Probleme mit dem PCB-Design für USB3-Verbindungen

Es gibt einige Dinge zu beachten:

1. "ein männlich-männliches Verlängerungskabel" ist aus Sicht des USB-Standards eine illegale Konstruktion. Daher können diese Kabel nicht offiziell in einem qualifizierten Labor zertifiziert werden, und wer auch immer dieses Kabel in einer chinesischen Sweatshop-Fabrik hergestellt hat, hat keine Ahnung, was er tut, und auch keine geeignete Ausrüstung, um irgendetwas zu testen. Die Gesamtübertragungsqualität dieses Kabels ist also ein Hauptverdächtiger. Dies ist ein Faktor Nr. 1.

2. Ihr Board ist im Wesentlichen ein "weiblich-weiblicher" Konverter, mit dem Sie Ihr männlich-männliches Verlängerungskabel in eine "männlich-weibliche" Verlängerung umkonfigurieren können (was übrigens auch gegen die USB-Spezifikationen verstößt). Auf diese Weise haben Sie einen weiteren Gegenstecker in den Link eingeführt. Der Grund dafür, dass Extender von den USB-Spezifikationen ausgeschlossen sind, liegt darin, dass sie zusätzliche Anschlüsse einführen und, wie in dieser SE EE-Frage erwähnt wurde, ist es physikalisch schwierig, eine gute gleichförmige differentielle Impedanz über nicht-koaxiale Verbindungen aufrechtzuerhalten. Diese Unvollkommenheiten können eine nahezu beliebige Form haben und können in USB 3.x-Empfängern nicht korrigiert werden, im Gegensatz zu den einfachen Kabelverlusten. Jede Impedanzinhomogenität entlang des Kanals führt zu Reflexionen, die zusammengenommen (auch bekannt als "Intersymbol-Interferenz") schrecklichen Jitter verursachen, und USB-Clock-Data-Recovery-Schaltungen können dies nicht tolerieren/anpassen. Das Schlechte an Ihrem kombinierten Kabel ist, dass es zwei zusätzliche Paar Gegenstecker hat, was wahrscheinlich jede erwartete Qualität des Kanals beeinträchtigt, selbst wenn Ihre Leiterbahnen/Pads auf die bestmögliche Weise ausgelegt sind.

3. Einige USB 3.x-Logikanalysatoren sind so konzipiert, dass sie aktive Repeater verwenden, um den Datenverkehr zu schnüffeln und ihn zur Aufzeichnung und Analyse zu verzweigen. Als solche können sie das Signal neu formen und zeitlich neu abstimmen, weshalb es möglicherweise etwas zuverlässiger "funktioniert".

4. USB 3.0-Kabel haben keine formelle Begrenzung ihrer Länge, vorausgesetzt, dass ihre Verlusteigenschaften die Spezifikationen nicht überschreiten, sodass die Fähigkeiten von USB-Empfängern zum "Ausgleichen" (Anpassen) der Verluste während des Kanaltrainings nicht überschritten werden. Also das Kabel kann man so lange lassen wie man seine Verluste gering machen kann (;was kostet). Die Praxis zeigt jedoch, dass die meisten Standard-AB-Kabel die Qualitätsanforderungen (Einfügungsdämpfung, Nah- und Fernnebensprechgrenzen) nicht erfüllen können, wenn sie länger als 2 m sind. Wenn Mikrostecker verwendet werden, hat die kollektive Weisheit des USB-IF-Konsortiums festgestellt, dass es sich nicht lohnt, Kabel mit einer Länge von mehr als 1 m in Betracht zu ziehen, zu verwenden und zu testen. Und wiederum gelten all diese Überlegungen nicht für Extender, da sie eine Unvollkommenheit einführen, die nicht universell modelliert werden kann und daher ein gemeinsamer Korrekturalgorithmus unmöglich ist.

5. Nicht alle USB-Geräte und -Hosts sind gleich, insbesondere in dem Sinne, wie gut ihre Empfänger Kanalverluste ausgleichen können und wie tolerant sie gegenüber akkumuliertem Signaljitter sind. Ein USB-IF-Konformitätszertifikat ist ein guter Anfang, um einigermaßen sicher zu sein, dass die Verbindung zuverlässig funktioniert. Wenn eine der Komponenten in der Verbindung nicht USB-IF-zertifiziert ist, besteht eine gute Chance, dass sie gegen einige USB-Anforderungen verstößt und keine zuverlässige Kommunikation bereitstellen kann, obwohl Ausnahmen auftreten. Dazu gehört Ihre "USB 3.0-Kamera".

Daher sollte es nicht überraschen, dass Ihre doppelt verlängerte USB-Verbindung nur zeitweise funktioniert. Man muss Glück haben, dass es überhaupt funktioniert.

Damit es zuverlässig funktioniert, sollten Sie alle Extender ausschließen oder zumindest natürliche männlich-weibliche Extender verwenden, es gibt einige gute Qualität. Sie wissen dies jedoch nie, es sei denn, Sie haben einen teuren differentiellen TDR (Time-Domain Reflectometer) oder Netzwerkanalysator, um Ihre Kanalqualität zu testen. Wenn die Entfernung ein Problem darstellt, sollten Sie „aktive“ Extender verwenden, die auf einer neuen Klasse von USB-Geräten mit der Bezeichnung „Repeater-Retimer “ basieren.

Das Layout sieht falsch aus.

Mit Blick auf Pin 1 des unteren Steckers (untere Reihe, linke Position) geht die rote Spur zu ihrem Äquivalent am oberen Stecker.

Schauen Sie sich nun die beiden Pins direkt darüber an, obere Reihe 1 und 2. Dies wären StdA_SSRX− und StdA_SSRX+. Diese verbinden sich mit den Stiften unter der beigen Spur. Ich würde erwarten, dass sie zu dem Paar unter der roten Spur am oberen Anschluss geleitet werden.

Diese scheinen sich mit StdA_SSTX− und StdA_SSTX+ zu verbinden, haben Sie TR und Rx hier falsch verbunden?