He hecho algunas placas básicas y he decidido probar suerte con una placa básica del módulo de cómputo de Raspberry Pi. De la hoja de datos/guía de diseño del módulo de cómputo :
El puerto USB (pines USB DP y USB DM) debe enrutarse como trazas de PCB diferenciales de 90 ohmios
Existen notas similares para otros dispositivos, pero el USB es el que más me interesa. Entiendo cómo funciona el enrutamiento de un par diferencial de impedancia coincidente, pero nunca me he encontrado con la necesidad de un valor de resistencia específico para las pistas. Entonces mi pregunta es...
Teniendo en cuenta que hay una distancia relativamente corta entre el pin y el chip transceptor USB, ¿cómo diseño para una resistencia específica? ¿Es aceptable agregar una resistencia en línea con la traza de PCB para ajustar esto, o debe hacerse en cobre? ¿Se supone que el valor de la impedancia se deriva únicamente ajustando el ancho/longitud de la traza?
Si comprara 50 metros de cable coaxial con la etiqueta de 50 ohmios y sacara su medidor de confianza, nunca mediría nada más que un par de ohmios o un circuito abierto. Eso podría hacerte pensar de qué se tratan los 50 ohmios.
Bueno, imagine que en lugar de 50 metros tiene una longitud infinita de coaxial y luego mide la resistencia entre el interior y el escudo; ahora mediría 50 ohmios.
No puede transportar voltaje por un cable sin transportar inevitablemente corriente y, el coaxial de 50 ohmios (o las trazas de PCB diferenciales de 90 ohmios) tienen una impedancia definida por la geometría y las propiedades del material.
Entonces, ¿qué sucede cuando pones 1 voltio de CC en un cable coaxial de 50 ohmios? Obtienes un flujo de 20 mA y si ese cable coaxial no es infinitamente largo, en algún momento el voltaje y la corriente llegarán al final del cable. Si el extremo del cable termina en 50 ohmios, entonces el voltaje, la corriente y la resistencia están en equilibrio PERO, si el terminador no es de 50 ohmios (digamos que es un circuito abierto), entonces tiene un problema y ese problema es un reflejo .
Lo que se refleja es la potencia neta que no puede ser absorbida por el terminador, por lo que un circuito abierto (o un cortocircuito) refleja los 20 mW completos de regreso al extremo de envío y, si el extremo de envío es una fuente de voltaje puro, hay no hay ningún lugar para disipar esa energía y ese exceso de energía (todavía 20 mW) se refleja nuevamente por el cable hacia el otro extremo. Una y otra vez. Eventualmente se extingue debido a pérdidas óhmicas en el cable.
Es un problema y es la razón por la que las señales de datos deben enviarse por cables/cables/trazas que estén debidamente terminados.
Teniendo en cuenta que hay una distancia relativamente corta entre el pin y el chip transceptor USB, ¿cómo diseño para una resistencia específica?
Bueno, una distancia relativamente corta para usted podría ser un maratón para otra persona, especialmente si las frecuencias de las señales involucradas comienzan a tener una longitud de onda que está en el mismo ámbito que la "distancia" que menciona. La regla general habitual para las transmisiones digitales es que debe asegurarse de que la longitud no supere una décima parte de la longitud de onda de la señal más relevante y, para material digital, podría ser (digamos) el 7º armónico de los datos más rápidos.
Por lo tanto, si su velocidad de datos es (digamos) 86 Mbps, entonces esta es una onda cuadrada de 43 MHz y el séptimo armónico es de 300 MHz y tiene una longitud de onda de 1 metro.
En realidad, cuando se transmite a través de pistas o cable coaxial, la velocidad es aproximadamente el 70% de la de la luz, por lo que la longitud de onda es un poco más corta a 70 cm.
El uso de la regla de la décima significa que no necesita preocuparse por hacer que las impedancias de sus trazas tengan un diferencial de 90 ohmios si el recorrido es inferior a 7 cm. Sí, obtendrá reflejos, pero estos no dañarán significativamente su tasa de error de bits.
¡Se refiere a la impedancia, no a la resistencia! La impedancia de un inductor y un condensador se mide en ohmios a una determinada frecuencia.
Hay un montón de lectura que puedes hacer sobre cosas como la teoría de la línea de transmisión, o convertirte en ingeniero eléctrico...
¡O! Simplemente comprenda que la geometría de la traza en su PCB es importante para la integridad de la señal. Te están diciendo que necesitas hacer que tu rastro tenga la geometría correcta para que sea bueno para un par diferencial de 90 ohmios. Aquí hay una calculadora de pares diferenciales:
Cambié el ancho del trazo y la separación a 7 mil y 7 mil, y obtuve un par diferencial de 90 ohmios. Asegúrese de saber qué tan gruesa es su dialéctica (hable con su casa fabulosa para obtener una acumulación) y luego podrá calcular su propia dialéctica.
Si quieres más de la teoría, házmelo saber y veré si puedo ayudar...
Ron Beyer