소개: USB SuperSpeed 설계 과제
USB는 단순한 12 Mbps 인터페이스에서 20+ Gbps에 도달할 수 있는 고속 직렬 프로토콜로 발전했습니다. USB 3.x SuperSpeed 인터페이스는 엄격한 임피던스 요구사항을 가진 차동 신호를 사용하므로 PCB 레이아웃이 안정적인 작동에 매우 중요합니다.
USB 속도 진화
이 가이드는 SuperSpeed(USB 3.x) 레이아웃 요구사항에 초점을 맞추면서 모든 USB 3.x 설계에서 공존해야 하는 레거시 USB 2.0 신호도 다룹니다. 두 가지 모두를 이해하는 것이 준수 및 상호 운용성에 필수적입니다.
USB 표준 개요
USB 명명 규칙은 여러 번의 브랜드 변경으로 혼란스러웠습니다. 현재 명명법을 이해하면 사양 혼동을 피하는 데 도움이 됩니다.
USB 사양 요약
| 마케팅 이름 | 기술 이름 | 속도 | 레인 |
|---|---|---|---|
| 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 |
USB Type-C 고려사항
- Type-C는 양방향입니다—두 방향 모두 올바르게 작동해야 합니다
- CC 핀이 케이블 방향과 모드를 결정합니다
- USB4 및 Thunderbolt 3/4는 Type-C 커넥터가 필요합니다
- 대체 모드(DisplayPort, Thunderbolt)는 동일한 신호를 사용합니다
임피던스 제어 요구사항
USB SuperSpeed는 단일 엔드 및 차동 임피던스 모두에 대해 정밀한 임피던스 제어가 필요합니다. 임피던스 허용 오차는 엄격하며 신호 경로 전체에서 유지되어야 합니다.
USB 임피던스 사양
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
USB 신호 아키텍처
USB 신호 아키텍처를 이해하는 것은 올바른 PCB 레이아웃에 필수적입니다. USB 3.x는 동일한 커넥터에서 레거시 USB 2.0 신호와 SuperSpeed 차동 페어를 모두 사용합니다.
USB 3.x 신호 그룹
USB 2.0 레거시 신호
- • D+/D-: 480 Mbps 고속 신호, 90Ω 차동
- • 하위 호환성 및 USB 2.0 장치에 사용
- • SuperSpeed 신호와 공존
SuperSpeed TX/RX 페어 (USB 3.x)
- • SSTX+/SSTX-: SuperSpeed 전송 차동 페어
- • SSRX+/SSRX-: SuperSpeed 수신 차동 페어
- • 각 페어: 90Ω ±7% 차동 임피던스
- • 전이중 통신 (동시 TX 및 RX)
신호 격리 중요성
USB 2.0 및 USB 3.x SuperSpeed 신호는 크로스토크를 방지하기 위해 분리되어야 합니다. SuperSpeed TX 및 RX 페어도 격리되어야 합니다. 신호 무결성을 유지하기 위해 접지 평면 분리와 충분한 간격을 사용하세요.
차동 페어 라우팅 가이드라인
올바른 차동 페어 라우팅은 USB SuperSpeed 신호 무결성에 매우 중요합니다. 이러한 가이드라인을 따라 90Ω/100Ω 차동 임피던스, 대칭 및 크로스토크 최소화를 보장하세요.
차동 페어 라우팅 규칙
모범 사례
- • 밀접 결합: 트레이스 간격을 3배 너비로 유지 (3W 규칙)
- • 대칭 라우팅: 곡선, 비아, 코너 일치
- • 참조 레이어: 전체 트레이스 아래에 연속 접지 평면 사용
- • 스텁 방지: 사용하지 않는 비아 길이 최소화
피해야 할 사항
- • 불일치 길이: >15 ps 페어 내 스큐
- • 90° 굽힘: 45° 또는 아크형 코너 사용
- • 레이어 변경: 비아 전환 최소화
- • 노이즈 소스 근접: 스위칭 전원에서 멀리 떨어뜨리기
임피던스 목표
USB 3.x SuperSpeed
- • 차동: 90Ω ±7Ω
- • 단일 엔드: 45Ω ±4.5Ω
USB 2.0
- • 차동: 90Ω ±13.5Ω
- • 더 넓은 허용 오차
길이 매칭 요구사항
USB SuperSpeed 인터페이스는 신호 스큐를 최소화하기 위해 정밀한 길이 매칭이 필요합니다. 다른 USB 속도는 페어 내 및 페어 간 길이 매칭에 대해 다른 요구사항을 갖습니다.
USB 길이 매칭 사양
| USB 표준 | 페어 내 스큐 | 페어 간 스큐 | 최대 길이 |
|---|---|---|---|
| USB 2.0 | 엄격하지 않음 | N/A | 10인치 (PCB) |
| USB 3.0 Gen 1 | <15 ps | <100 ps | 8인치 (PCB) |
| USB 3.1 Gen 2 | <10 ps | <50 ps | 6인치 (PCB) |
| USB 3.2 Gen 2x2 | <10 ps | <25 ps | 4인치 (PCB) |
페어 내 매칭 (가장 중요)
- • 차동 페어의 두 트레이스는 동일한 길이여야 합니다
- • USB 3.x 목표: <15 ps (<3 mm @ Er=4.0)
- • 미세 조정에 뱀 모양 사용
- • EDA 도구에서 스큐 계산 확인
페어 간 매칭 (부차적)
- • TX 및 RX 페어 간 길이 차이
- • USB 3.0 요구사항: <100 ps
- • USB 3.1/3.2는 더 엄격한 요구사항
- • 페어 내 매칭보다 덜 중요
길이 매칭 기술
- 뱀 모양: 길이를 보상하기 위해 제어된 뱀 모양 추가. 45° 각도 유지, 과도한 뱀 모양 방지
- 여유 길이: 자연스러운 길이 차이와 매칭 여유를 고려하여 라우팅 경로 계획
- EDA 도구 검증: 설계 규칙 검사(DRC) 및 고속 규칙을 사용하여 길이 매칭 준수 검증
USB 커넥터 설계 가이드라인
USB 커넥터 PCB 레이아웃 설계는 신호 무결성, 기계적 신뢰성 및 EMC 성능에 매우 중요합니다. 적절한 커넥터 풋프린트 설계, 패드 레이아웃 및 접지 전략은 USB 사양 준수와 신뢰성을 달성하는 데 필수적입니다.
커넥터 레이아웃 모범 사례
- 권장 풋프린트 사용: 항상 커넥터 제조업체가 제공하는 공식 PCB 풋프린트 설계를 사용하고, 올바른 패드 치수, 간격 및 기계적 장착 구멍 위치를 포함하세요
- 실드 접지: USB 커넥터 쉘은 낮은 임피던스 경로를 위해 커넥터 바로 아래에 여러 비아(4-8개 권장)를 사용하여 접지 평면에 PCB 접지에 연결되어야 합니다
- 여유 공간 유지: 커넥터 주변에 최소 1mm(USB 2.0) 또는 1.5-2mm(USB 3.x)의 구리 없는 영역을 유지하여 인접한 트레이스 및 부품과의 결합 및 잠재적인 기계적 간섭을 방지하세요
- 기계적 보강: 자주 삽입되는 커넥터의 경우, 기계적 강도를 높이기 위해 스루홀 마운팅 또는 도금된 슬롯 구멍을 사용하고, 추가 지원을 위해 커넥터 아래에 더 두꺼운 구리 레이어 또는 금속 플레이트를 추가하는 것을 고려하세요
USB Type-C 특별 고려사항
USB Type-C 커넥터는 가역성과 높은 핀 수로 인해 추가 주의가 필요합니다. CC(구성 채널) 핀은 적절한 풀업/풀다운 저항이 필요하고, SBU(보조 버스) 핀은 애플리케이션에 따라 적절한 라우팅이 필요합니다.
- • CC 핀은 5.1kΩ 풀다운 저항(UFP) 또는 56kΩ 풀업 저항(DFP)이 필요합니다
- • VBUS 핀은 전류를 지원하기에 충분한 트레이스 폭이 필요합니다(USB PD의 경우 최대 5A)
- • SuperSpeed 신호는 90Ω 차동 임피던스를 유지하고 길이를 적절히 매칭해야 합니다
ESD 보호 설계
USB 인터페이스는 외부에서 액세스 가능한 커넥터이기 때문에 정전기 방전(ESD)에 특히 취약합니다. 적절한 ESD 보호는 제품 신뢰성을 보장하고 IEC 61000-4-2(±8kV 접촉, ±15kV 공기)와 같은 국제 표준을 준수하는 데 매우 중요합니다.
ESD 보호 전략
- TVS 다이오드 배치: TVS(과도 전압 억제기) 다이오드를 USB 커넥터에 최대한 가까이 배치하세요(이상적으로 <10mm). 신호 라인에 짧고 직접적인 트레이스를 사용하고 기생 인덕턴스를 최소화하기 위해 여러 비아를 통해 직접 접지 연결을 사용하세요
- 적절한 TVS 사양: 신호 저하를 방지하기 위해 USB 2.0에는 저용량 TVS(<5pF)를 사용하세요. USB 3.x SuperSpeed의 경우, 신호 무결성을 유지하기 위해 초저용량 TVS(<0.5pF)를 사용하세요. 항복 전압이 VBUS(일반적으로 6V)보다 높지만 IC 손상 임계값보다 낮은지 확인하세요
- VBUS 과전류 보호: VBUS 라인에 재설정 가능한 퓨즈(PPTC) 또는 전류 제한 IC를 구현하세요. USB 2.0 호스트 포트의 경우 최소 500mA, USB 3.x의 경우 900mA, USB PD의 경우 프로파일에 따라 1.5A-5A입니다. 전압 스파이크에 대한 과도 보호(TVS 또는 MOV)를 포함하세요
- 다층 보호: 중요한 애플리케이션의 경우, 다층 ESD 보호를 구현하세요: 커넥터의 1차 TVS, 전류 제한을 위한 신호 트레이스의 직렬 저항(22-33Ω), IC의 2차 TVS 또는 온칩 ESD 보호
ESD PCB 레이아웃 가이드라인
- • 커넥터와 칩 사이의 신호 경로에 TVS 다이오드를 배치하세요
- • TVS 접지 연결을 위해 전용 접지 비아 배열(최소 2개, 4-6개 권장)을 사용하세요
- • 접지 평면 연속성 보장 - TVS와 커넥터 사이의 접지 경로에서 분할을 피하세요
- • 임피던스 균형을 유지하기 위해 USB 3.x 차동 페어에 대칭 TVS 레이아웃을 사용하세요
- • 고위험 환경에서는 통합 보호 기능이 있는 전용 USB ESD 보호 IC 사용을 고려하세요
USB 전력 공급 설계 고려사항
USB Power Delivery(USB PD)를 통해 USB는 기존 USB 기능을 훨씬 뛰어넘는 최대 100W(20V @ 5A)의 전력을 전달할 수 있습니다. 적절한 전원 경로 설계, VBUS 트레이스 크기 조정, 디커플링 및 전압 조정은 신뢰할 수 있는 고전력 USB 시스템에 매우 중요합니다.
