Enrutamiento USB 2.0 de alta velocidad de 2 capas

Antes que nada:

  • Esto es para un proyecto de pasatiempo único (o dos), nada más serio. Si se tratara de un diseño comercial, usaría 4 capas a la vez (aunque no estaría diseñando un proyecto de este tipo en primer lugar).
  • Usar 4 capas es aceptable solo si es REALMENTE necesario ; dichas placas cuestan al menos el doble en estas cantidades, y la PCB de 2 capas aún cuesta más que los componentes combinados.
  • El objetivo es pasar la señal USB 2.0, mayoritariamente ilesa, entre dos conectores (USB-B a USB-A, ambos hembra), nada más; mi PCB en realidad no usa la señal.

(Si estos puntos mueven la publicación a un territorio "demasiado estrecho", no dude en ignorarlos :-)

Entonces, la pregunta es: ¿es esto posible, con resultados aceptables? El objetivo principal es, por supuesto, permitir comunicaciones de alta velocidad (480 Mbit/s).

De acuerdo con la especificación USB, el par diferencial debe tener una impedancia diferencial de 90 ohmios y una impedancia característica a tierra de 30 ohmios. Sin embargo, USB parece tolerar un poco de abuso; una nota de la aplicación SMSC (PDF) donde analizan el diseño de PCB USB 2.0 de 2 capas menciona que la impedancia de un solo extremo no es tan crítica como el diferencial, y que un rango de "45 a 80 ohmios" es aceptable.

Las especificaciones de la placa son de 1 oz de cobre, con 63 mil FR-4 en el medio.
De acuerdo con algunas calculadoras de impedancia, como esta (que, a menos que no entienda bien algo, tampoco muestra la impedancia de un solo extremo), parece que las trazas de 50 mil con un espaciado de 10 mil dan un diferencial de ~90 ohm y ~80 ohm Z0.
(Esos valores son de la calculadora Saturn PCB Toolkit, que es gratuita, pero requiere descarga).

Los trazos serían del orden de 3 pulgadas de largo, y probablemente irían en forma de U invertida para ir cerca de los bordes de la placa, de modo que tengo espacio para enrutar todo lo demás (solo señales sub-MHz) sin romper el plano de tierra bajo las huellas USB.

Por supuesto, me doy cuenta de que todo el esfuerzo es un poco loco; sin embargo, nuevamente, es para un tablero de pasatiempos, y parece haber sido hecho por compañías serias también.
La alta velocidad todavía me supera un poco, pero el resto del proyecto es simple; Solo necesito obtener esta señal a través de la PCB y todo lo demás es pan comido.

Si te lo perdiste, la pregunta principal es: ¿ es esto posible, con resultados aceptables?
Si hay mejores métodos de enrutamiento de 2 capas (por ejemplo, este breve artículo utiliza el enrutamiento de guía de onda coplanar para este propósito), infórmenos. No puedo encontrar mucha información (que sea detallada y comprensible, pero sin detalles ni menciones de ecuaciones/calculadoras) sobre esto en absoluto.

Si la placa no usa las señales USB en absoluto, ¿sería una opción colocar los dos conectores uno al lado del otro?
@AnindoGhosh hmm sí, ¡supongo que sí! Pensé que sería bueno tenerlo "en línea" con el cable, pero eso no es absolutamente ningún requisito, ahora que lo mencionas.
Luego, colóquelos lo suficientemente cerca como para permitir que los conectores respiren según las especificaciones USB, y coloque rastros cortos y gruesos entre ellos, preferiblemente de la misma longitud. Los colocaría en ángulo recto entre sí en una esquina de la placa, de modo que toda la configuración no interfiera con el resto de mi PCB.
@AnindoGhosh Eso me da ~ 330 mil rastros entre los pines, más o menos. Todavía tienen una separación de 50 mil/10 mil. Algo como esto: i.imgur.com/GVy7j.png (VBUS es el no enrutado, por supuesto). Al menos de acuerdo con algunas reglas generales, a un tiempo de subida de 500 ps, ​​esto podría estar por debajo de donde importan los efectos de la línea de transmisión. .?
Los efectos de la línea de transmisión en este caso serán insignificantes. La única preocupación posible, si todavía quiere algo de lo que preocuparse, sería que la longitud acumulada de los dos cables USB que conecta a los dos puertos puede exceder la longitud máxima recomendada para USB.
¿Están esas dos líneas enrutadas correctamente según las huellas del conector?
Lo revisaré de nuevo, pero creo que sí. Verifiqué dos veces cuando hice las huellas y el software no permite un enrutamiento incorrecto.

Respuestas (1)

Resumiendo el rastro de comentarios como respuesta :

El requisito es un diseño de PCB para un paso entre los conectores USB2.0 A y B en una PCB. El resto del circuito en la PCB no interactúa con la ruta de la señal USB.

Solución sugerida :

Al cambiar la disposición física de los dos zócalos para que estén juntos en lugar de en lados opuestos de la placa como se concibió originalmente, se alivian las preocupaciones sobre la longitud del seguimiento de la señal y el efecto de transmisión.

Además, al colocar los dos conectores en ángulo recto entre sí, en una esquina del área de la placa, se soluciona la necesidad de dejar espacio entre ellos para permitir que los cables se conecten: Los cables se conectarían a lo largo de diferentes bordes del tablero y no se tocarían entre sí.

Esto también permite la simplificación del enrutamiento:

  • La recomendación de trayectos de señal de igual longitud se aborda inherentemente
  • El arreglo no interfiere con el resto del diseño de PCB, ya que está en una esquina
  • Con la pequeña longitud de rastreo indicada, los efectos de la antena y la línea de transmisión son insignificantes para las transmisiones USB 2.0 de alta velocidad

Diseño de esquina de tomas USB(según lo publicado por OP).


Inquietudes que pueden necesitar atención :

  • Robustez física de la PCB para hacer frente a las tensiones de las inserciones repetidas de cables: un perno de montaje en la esquina entre los conectores debería solucionar este problema.
  • La longitud total efectiva del cable USB, sumando los cables del lado A y del lado B, puede exceder la longitud máxima del cable USB. La sección de PCB muy corta actuaría simplemente como una extensión del cable.
  • Se necesitan soluciones creativas para encajar adecuadamente la placa con conectores en las esquinas.
El enfoque de dos esquinas podría dificultar el empaquetado del prototipo.
Esta es una respuesta decepcionante para todos los demás que están investigando esta pregunta planteada en el tema, que no pueden simplemente eludir el problema.