¿Qué tan importante es el diseño de las líneas de datos USB/cómo se ve mi diseño?

Estoy diseñando las líneas de datos USB en mi placa en este momento, y solo estoy tratando de tener una idea de qué tan bien le irá a mi diseño. Aquí están los detalles:

  • Tablero de 4 capas (desde arriba: señal, tierra, planos de potencia dividida, señal)
  • el cobre interno es de 0,5 oz, el cobre externo es de 1 oz
  • el preimpregnado entre la lámina externa y el núcleo tiene un grosor de 7,8 milésimas de pulgada
  • las trazas son de 10 mil con un espaciado de par diferencial de 9,7 mil
  • La longitud del rastro del pin MCU a las tapas paralelas es de aproximadamente 0,23 pulgadas

Planeo tener un conector USB sellado en la carcasa de mi dispositivo. El conector que elegí tiene una disposición de encabezado vertical, por lo que tendré una placa a la que soldar el conector, y luego, entre eso y la placa principal, habrá un cable de puente.

En cuanto a la impedancia diferencial, según las especificaciones anteriores, creo que debería aterrizar en algún lugar en el área de 91 a 92 ohmios. De acuerdo, las huellas no permanecen espaciadas uniformemente todo el tiempo, ya que atraviesan las tapas paralelas y las resistencias en serie antes de llegar al conector... pero lo intenté lo mejor que pude.

Aquí hay una foto del diseño del tablero hasta el momento:

Disposición de la línea de datos USB

¿Cómo se ve esto? La diferencia de longitud entre el par de trazas es inferior a 5 milésimas de pulgada. Lo que me preocupa es que se estropee todo este asunto de la impedancia diferencial... y que el cable puente entre la placa y el conector estropee las cosas.

¿Te importa compartir qué MCU estás usando? Muchos con transceptores integrados prefieren que no haya componentes externos en línea. Siempre y cuando sean del mismo largo y no demasiado largos, debería estar bien. (Creo que las hojas de datos de Microchip dicen menos de 19 cm o algo absurdamente largo como eso)
¿Y cuánto tiempo será el cable de puente? Supongo que ese será el eslabón más débil si algo lo es.
Probablemente se salga con la suya con las tasas de velocidad USB de baja velocidad / USB de velocidad completa utilizadas por muchos microcontroladores habilitados para USB. Si tiene algo que puede hacer USB 2.0 de alta velocidad completo, probablemente deba tener más cuidado, aunque lo que tiene no se ve mal.
El cable puente tendrá aproximadamente 3 pulgadas de largo, 28 AWG, no blindado. También estoy usando un LPC1769. La placa prototipo de Embedded Artists que estoy usando tiene las mismas resistencias en serie de 33 ohmios y tapas paralelas de 18pF que estoy usando.
Es difícil saberlo por el dibujo, pero parece que estás cruzando una división en el avión con esas dos señales y no quieres hacer eso. USB usa una recepción diferencial, pero las señales todavía están referenciadas al avión. Incluso si no lo fueran, aún tendría que preocuparse por el ruido de modo común. Probablemente funcionará así, pero definitivamente irradiará más.
Buen punto: lo jalaré hacia la MCU para mantenerlo sobre el plano 3V3.

Respuestas (1)

Asumiendo que solo está usando USB de baja velocidad o velocidad completa, debería estar bien.

En general, las consideraciones de diseño solo deben tenerse en cuenta si va a recorrer largas distancias (muchas pulgadas) o si usa USB-2.0. Incluso entonces, USB es sorprendentemente tolerante.

  • USB 1.1 o USB2.0 de velocidad baja/completa

    • Realmente no necesitas preocuparte. Hay historias (posiblemente apócratas) de personas que ejecutan USB2.0 de baja velocidad de 50 'de cable CAT-5 . Siempre y cuando mantenga su cableado a unas pocas pulgadas o menos, no me preocuparía.
    • El borde más rápido del que tendrá que preocuparse en aplicaciones de baja/máxima velocidad es de 12 Mhz. Como tal, realmente no se está acercando al punto en el que asegurarse de que sus trazas/cableado estén correctamente alineados con transmisión/controlados por impedancia sea tan importante, al menos siempre que sus secciones generales de impedancia no controlada sean menores, digamos ~6". .
    • Como dije, la mayoría de los controladores USB son increíblemente tolerantes con los dispositivos USB que están muy fuera de las especificaciones. Si esto es algo para la producción, me esforzaría por hacerlo correctamente (hay un tipo que tiene una placa base que lanza un silbido si algo conectado a ella se desvía de la especificación por una pequeña cantidad), pero si es solo un tablero de prueba, yo diría que solo lo coloque ordenadamente y no se preocupe por eso.

  • USB2.0 de alta velocidad.

    • Aquí el diseño se vuelve más importante. USB 2.0 de alta velocidad tiene una velocidad de borde máxima de 480 Mhz. Como tal, incluso las trazas cortas comienzan a acercarse a la longitud de onda de los datos y, como tal, el control de impedancia adecuado se vuelve importante.
    • Suponiendo que su paquete EDA tiene opciones de enrutamiento controladas por impedancia adecuadas, simplemente configure su impedancia de par diferencial en ~ 90 Ω, y debería estar bien. Sin embargo, tenga cuidado de asegurarse de tener un plano de tierra contiguo.

  • USB3.0

    • ¿Entonces te odias a ti mismo?
Honestamente, existe la posibilidad de que algunos tipos que conozco quieran esto. No quiero descartar venderlo, así que diseñarlo bien, si no va a requerir que llegue a extremos ridículos, es genial para mí. Sin embargo, solo planeo admitir USB 2.0 de velocidad completa. ¿Sería mejor tener la placa en la que se suelda el conector para enchufarla directamente en la placa base y hacer seguimientos hasta el borde de la placa principal? Al menos de esa manera podría controlar la impedancia mejor, potencialmente, de lo que podría hacerlo con un cable de puente.
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