenti a serpentina
- • Errore: Instradare attraverso più strati senza considerare le differenze di velocità di propagazione, causando skew inaspettato
Problemi di Posizionamento del Connettore
- • Errore: Posizionare il connettore USB vicino al bordo del PCB senza sufficiente circondazione di massa, causando EMI irradiata
- • Soluzione: Fornire un piano di massa solido entro almeno 20mm intorno al connettore, utilizzare recinzione di vie di massa (spaziatura <λ/20)
- • Errore: Instradare altri segnali ad alta velocità tra il connettore e il CI del controller, causando diafonia e accoppiamento del rumore
- • Soluzione: Mantenere il percorso del segnale USB chiaro e isolato, utilizzare tracce di guardia a massa o posizionare le tracce USB su uno strato dedicato
- • Errore: Non collegare correttamente l'involucro del connettore alla massa dello chassis, perdendo un percorso di schermatura EMI cruciale
Altri Errori Critici
- • Errore: Posizionare divisioni del piano o piani di alimentazione sotto o vicino alle coppie differenziali USB, interrompendo la continuità del percorso di ritorno
- • Errore: Trascurare i requisiti di capacità di alimentazione VBUS nella progettazione USB 3.x, causando caduta di tensione e fallimenti di connessione
- • Errore: Utilizzare condensatori di disaccoppiamento eccessivi o mal posizionati, creando risonanza e degradando la qualità del segnale
- • Errore: Non implementare le resistenze dei pin CC corrette per USB Type-C, causando fallimenti nel rilevamento del ruolo
- • Errore: Esporre i segnali USB senza un'adeguata protezione ESD, causando guasti sul campo e problemi di affidabilità
Migliori Pratiche per Evitare Errori
- • Consultare sempre i fogli dati del CI del controller USB e del connettore prima di iniziare il layout per i requisiti di progettazione specifici
- • Utilizzare il controllo delle regole di progettazione (DRC) per applicare vincoli critici: impedenza, corrispondenza di lunghezza, spaziatura e clearance
- • Eseguire la simulazione dell'integrità del segnale (SPICE, IBIS) prima della fabbricazione del PCB per verificare il diagramma a occhio e i margini di temporizzazione
- • Eseguire revisioni tra pari per i progetti iniziali per rilevare sviste comuni, in particolare per le implementazioni USB 3.x e Type-C
- • Documentare le decisioni di progettazione e i compromessi per riferimento futuro e per aiutare a debuggare problemi potenziali
Lista di Controllo del Progetto USB ad Alta Velocità
Utilizzare questa lista di controllo completa per garantire che il progetto USB funzioni al primo tentativo. Questo approccio sistematico copre tutti gli aspetti critici dalla pianificazione iniziale alla produzione finale.
Pianificazione Pre-Layout
- □ Confermare standard USB e classe di velocità (USB 2.0, 3.0, 3.1 Gen 1/2, 3.2, 4.0)
- □ Rivedere il foglio dati del CI del controller USB per layout consigliato e requisiti di impedanza
- □ Selezionare connettore con caratteristiche di impedenza corrette (verificare i dati dei parametri S del produttore)
- □ Confermare i parametri di impilamento con il produttore di PCB (Er, altezza, peso del rame, tolleranze)
- □ Calcolare larghezza e spaziatura delle tracce per impedenza controllata (USB 2.0: 90Ω differenziale, USB 3.x: 90Ω±7%)
- □ Determinare i requisiti di alimentazione e la capacità USB PD (se applicabile)
- □ Pianificare la strategia di protezione ESD (posizione e classificazione dei diodi TVS)
Lista di Controllo dell'Instradamento
- □ Instradare D+ e D- come coppia differenziale, accoppiamento di bordo, spaziatura uniforme
- □ Instradare su piano di riferimento continuo (non attraversare divisioni di piano)
- □ Mantenere le tracce il più corte e dirette possibile (USB 2.0 <12 pollici, USB 3.x <6 pollici consigliato)
- □ Corrispondenza di lunghezza intra-coppia ±5mil (USB 2.0) o ±2mil (USB 3.x SuperSpeed)
- □ Utilizzare serpentine a 45° o ad arco per la corrispondenza di lunghezza (evitare curve a 90° nette)
- □ Utilizzare vie a impedenza controllata (back-drill per USB 3.x, minimizzare la lunghezza dello stub)
- □ Posizionare vie di massa ad ogni transizione di strato (spaziatura <λ/20)
- □ Mantenere la spaziatura minima da altri segnali ad alta velocità (≥3× larghezza della traccia)
- □ Verificare che l'impronta del connettore corrisponda al foglio dati e al modello di impedenza
Lista di Controllo della Verifica
- □ Eseguire DRC per verificare le regole di impedenza, spaziatura e clearance
- □ Verificare l'impedenza delle tracce con calcolatore di impedenza (considerare maschera di saldatura e finitura)
- □ Controllare il rapporto di corrispondenza di lunghezza (skew intra-coppia e inter-coppia)
- □ Eseguire la simulazione dell'integrità del segnale (SPICE/IBIS) per verificare il diagramma a occhio e la temporizzazione
- □ Verificare la continuità del percorso di ritorno (nessuna divisione del piano, densità di vie sufficiente)
- □ Controllare il posizionamento e i valori dei componenti di protezione ESD (tensione di bloccaggio TVS < valore nominale delle linee dati)
- □ Verificare il posizionamento dei condensatori di disaccoppiamento (<10 mm dai pin di alimentazione del CI, più valori)
- □ Controllare la connessione dello schermo del connettore alla massa dello chassis (percorso a bassa impedenza)
- □ Per USB Type-C, verificare i valori di resistenza pull-up/pull-down sui pin CC (Rd=5,1kΩ, Rp=56/22/10kΩ)
Lista di Controllo della Produzione
- □ Specificare i requisiti di impedenza controllata nei documenti di produzione (differenziale 90Ω±7%)
- □ Richiedere coupon di test di impedenza e rapporto (misurazione TDR)
- □ Confermare la definizione della maschera di saldatura (SMOBC per tracce a impedenza controllata)
- □ Specificare la finitura superficiale (ENIG consigliato per segnali ad alta velocità)
- □ Contrassegnare le vie per il back-drilling se necessario (ridurre gli stub per USB 3.x)
- □ Includere i requisiti IPC-A-600 Classe 2 o 3 nelle note di produzione
- □ Ordinare test elettrici per i prototipi (sonda volante o fixture)
Suggerimenti per l'Uso della Lista di Controllo
- • Stampare o salvare questa lista di controllo come riferimento in ogni fase di progettazione
- • Personalizzare la lista di controllo per la propria implementazione USB specifica (rimuovere gli elementi non applicabili)
- • Far verificare gli elementi critici da una seconda persona durante le revisioni tra pari
- • Documentare eventuali deviazioni o eccezioni durante il completamento di ogni elemento
- • Aggiornare la lista di controllo in base alle lezioni apprese da ogni progetto
Punti Chiave
- USB SuperSpeed richiede impedenza differenziale di 90Ω ±7%
- Lo skew intra-coppia è più critico della corrispondenza inter-coppia
- Il breakout del connettore è l'area di routing più impegnativa
- La protezione ESD è essenziale e deve preservare l'integrità del segnale
- Type-C aggiunge complessità con orientamento e modalità alternative
- USB PD richiede una progettazione attenta delle tracce di alimentazione per correnti elevate
Risorse Correlate
Usa i nostri strumenti per il design dell'interfaccia USB: