2-Layer-USB 2.0-High-Speed-Routing

Erst einmal:

  • Dies ist für ein einmaliges (oder zweimaliges) Hobbyprojekt, nichts Ernsteres. Wenn dies ein kommerzielles Design wäre, würde ich sofort 4 Schichten verwenden (obwohl ich ein solches Projekt überhaupt nicht entwerfen würde).
  • 4-lagig zu gehen ist nur dann akzeptabel, wenn es WIRKLICH notwendig ist ; Solche Platinen kosten in diesen Mengen mindestens doppelt so viel, und die 2-Lagen-Leiterplatte kostet immer noch mehr als die Komponenten zusammen.
  • Das Ziel ist es, das USB 2.0-Signal weitgehend unbeschädigt zwischen zwei Anschlüssen (USB-B auf USB-A, beide weiblich) zu übertragen, mehr nicht; meine Platine verwendet das Signal nicht wirklich.

(Wenn diese Punkte den Beitrag in ein "zu enges" Gebiet verschieben, können Sie sie gerne ignorieren :-)

Die Frage ist also: Ist dies mit akzeptablen Ergebnissen möglich? Das Hauptziel ist natürlich, Hochgeschwindigkeitskommunikation (480 Mbit/s) zu ermöglichen.

Gemäß der USB-Spezifikation sollte das differentielle Paar eine differentielle Impedanz von 90 Ohm und eine charakteristische Impedanz zur Erde von 30 Ohm haben. Allerdings scheint USB einiges an Missbrauch zu tolerieren; Eine SMSC-App-Note (PDF) , in der sie das 2-Layer-USB-2.0-PCB-Layout diskutieren, erwähnt, dass die Single-Ended-Impedanz nicht so kritisch ist wie die Differenz und dass ein Bereich von „45 bis 80 Ohm“ akzeptabel ist.

Die Platinenspezifikationen sind 1 oz Kupfer, mit 63 mil FR-4 dazwischen.
Laut einigen Impedanzrechnern wie diesem (der, sofern ich nichts falsch verstehe, nicht auch die Single-Ended-Impedanz anzeigt), scheinen 50-mil - Spuren mit einem Abstand von 10 mil ~ 90 Ohm Differenz und ~ 80 Ohm zu ergeben Ohm Z0.
(Diese Werte stammen aus dem Saturn PCB Toolkit-Rechner, der kostenlos ist, aber heruntergeladen werden muss.)

Die Leiterbahnen wären in der Größenordnung von 3 Zoll lang und verlaufen wahrscheinlich in einer umgedrehten U-Form, um in die Nähe der Platinenkanten zu gelangen, sodass ich Platz habe, um alles andere (nur Sub-MHz-Signale) zu leiten, ohne die Grundebene zu durchbrechen unter den USB-Spuren.

Mir ist natürlich klar, dass das ganze Unterfangen ein bisschen verrückt ist; Aber auch hier ist es für ein Hobby-Board, und es scheint auch von seriösen Unternehmen gemacht worden zu sein.
High-Speed ​​ist wirklich noch ein bisschen schleierhaft, aber der Rest des Projekts ist einfach; Ich muss nur dieses Signal über die Platine bekommen und alles andere ist ein Kinderspiel.

Wenn Sie es verpasst haben, lautet die Hauptfrage: Ist dies mit akzeptablen Ergebnissen möglich?
Wenn es bessere 2-Layer-Routing-Methoden gibt (in diesem kurzen Artikel wird beispielsweise das Routing von koplanaren Wellenleitern für diesen Zweck verwendet), teilen Sie dies bitte mit. Ich kann darüber überhaupt nicht viele Informationen finden (die sowohl detailliert als auch verständlich sind, aber keine Details oder Gleichungen / Rechner erwähnen).