USB PD 전력 레벨
| 전력 프로파일 | 전압 | 전류 | 전력 |
|---|---|---|---|
| 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 | 최대 5A | 최대 100W |
| USB PD 3.1 (EPR) | 28V/36V/48V | 최대 5A | 최대 240W |
VBUS 트레이스 설계
- • 적절한 트레이스 폭 사용: ≥20mil(0.5A), ≥40mil(1.5A), ≥80mil(3A), ≥120mil(5A) 1oz 구리에서
- • IR 강하 및 EMI를 줄이기 위해 VBUS 트레이스 길이를 최소화하세요
- • 고전류 애플리케이션의 경우 여러 병렬 레이어 또는 더 두꺼운 구리(2oz+) 사용을 고려하세요
- • 과전류 보호를 위해 VBUS 경로에 퓨즈 또는 전류 제한을 포함하세요
디커플링 및 필터링
- • 과도 부하를 위해 커넥터에 대용량 커패시터(100-220µF)를 배치하세요
- • 고주파 디커플링을 위해 세라믹 커패시터(10µF + 0.1µF)를 추가하세요
- • 특히 긴 케이블의 경우 EMI를 줄이기 위해 커먼 모드 초크를 사용하세요
- • USB PD 컨트롤러와 VBUS 사이에 디커플링 커패시터를 배치하세요
USB PD 컨트롤러 통합
USB PD는 전압 협상, CC 핀 통신 및 전원 관리를 처리하기 위한 전용 컨트롤러 IC가 필요합니다. 안정적인 작동을 위해서는 적절한 컨트롤러 배치 및 라우팅이 필수적입니다.
- • USB PD 컨트롤러를 Type-C 커넥터 가까이 배치하세요(이상적으로 <50mm)
- • CC 핀 트레이스는 짧고(<25mm) 임피던스가 제어되어야 합니다(~50Ω 싱글 엔드)
- • 컨트롤러 IC에서 제조업체 권장 디커플링 체계를 따르세요
- • 컨트롤러가 VBUS 스위칭을 처리하는 경우, 적절한 열 설계(구리 영역, 열 비아)를 보장하세요
EMC 준수 설계
전자기 호환성(EMC) 준수는 USB 장치가 과도한 전자기 간섭(EMI)을 생성하지 않고 외부 간섭이 있는 상태에서 제대로 작동하도록 보장하는 데 매우 중요합니다. USB 장치는 방사 및 전도 방출에 대한 엄격한 제한을 설정하는 FCC Part 15(미국), CE 마킹(유럽) 및 기타 지역 표준을 준수해야 합니다.
주요 EMC 표준
방출 요구사항
- • FCC Part 15 Class A/B
- • CISPR 32 Class A/B
- • EN 55032 (Europe)
- • VCCI (Japan)
- • KCC (Korea)
내성 요구사항
- • 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)
EMC 레이아웃 기술
- • 리턴 경로 임피던스 및 방사를 최소화하기 위해 견고한 접지 평면을 참조로 사용하세요
- • 차동 모드 방사를 줄이기 위해 USB 차동 쌍을 긴밀하게 결합하고 대칭적으로 라우팅하세요
- • 불연속성을 방지하기 위해 USB 신호 아래 또는 근처의 평면 분할 또는 간격을 피하세요
- • 커넥터 및 IC 핀 근처에 배치된 0.1µF 및 0.01µF 디커플링 커패시터를 사용하세요
- • 저임피던스 리턴 경로를 생성하기 위해 USB 트레이스 아래에 접지 비아를 배치하세요(100-200mil마다)
차폐 및 접지
- • 여러 접지 지점(4+ 비아)을 통해 PCB 접지에 360° 연결된 금속 셸 커넥터를 사용하세요
- • EMI를 섀시로 우회시키기 위해 커넥터 셸 접지를 구현하세요(1-10nF 안전 커패시터 사용)
- • 고주파 노이즈를 억제하기 위해 USB 포트 근처에 커먼 모드 초크 또는 페라이트 비드를 배치하세요
- • 차폐 케이블을 사용하는 경우, 커넥터 차폐의 적절한 종단을 보장하세요(주파수에 따라 단일 지점 또는 다중 지점)
- • 크로스토크 및 방사를 줄이기 위해 USB 트레이스에 트레이스 폭의 3-5배 간격으로 접지된 가드 트레이스를 추가하세요
EMC 필터링 전략
커먼 모드 필터링: 커먼 모드 초크(CMC)는 USB 케이블에서 전도 및 방사 방출을 줄이는 데 매우 중요합니다. USB 2.0에는 90-600Ω(@100MHz) CMC를, USB 3.x에는 초저 DCR(<0.3Ω) 및 낮은 삽입 손실 CMC를 사용하세요. 노이즈가 케이블에 결합되기 전에 포착하기 위해 커넥터 근처(<20mm)에 CMC를 배치하세요.
