为峰值可靠性和性能的USB PCB路由技巧

这可能听起来很哲学，但被认为是容易的事情往往是生活中最困难的事情。我说的是包装礼物。我7岁的儿子在礼物包装方面做得比他的父亲好，而他的父亲已经在地球上行走了30多年，说起来有点尴尬。

有了这样的智慧，当USB技术开始淘汰它的传统对手，如电脑上的PS/2和串口时，我谨慎地接近USB PCB路由。嵌入式控制器开始引入USB作为替代接口，那是我第一次尝试路由USB集线器和设备设计。

你需要担心USB PCB路由吗?

当我被要求将USB功能实现到修订后的PCB中时，这在嵌入式控制器行业是相当新的。互联网上的资源是稀缺的，设计师不得不依靠技术指南和数据表在PCB上实现USB。

USB有一个简单的接口，有一对差分对用于数据、电源和接地。但这是一项既方便用户又快速的技术。PCB设计人员的工作比固件开发人员相对容易，因为设计PCB集线器或设备所使用的组件很少。

但这是否意味着你可以轻视USB PCB路由呢?

USB路由问题的风险随着总线速度的增加而增加。

作为一个PCB设计师，你不应该对你的设计方法漠不关心。话虽如此，如果你犯了一个错误，一些USB设计很容易出现问题。如果你设计的是USB1.1或USB2.0全速设备，你需要应对的最大速率是12mbps，很少会引起问题。

然而，当你采用USB2.0高速及以上，你需要开始担心犯错误。USB2.0高速运行速度为480Mbps，如果你找到了一个使用USB3.1的项目，你将处理10Gbps的惊人速度。

当你得到USB PCB路由错误时会发生什么

USB设计中的物理简单性是对错误的公开邀请。当这种情况发生时，你会发现设计受到各种问题的困扰。总线供电的USB设备如果超过USB集线器提供的限制，可能会出现不稳定的功能。根据USB标准，USB集线器提供的最大电流是500 mA，这是在高功率模式下。

错误差动对路由也可能导致时差或差异倾斜等问题。USB差分对是标记为D+和D-的信号。如果两个信号轨迹的长度不匹配，信号的边缘将在不同的时间到达接收机。这在高速协议中更为明显。

在480 Mbps或10 Gbps这样的频率下，USB迹线可能是干扰PCB上其他信号的EMI来源。当然，可以通过使用处理高速信号的最佳实践来减轻这种影响。

USB PCB布线技巧

不管你使用的是USB1.1还是快速的USB3.1。您需要养成在设计中始终遵循推荐实践的习惯。这里有一些提示，以帮助您生存的USB设计的复杂性。

1.功率预算

无论您是在设计USB集线器还是设备，正确估算功率都是至关重要的。对于USB集线器，它必须提供最大500mA的电源，对于USB设备，如果它是总线供电的，消耗的总峰值电流必须小于500mA。

在USB设计中获得正确的功率预算。

2.防静电保护

插拔设备时，USB收发芯片会被静电损坏。通过在USB总线上添加专用的ESD组件，确保您正在进行ESD保护。

3.EMI控制

当处理高速USB2.0及以上时，您将希望防止迹线成为PCB上其他电路的EMI来源。使地面返回路径靠近或低于差分对迹线有助于防止地面噪声。此外，确保在USB模块和PCB上的其他电路之间保持足够的间隙。

4.差动对路由

您已经听说过差分对路由要求两条迹线在长度上匹配并且彼此平行。当您路由USB信号对时，请密切遵循建议。USB标准要求信号走线阻抗匹配在90欧姆，这是USB电缆的阻抗。

你不想让任何事情碰运气，但要使用适当的设计和分析工具．的OrCAD PCB Designer有一个阻抗计算工具，是方便的USB设计。

如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈吧．