Quanto è importante il layout delle linee dati USB / come appare il mio layout?

Al momento sto definendo le linee dati USB sulla mia scheda e sto solo cercando di farmi un'idea di quanto andrà bene il mio design. Ecco i dettagli:

Scheda a 4 strati (dall'alto: segnale, terra, piani di potenza divisi, segnale)
il rame interno è 0,5oz, il rame esterno è 1oz
il preimpregnato tra lamina esterna e nucleo ha uno spessore di 7,8 mil
le tracce sono 10 mil con spaziatura delle coppie differenziali a 9,7 mil
La lunghezza della traccia da pin MCU a cappucci paralleli è di circa 0,23 pollici

Ho in programma di avere un connettore USB sigillato nella custodia del mio dispositivo. Il connettore che ho scelto ha una disposizione di intestazione verticale, quindi avrò una scheda a cui ho saldato il connettore, e poi tra quella e la scheda principale, ci sarà un cavo jumper.

Per quanto riguarda l'impedenza differenziale, in base alle specifiche di cui sopra, immagino che dovrei atterrare da qualche parte nell'area 91 - 92 ohm. Certo, le tracce non rimangono uniformemente distanziate tutto il tempo poiché attraversano i cappucci paralleli e le resistenze in serie prima di colpire il connettore ... ma ho provato il meglio che potevo.

Ecco uno scatto del layout della scheda finora:

Layout della linea dati USB

Come appare? La diversa lunghezza tra la coppia di tracce è inferiore a 5 mil. Ciò di cui mi preoccupo è potenzialmente rovinare tutta questa cosa dell'impedenza differenziale ... e avere il cavo jumper tra la scheda e il connettore rovina tutto.

— Toby Lawrence
fonte

Ti dispiace condividere quale MCU stai utilizzando? Molti con ricetrasmettitori integrati non preferiscono componenti esterni in linea. Finché hanno la stessa lunghezza e non troppo a lungo, dovrebbe andare bene. (Penso che i fogli dati Microchip dicano meno di 19 cm o qualcosa di assurdamente lungo come quello)

— appena il

E quanto tempo sarà il cavo jumper? Immagino che sarà il collegamento più debole se c'è qualcosa.

— Justing

Probabilmente riuscirai a cavartela molto con le velocità USB a bassa velocità / USB a piena velocità utilizzate da molti microcontrollori abilitati USB. Se hai qualcosa che può fare la piena USB 2.0 ad alta velocità, probabilmente dovresti stare più attento, anche se quello che hai non sembra male.

— Chris Stratton,

Il cavo jumper sarà lungo circa 3 pollici, 28 AWG, non schermato. Sto anche usando un LPC1769. La scheda prototipo Embedded Artists che sto usando ha gli stessi resistori serie 33ohm e tappi paralleli 18pF che sto usando.

— Toby Lawrence,

È difficile distinguerlo dal disegno ma sembra che tu stia attraversando una divisione nel piano con quei due segnali e non vuoi farlo. USB utilizza una ricezione differenziale, ma i segnali sono ancora riferiti al piano. Anche se non lo fossero, avresti comunque il rumore di modo comune di cui preoccuparti. Probabilmente funzionerà così, ma irradierà sicuramente di più.

— Some Hardware Guy,

Supponendo che stai usando solo USB a bassa velocità o massima velocità, dovresti andare bene.

In generale, le considerazioni sul layout devono essere prese davvero solo se stai percorrendo lunghe distanze (molti pollici) o usando USB-2.0. Anche allora, l'USB è sorprendentemente tollerante.

USB 1.1 o USB 2.0 bassa / massima velocità
- Non devi davvero preoccuparti. Ci sono storie (probabilmente apocrafiche) di persone che usano USB 2.0 a bassa velocità di 50 'di filo CAT-5 . Fintanto che manterrai i cavi di qualche centimetro o meno, non mi preoccuperei.
- Il limite più veloce di cui dovrai preoccuparti nelle applicazioni a bassa / piena velocità è di 12 Mhz. Pertanto, non ti stai avvicinando al punto in cui assicurarti che le tue tracce / cablaggi siano adeguatamente allineati con la trasmissione / controllati dall'impedenza sia così importante, almeno fino a quando le sezioni complessive dell'impedenza incontrollata sono inferiori, diciamo ~ 6 " .
- Come ho detto, la maggior parte dei controller USB è straordinariamente tollerante nei confronti dei dispositivi USB che sono ampiamente fuori specifica. Se questo è qualcosa per la produzione, spenderei lo sforzo di farlo correttamente (c'è un ragazzo là fuori che ha una scheda madre che lancia un fischio se qualcosa collegato ad esso si discosta dalle specifiche di una piccola quantità), ma se è solo un banco di prova, direi che basta dispiegarlo in modo ordinato e non preoccuparti.
USB 2.0 ad alta velocità.
- Qui il layout diventa più importante. USB 2.0 ad alta velocità ha un limite massimo di 480 Mhz. Pertanto, anche brevi tracce iniziano ad avvicinarsi alla lunghezza d'onda dei dati e, come tale, diventa importante un adeguato controllo dell'impedenza.
- Supponendo che il pacchetto EDA disponga di opzioni di routing controllate da impedenza appropriate, basta impostare l'impedenza della coppia differenziale su ~ 90Ω e si dovrebbe andare bene. Fai attenzione a assicurarti di avere un piano terra contiguo, però
USB3.0
- Quindi ti odi?

— Connor Wolf
fonte

Onestamente, c'è il potenziale che alcuni ragazzi che conosco possano desiderare. Non voglio escludere la vendita, quindi progettarlo nel modo giusto, se non mi imporrà di fare cose ridicole, per me è importante. Ho in programma di supportare solo USB 2.0 a piena velocità, però. Sarebbe meglio avere la scheda che i connettori saldano nella spina direttamente nella scheda madre e farebbero scorrere le tracce fino al bordo della scheda principale? Almeno in quel modo potrei controllare meglio l'impedenza, potenzialmente, di quanto sarei in grado di fare con un cavo jumper.

— Toby Lawrence,