차동 모드 필터링: USB 사양은 차동 라인의 직렬 저항을 금지하지만(신호 무결성을 저하시킴), VBUS 및 GND의 LC 필터를 사용하여 전도 방출을 줄일 수 있습니다. 일반적인 VBUS 필터: 10-100µH 인덕터 + 100-470µF 커패시터. 필터 구성 요소가 USB PD 전압(최대 20-48V) 및 전류 레벨에 적합한지 확인하세요.
페라이트 비드 적용: 페라이트 비드는 고주파 노이즈를 감쇠시키기 위해 VBUS 라인에서 선택적으로 사용할 수 있습니다(100MHz-1GHz 범위에서 높은 임피던스를 가진 비드 선택). 차동 신호 라인에서 페라이트 비드를 사용하지 마세요. 비대칭성을 도입하고 신호 품질을 저하시킵니다. 전원 핀 디커플링의 경우, 대상 EMI 주파수에서 임피던스가 피크에 도달하는 비드를 사용하세요.
EMC 테스트 및 검증
초기 EMC 테스트는 비용이 많이 드는 재설계를 피하는 데 필수적입니다. 설계 주기 초기의 사전 준수 테스트는 문제를 식별할 수 있습니다. 주요 테스트에는 방사 방출(30MHz-6GHz), 전도 방출(150kHz-30MHz), ESD(±8kV 접촉/±15kV 공기) 및 내성 테스트가 포함됩니다. 예비 EMI 스캔에는 스펙트럼 분석기를 사용하고 인증 전에 전체 EMC 테스트를 수행하세요.
- • USB 케이블이 연결된 상태와 연결되지 않은 상태 모두에서 방사 방출 테스트를 수행하세요(케이블이 안테나 역할을 할 수 있음)
- • 다양한 작동 모드 테스트: 유휴, 대량 데이터 전송, USB PD 협상 및 최대 전력 전송
- • 생산 참조를 위해 모든 필터 구성, 차폐 방법 및 접지 전략을 문서화하세요
- • 노이즈 소스를 격리하기 위해 보드 레벨 EMI 디버깅용 근거리 필드 프로브 사용을 고려하세요
일반적인 PCB 레이아웃 실수
숙련된 설계자도 USB 고속 레이아웃에서 실수를 범합니다. 이러한 일반적인 함정을 이해하면 많은 디버깅 시간을 절약하고 비용이 많이 드는 PCB 재작업을 피할 수 있습니다. 다음은 가장 일반적인 USB 설계 오류와 이를 피하는 방법입니다.