Wenn das Board die USB-Signale überhaupt nicht verwendet, wäre es eine Option, die beiden Anschlüsse nebeneinander zu positionieren?
@AnindoGhosh hmm ja, ich denke schon! Ich dachte, es wäre schön, es "inline" mit dem Kabel zu haben, aber das ist absolut keine Voraussetzung, jetzt wo Sie es erwähnen.
Positionieren Sie sie dann nahe genug, um den Anschlüssen gemäß der USB-Spezifikation gerade Platz zum Atmen zu lassen, und legen Sie kurze, fette Spuren dazwischen, vorzugsweise von gleicher Länge. Ich würde sie rechtwinklig zueinander an einer Ecke der Platine platzieren, so dass der gesamte Aufbau den Rest meiner Platine nicht stört.
@AnindoGhosh Das gibt mir ungefähr 330 Millionen Spuren zwischen den Stiften oder so. Sie haben immer noch einen Abstand von 50 mil/10 mil. So etwas in der Art: i.imgur.com/GVy7j.png (VBUS ist natürlich der ungeroutete.) Zumindest nach einigen Faustregeln könnte dies bei einer Anstiegszeit von 500 ps darunter liegen, wo Übertragungsleitungseffekte eine Rolle spielen. .?
Die Übertragungsleitungseffekte sind in diesem Fall vernachlässigbar. Wenn Sie sich dennoch Sorgen machen möchten, besteht die einzige mögliche Sorge darin, dass die Gesamtlänge der beiden USB-Kabel, die Sie an die beiden Anschlüsse anschließen, möglicherweise die empfohlene maximale Länge für USB überschreitet.
Sind diese beiden Leitungen gemäß den Steckergrundrissen richtig verlegt?
Ich werde es nochmal überprüfen, aber ich denke schon. Ich habe es noch einmal überprüft, als ich die Footprints gemacht habe, und die Software lässt kein falsches Routing zu.

Antworten (1)

Zusammenfassender Kommentarpfad als Antwort :

Die Anforderung ist ein PCB-Layout für ein Pass-Through zwischen USB2.0 A- und B-Anschlüssen auf einer PCB. Der Rest der Schaltung auf der Platine interagiert nicht mit dem USB-Signalpfad.

Lösungsvorschlag :

Indem die physische Anordnung der beiden Buchsen so geändert wird, dass sie dicht beieinander statt auf gegenüberliegenden Seiten der Platine liegen, wie ursprünglich vorgesehen, werden die Bedenken hinsichtlich der Länge der Signalspur und des Übertragungseffekts gemildert.

Ferner wird durch das Anordnen der beiden Verbinder rechtwinklig zueinander an einer Ecke des Platinenbereichs der Notwendigkeit Rechnung getragen, zwischen ihnen Platz zu lassen, um das Einstecken von Kabeln zu ermöglichen: Die Kabel würden entlang unterschiedlicher Kanten der Platine verbunden Brett und würden sich nicht berühren.

Dies ermöglicht auch eine Vereinfachung des Routings:

  • Die Empfehlung für gleich lange Signalpfade wird von Natur aus berücksichtigt
  • Die Anordnung stört den Rest des PCB-Layouts nicht, da sie in einer Ecke liegt
  • Bei der angegebenen geringen Leiterbahnlänge sind Übertragungsleitungs- und Antenneneffekte für USB 2.0 High-Speed-Übertragungen vernachlässigbar

Eckanordnung der USB-Buchsen(wie von OP gepostet).

Bedenken, die möglicherweise angesprochen werden müssen :

  • Physische Robustheit der Leiterplatte, um den Belastungen durch wiederholtes Einführen von Kabeln standzuhalten - Eine Befestigungsschraube an der Ecke zwischen den Steckverbindern sollte dies beheben.
  • Die effektive Gesamtlänge des USB-Kabels, die A-Seite- und B-Seite-Kabel addiert, kann die maximale USB-Kabellänge überschreiten. Der sehr kurze PCB-Abschnitt würde lediglich als Verlängerung des Kabels wirken.
  • Kreative Lösungen erforderlich, um die Platine mit Steckverbindern an der Ecke geeignet zu verpacken.
Der Zwei-Ecken-Ansatz könnte es schwierig machen, den Prototyp zu verpacken.
Dies ist eine enttäuschende Antwort für alle anderen, die diese in dem Thema aufgeworfene Frage untersuchen und das Problem nicht einfach umgehen können.
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