¿Qué importancia tiene la disposición de las líneas de datos USB?

Question

Estoy colocando las líneas de datos USB en mi placa en este momento, y sólo estoy tratando de tener una idea de lo bien que mi diseño va a ir. Aquí están los detalles:

• Placa de 4 capas (desde arriba: señal, tierra, planos de potencia divididos, señal)
• el cobre interno es de 0,5 onzas, el cobre externo es de 1 onza
• El preimpregnado entre la lámina externa y el núcleo tiene un grosor de 7,8 mils.
• las trazas son de 10 mil con un espaciado entre pares diferenciales de 9,7 mil.
• La longitud de la traza entre los pines de la MCU y los tapones paralelos es de aproximadamente 0,23 pulgadas.

Planeo tener un conector USB sellado en la carcasa de mi dispositivo. El conector que he elegido tiene una disposición de cabezal vertical, así que tendré una placa a la que soldaré el conector y, entre ésta y la placa principal, habrá un cable puente.

En cuanto a la impedancia diferencial, basándome en las especificaciones anteriores, creo que debería estar entre 91 y 92 ohmios. Concedido, los rastros no permanecen uniformemente espaciados todo el tiempo puesto que funcionan a través de los casquillos paralelos y de las resistencias en serie antes de golpear el conector... pero intenté lo mejor que podría.

Aquí hay una foto de la disposición del tablero hasta el momento:

¿Qué te parece? La diferencia de longitud entre el par de trazas es inferior a 5 mils. Lo que me preocupa es estropear potencialmente todo esto de la impedancia diferencial... y que el cable puente entre la placa y el conector estropee las cosas.

Answer 1

Suponiendo que sólo utilices USB de baja velocidad o de máxima velocidad, no deberías tener problemas.

Por lo general, sólo hay que tener en cuenta el diseño si las distancias son largas (muchos centímetros) o si se utiliza USB-2.0. Incluso entonces, USB es sorprendentemente tolerante.

• USB 1.1 o USB 2.0 de baja/alta velocidad

  • No tienes por qué preocuparte. Hay historias (posiblemente apócrifas) de personas que ejecutan USB2.0 de baja velocidad de 50' de cable CAT-5 . Yo no me preocuparía, siempre y cuando el cableado sea de unos pocos centímetros o menos.
  • El borde más rápido del que tendrá que preocuparse en aplicaciones de baja/alta velocidad es de 12 Mhz. Por lo tanto, no estás llegando al punto en el que sea tan importante asegurarte de que tus trazas/cableado están correctamente revestidos de transmisión/impedancia controlada, al menos mientras tus secciones generales de impedancia no controlada sean inferiores a, digamos, ~6".
  • Como ya he dicho, la mayoría de los controladores USB son impresionantemente tolerantes con los dispositivos USB que están ampliamente fuera de especificaciones. Si esto es algo para la producción, me gustaría pasar el esfuerzo de hacerlo correctamente (hay un tipo que tiene una placa base que se pone histérica si algo conectado a ella se desvía de las especificaciones por muy poco), pero si es sólo una placa de pruebas, yo diría que la coloques ordenadamente y no te preocupes.

• USB2.0 de alta velocidad.

  • Aquí el diseño adquiere mayor importancia. USB2.0 High-Speed tiene una velocidad máxima de 480 Mhz. Por tanto, incluso los trazados cortos empiezan a acercarse a la longitud de onda de los datos, por lo que es importante un control adecuado de la impedancia.
  • Suponiendo que tu paquete EDA tenga opciones de enrutamiento de impedancia controlada adecuadas, simplemente ajusta la impedancia de tu par diferencial a ~90Ω, y deberías estar bien. Eso sí, asegúrate de tener un plano de tierra contiguo.

• USB3.0

  • ¿Así que te odias?