Enrutamiento de rastros largos de alta velocidad usb 2.0: ¿microstrip o stripline?

Estoy modificando el diseño de mi dispositivo de audio USB para pasar la prueba de patrón ocular de alta velocidad USB. Debido al posicionamiento de los componentes clave, el diseño presenta trazos d-d+ bastante largos, 139 mm (5,47") para ser exactos. En una iteración anterior de la placa de circuito impreso, acabo de enrutar un trazo diferencial en la configuración predeterminada y obtuve la función usb para funcionar bien. Pero, la longitud parece empujarlo para cumplir con el cumplimiento de usb. Es por eso que quiero igualar la impedancia lo mejor posible mientras mantengo el ruido de transmisión y rf al mínimo para mantener la parte analógica en silencio.

La pcb es una placa de 4 capas, la parte donde se ejecutan las trazas se ve así:

huellas usbLos rastros d-d+ son los rojos que se ejecutan alrededor del rastro de alimentación amarillo de +5v, al usb PHY (USB3320).

Tengo algunas opciones:

  1. La opción que se muestra a continuación: enrute los trazos como microcintas en la capa superior (rojo) con un relleno de tierra en la capa debajo (amarillo). Esto tiene la ventaja de no tener que usar ninguna vía cerca del PHY y los televisores-diodos cerca del conector. Otra ventaja es que, con la acumulación de mi tablero, esta opción es la que mejor se adapta a la impedancia de 90 ohmios. La desventaja es el plano extraño que "sobresale" necesario para garantizar que las huellas lleguen al phy sin interrupción en el plano de tierra de abajo. No estoy muy seguro de cuál es el efecto de esto. (El plano amarillo que rodea el "sobresalir" es de 3.3v, cambiar eso sería mucho trabajo). Además, supongo que una microstrip irradia más que una stripline.
  2. Dirija los rastros como microsrip en la capa inferior (verde). Esto tiene la ventaja de tener una planta continua (rosa, invisible) encima. Desventaja: necesitaría introducir dos conjuntos de vías si tuviera que mantener todos los componentes en la parte superior.
  3. Línea de tira. Menos rf(?) radiado. Pero también de nuevo vías, y no se puede lograr una diferencia de 90 ohmios / 45 ohmios de un solo extremo con la acumulación existente (pero dentro del 5% de tolerancia).

¿Qué opción crees que es la mejor?

Mi opinión es que una opción con cero vías es mejor para datos de alta velocidad. Las vías inducen cambios de impedancia desconocidos que hacen que un diseño cuidadosamente elaborado sea impredecible.
Las vías inducen un ESL conocido de aproximadamente 0,5 a 1 nH dependiendo de la geometría y un SRF muy por encima de USB2 BW, pero no está claro cómo se calcularon 90 ohmios con la pista a tierra en la capa de muestra y el plano de tierra y la pista adyacente. Si está bien, entonces no veo problemas con el plano gnd adyacente. Si no vierte gnd en la capa superior, hazlo y vuelve a calcular. ¿Midió los márgenes de los ojos o simplemente funcionó? ¿Y con qué longitud de cable, máximo?
¿Está planeando elegir? ¿Prueba para microstrips? ¿En la tienda de tablas? Las tolerancias Dk deben tenerse en cuenta para el peor de los casos. todo esto se modela fácilmente en la fluctuación de fase de Falstad con la impedancia Calc de Symbol.exe. Si modelas todo, la tolerancia se acumula.
La placa anterior se enciende y funciona como un dispositivo USB muy bien, aunque sin pruebas oculares. Aunque no lo he probado con la longitud máxima de cable especificada. Para la próxima iteración actual, me gustaría estar lo más cerca posible de la impedancia especificada. La capa superior tiene vertido en el suelo, pero tiene un bloqueo de 0,7 mm en el diferencial. rastros La impedancia de las trazas de la capa superior se calculó con saturn pcb, pero no me permite calcular el efecto del relleno del suelo en la misma capa. Supongo que la línea de transmisión se convierte en una guía de ondas coplanar diferencial en ese punto.
5-6" de seguimiento de la placa no es algo muy poco común, la mayoría de las placas base de PC se ocupan de esto. ¿Por qué no publica su diagrama de ojo defectuoso, para que se pueda hacer un mejor juicio sobre por qué está fallando?
No hice una prueba de patrón ocular, solo estoy tratando de marcar todas las casillas para acercarme lo más posible antes de realizar la prueba real.

Respuestas (2)

Sus opciones de rastreo no mejorarán las cosas si la placa tiene una alta pérdida dieléctrica. Primero debe eliminar todas las tonterías como se muestra a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esta serpentina no sirve de nada. Haga los trazos lo más rectos posible, sin ondulaciones. El retraso de 10 ps debido a la diferencia de longitud no hará ningún cambio notable en la señal. En todo caso, realice la compensación de longitud en el conector, de modo que la traza permanezca equilibrada a lo largo de su placa si su preocupación es sobre la interferencia de RF. De hecho, USB HS emite principalmente a 480 y 960 MHz, que está bastante fuera del rango de audio.

En segundo lugar, use L2 como referencia de tierra. Haz tu distribución de potencia en L3 en splits. La densidad de componentes de su placa no es tan alta como para no poder realizar una acumulación de capas adecuada y obtener una distribución de energía adecuada de las capas internas. Algunas partes de L2 también se pueden usar si es necesario, solo asegúrese de tener 4-5 mm de plano contiguo debajo de sus trazas diferenciales HS.

En tercer lugar, si aún ve alguna pérdida de amplitud, use los registros de proveedores USB3320 y aumente la fuerza de TX en Reg. 0x31.

Buenos puntos que mencionaste Ale...
Gracias, muy buenos puntos de hecho. Cambiar L2 y L3 resultó más fácil de lo que pensaba.

Puede usar cualquier tipo de enrutamiento para USB, stripline o microstrip, o incluso una combinación si es absolutamente necesario (sin embargo, es mejor evitarlo). e impedancia diferencial. Dicho esto, microstrip es marginalmente más fácil de manejar para cumplir con la impedancia correcta, ya que la traza será más gruesa.

Tienes tierra enterrada (presumiblemente en L3). Entonces, el enrutamiento de microstrip que muestra en su capa exterior está perfectamente bien y debería dar buenos resultados. Sin embargo, cose ese plano a L3.

También puede a través del par USB hasta L4 como lo proponga, luego a través de ellos de regreso a L1. Eso no es ideal ya que presenta discontinuidades en el dominio del tiempo, pero probablemente aún funcionaría.

¿Por qué no hacer de L2 tu plano de tierra?

Es un poco complicado saberlo, pero la microbanda en la parte superior, como se muestra en la imagen, tiene L2 (amarillo) como plano de tierra debajo. Donde el grueso rastro amarillo llega al regulador en la parte inferior, el avión termina. A la izquierda de eso, el avión se convierte en un avión de poder para 3v3. Para asegurarse de que los rastros lleguen al PHY con cobre ininterrumpido debajo de ellos, el plano de tierra sobresale en el plano 3v3 y realmente se conecta a las vías térmicas debajo del PHY. L3 es una señal con un vertido de suelo, L4 también está casi completamente molido. Todos los planos de tierra son puntadas juntas.
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