Grundlegendes zu USB-Differential- und Single-Ended-Impedanzanforderungen

Die USB-IF-Spezifikation erwähnt Folgendes für USB 3.0:

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Das lässt mich am Kopf kratzen. Durch meine Erfahrung, Z D ich F F < 2 Z 0 -- typischerweise um 1,6-1,8. Wie ist es also möglich, sowohl die Single-Ended- als auch die Double-Ended-Anforderungen zu erfüllen, wenn die Single-Ended-Anforderung bei etwa 50 liegen muss Ω (leicht erreichbar) um die 90 zu bekommen Ω differentielle Impedanz?

Einige der Ressourcen, die ich gefunden habe, sagen sogar ausdrücklich 50 Ω , wie dieser Toradex Highspeed-Layoutleitfaden (PDF):

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Und dieses TI USB 3.0-Hub-Referenzdesign, das ~4,5 mil Leiterbahn, 5 mil Abstand auf 1 Unze Cu, 3,7 mil Dielektrikumsdicke verwendet, leistet ebenfalls 50/90:

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... aber das ist direkt aus dem Maul des Pferdes.

Die meisten Informationen, die ich finde, scheinen die 90 zu betonen Ω Anforderung mehr als die 45-Ohm-Anforderung. Ist es wirklich wichtig, 45 zu werden? Ω oder ist 50 Ω bevorzugt? Kann jemand den Rekord für mich richtigstellen?

Antworten (4)

Single-Ended-Impedanz ist die Leiterbahnimpedanz in Bezug auf Masse.

Die differentielle Impedanz ist die Impedanz zwischen zwei differentiellen Paarsignalspuren.

Ich denke also, dass beide aufeinander abgestimmt sein müssen, wenn Sie mit einer Nennhochfrequenz arbeiten möchten. Muss auch innerhalb des Toleranzbereichs liegen, da es im USB-Fall 15 % sind.

Referenz: http://www.ti.com/lit/an/slla414/slla414.pdf (Seite Nr. 6)

Ich denke, sie sprechen von zwei verschiedenen Kabelsätzen in verschiedenen Generationen des Standards.

Der erste Satz bezieht sich auf SDP, die beiden Shielded Differential Pairs, die in USB 3.0 für einen Durchsatz von 5 Gbit/s eingeführt wurden. Dies sind normalerweise abgeschirmte Twisted-Pair-Kabel. Ihre Z D ich F F < 2 Z Ö .

Im zweiten Satz geht es um Enhanced Superspeed, die mit USB 3.1 eingeführte 10-Gbit/s-Signalisierung. Das können (hochgradig) geschirmte Twisted-Pair-Leitungen sein, es können aber auch einzelne Micro-Coax-Leitungen sein – je eine für das direkte und invertierte Signal jedes differentiellen Paares. Da es in diesem letzteren Fall nur eine geringe oder keine gegenseitige Kopplung zwischen den + und - Signalen gibt, Z D ich F F ≈ 2 Z Ö .

Als Einschränkung: Ich bin nur etwas zuversichtlich in diese Antwort. Ich kenne mich mit USB 3.x nicht aus.

Die SE-Impedanz wird hauptsächlich durch die Leiterbahnbreite und den Abstand zur Ebene gesteuert.

Die Diff-Impedanz für weit voneinander entfernte Paare ist doppelt so hoch wie der Single-Ended-Wert. Wenn Sie die beiden Spuren näher zusammenrücken, sinkt die Diff-Impedanz, bis sie in Ordnung ist.

Wählen Sie also die Leiterbahnbreite und die Prepreg-Dicke so, dass sie der SE-Impedanz entsprechen, und wählen Sie dann den Paarabstand, um die Diff-Impedanz anzupassen.

Ein nominaler Faktor von 2 erfordert eine ziemliche Lücke. Ich würde darauf abzielen, innerhalb der spezifizierten Toleranz zu erreichen. Aber ich erinnere mich auch, dass einige Leute sagten (z. B. Rick Hartley), dass das Verlegen der beiden Drähte auf verschiedenen Bereichen der Platine keine Probleme verursacht, wenn es richtig gemacht wird. Folgen Sie also vielleicht einfach der Längenanpassung und machen Sie überhaupt kein Diff-Paar.

Meine Empfehlung ist, hierfür "lose gekoppelte" Paare zu verwenden. Wenn Sie Platz haben, verlegen Sie 2 SE-Leiterbahnen mit 45 Ohm Z0 auf dem gleichen Weg. Halten Sie sie etwa 3 Spurbreiten auseinander. Dies ergibt ungefähr 90 Ohm (Zdiff). Am besten verlegen Sie diese Spuren nebeneinander (mit gleichmäßigem Abstand) und passen ihre Länge an. Dadurch haben Sie den Vorteil, dass Aggressor-Signale an beide gekoppelt werden (und daher vom Differentialempfänger weitgehend ignoriert werden).

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