임피던스 불일치 문제
- • 오류: 실제 임피던스를 계산하지 않고 기본 트레이스 폭을 사용하여 필요한 90±10% 대신 90Ω이 됨
- • 해결책: 항상 임피던스 계산기를 사용하거나 PCB 제조업체와 스택업 매개변수(Er, 높이, 구리 두께)를 확인하세요
- • 오류: 솔더 마스크 및 표면 마감이 임피던스에 미치는 영향을 고려하는 것을 잊음(5-10% 변경 가능)
- • 오류: 비아 또는 커넥터 전환에서 임피던스 불연속성을 생성하여 반사 및 아이 다이어그램 폐쇄를 야기
- • 해결책: 임피던스 제어 비아(백드릴, 보상 패드)를 사용하고 커넥터 풋프린트가 데이터시트 임피던스 곡선과 일치하는지 확인하세요
길이 매칭 오류
- • 오류: 각 세그먼트의 스큐를 무시하고 D+ 및 D-의 총 길이만 일치시켜 레이어 간 다른 전파 지연 발생
- • 해결책: 각 레이어 세그먼트 내에서 ±5mil을 일치시키세요. 특히 USB 3.x SuperSpeed 쌍(±2mil)의 경우
- • 오류: 날카로운 90° 굽힘이 있는 사행 트레이스를 사용하여 임피던스 불연속성 및 추가 EMI 도입
- • 해결책: 45° 또는 호 사행을 사용하고(곡률 반경 ≥3× 트레이스 폭) 사행 세그먼트에서 쌍 간격을 유지하세요
- • 오류: 전파 속도 차이를 고려하지 않고 여러 레이어를 라우팅하여 예상치 못한 스큐 발생
커넥터 배치 문제
- • 오류: 충분한 접지 둘레 없이 PCB 가장자리 근처에 USB 커넥터를 배치하여 방사 EMI 발생
- • 해결책: 커넥터 주변 최소 20mm 이내에 견고한 접지 평면을 제공하고 접지 비아 펜스를 사용하세요(<λ/20 간격)
- • 오류: 커넥터와 컨트롤러 IC 사이에 다른 고속 신호를 라우팅하여 크로스토크 및 노이즈 결합 발생
- • 해결책: USB 신호 경로를 명확하고 격리된 상태로 유지하고 접지된 가드 트레이스를 사용하거나 전용 레이어에 USB 트레이스를 배치하세요
- • 오류: 커넥터 셸을 섀시 접지에 제대로 연결하지 않아 중요한 EMI 차폐 경로를 놓침
기타 중요한 오류
- • 오류: USB 차동 쌍 아래 또는 근처에 평면 분할 또는 전원 평면을 배치하여 리턴 경로 연속성을 파괴
- • 오류: USB 3.x 설계에서 VBUS 전력 공급 요구 사항을 무시하여 전압 강하 및 연결 실패 발생
- • 오류: 과도하거나 잘못 배치된 디커플링 커패시터를 사용하여 공진을 생성하고 신호 품질을 저하시킴
- • 오류: USB Type-C에 대한 올바른 CC 핀 저항을 구현하지 않아 역할 감지 실패 발생
- • 오류: 적절한 ESD 보호 없이 USB 신호를 노출하여 현장 고장 및 신뢰성 문제 발생
오류를 피하기 위한 모범 사례
- • 레이아웃을 시작하기 전에 항상 USB 컨트롤러 IC 및 커넥터 데이터시트를 참조하여 특정 설계 요구 사항을 확인하세요
- • 설계 규칙 검사(DRC)를 사용하여 중요한 제약 조건 적용: 임피던스, 길이 매칭, 간격 및 여유 공간
- • PCB 제조 전에 신호 무결성 시뮬레이션(SPICE, IBIS)을 수행하여 아이 다이어그램 및 타이밍 마진을 검증하세요
- • 초기 설계에 대한 동료 검토를 수행하여 일반적인 누락을 발견하세요. 특히 USB 3.x 및 Type-C 구현의 경우
- • 향후 참조 및 잠재적 문제 디버깅을 돕기 위해 설계 결정 및 트레이드오프를 문서화하세요
USB 고속 설계 체크리스트
이 포괄적인 체크리스트를 사용하여 USB 설계가 첫 번째 시도에서 작동하는지 확인하세요. 이 체계적인 접근 방식은 초기 계획에서 최종 제조까지 모든 중요한 측면을 다룹니다.
레이아웃 전 계획
- □ USB 표준 및 속도 등급 확인(USB 2.0, 3.0, 3.1 Gen 1/2, 3.2, 4.0)
- □ 권장 레이아웃 및 임피던스 요구 사항에 대한 USB 컨트롤러 IC 데이터시트 검토
- □ 올바른 임피던스 특성을 가진 커넥터 선택(제조업체의 S 매개변수 데이터 확인)
- □ PCB 제조업체와 스택업 매개변수 확인(Er, 높이, 구리 중량, 공차)
- □ 제어된 임피던스에 대한 트레이스 폭 및 간격 계산(USB 2.0: 90Ω 차동, USB 3.x: 90Ω±7%)
- □ 전력 요구 사항 및 USB PD 기능 결정(해당하는 경우)
- □ ESD 보호 전략 계획(TVS 다이오드 위치 및 정격)
라우팅 체크리스트
- □ D+ 및 D-를 차동 쌍으로 라우팅, 에지 결합, 균일한 간격
- □ 연속 참조 평면 위에 라우팅(평면 분할 교차 금지)
- □ 트레이스를 가능한 한 짧고 직접적으로 유지(USB 2.0 <12인치, USB 3.x <6인치 권장)
- □ 쌍 내 길이 매칭 ±5mil(USB 2.0) 또는 ±2mil(USB 3.x SuperSpeed)
- □ 길이 매칭에 45° 또는 호 사행 사용(날카로운 90° 굽힘 방지)
- □ 제어된 임피던스 비아 사용(USB 3.x용 백드릴, 스터브 길이 최소화)
- □ 각 레이어 전환에서 접지 비아 배치(<λ/20 간격)
- □ 다른 고속 신호와의 최소 간격 유지(≥3× 트레이스 폭)
- □ 커넥터 풋프린트가 데이터시트 및 임피던스 모델과 일치하는지 확인
검증 체크리스트
- □ 임피던스, 간격 및 여유 규칙을 확인하기 위해 DRC 실행
- □ 임피던스 계산기로 트레이스 임피던스 확인(솔더 마스크 및 표면 마감 고려)
- □ 길이 매칭 보고서 확인(쌍 내 및 쌍 간 스큐)
- □ 아이 다이어그램 및 타이밍을 검증하기 위해 신호 무결성 시뮬레이션(SPICE/IBIS) 수행
- □ 리턴 경로 연속성 확인(평면 분할 없음, 충분한 비아 밀도)
- □ ESD 보호 구성 요소 배치 및 값 확인(TVS 클램프 전압 < 데이터 라인 정격)
- □ 디커플링 커패시터 배치 확인(IC 전원 핀까지 <10mm, 여러 값)
- □ 커넥터 차폐의 섀시 접지 연결 확인(저 임피던스 경로)
- □ USB Type-C의 경우 CC 핀의 풀업/풀다운 저항 값 확인(Rd=5.1kΩ, Rp=56/22/10kΩ)
제조 체크리스트
- □ 제조 문서에서 제어된 임피던스 요구 사항 지정(차동 90Ω±7%)
- □ 임피던스 테스트 쿠폰 및 보고서 요청(TDR 측정)
- □ 솔더 마스크 정의 확인(임피던스 제어 트레이스용 SMOBC)
- □ 표면 마감 지정(고속 신호에는 ENIG 권장)
- □ 필요한 경우 백드릴용 비아 표시(USB 3.x의 스터브 감소)
- □ 제조 메모에 IPC-A-600 클래스 2 또는 3 요구 사항 포함
- □ 프로토타입용 전기 테스트 주문(플라잉 프로브 또는 고정)
체크리스트 사용 팁
- • 각 설계 단계에서 참조용으로 이 체크리스트를 인쇄하거나 저장하세요
- • 특정 USB 구현에 맞게 체크리스트를 사용자 정의하세요(적용되지 않는 항목 제거)
- • 동료 검토 시 두 번째 사람이 중요한 항목을 확인하도록 하세요
- • 각 항목을 완료할 때 편차나 예외 사항을 문서화하세요
- • 각 프로젝트에서 배운 교훈을 바탕으로 체크리스트를 업데이트하세요
핵심 사항
- USB SuperSpeed는 90Ω ±7% 차동 임피던스가 필요합니다
- 페어 내 스큐가 페어 간 매칭보다 더 중요합니다
- 커넥터 브레이크아웃은 가장 어려운 라우팅 영역입니다
- ESD 보호는 필수이며 신호 무결성을 유지해야 합니다
- Type-C는 방향과 대체 모드로 복잡성을 추가합니다
- USB PD는 높은 전류에 대한 신중한 전원 트레이스 설계가 필요합니다