哦，说，你能C吗?-与USB type-C连接器搏斗

2018年4月4日

通用串行总线。让我们来分析一下。

通用．它适用于任何地方和任何人。
串行．相对于并行总线，我们正在向流中填充额外的数据。
公共汽车．一堆电线。

所以我们有一堆电线和一堆数据做一堆事情。如果你能做到，这是一个巧妙的把戏。USB已经存在了一段时间，最被认可的是u盘的连接器格式，你可能有几个-或者很多，如果你去贸易展览和拿免费赠品的话。你的手机可能有微型版本，或者它可能有更微型的USB type-C连接器。

这些小发明的奇妙之处在于它们可以同时处理多项任务。这是一个充电口。数据端口。显示端口。这片。史都华。但是等等，还有更多!因为它不像所有的前辈那样极化，所以倒置插入也没有惩罚。

我可以诚实地说，在USB-C很酷之前，我就在研究USB-C协议。谷歌曾经是/现在是规范开发联盟的一部分。我第一次接触是在2015年初，我试图在电线和插头之间制造一小块电路。这一点是笼罩在充电器组装方的方程式。电路板连接器紧随那一小块之后出现。

你们大多数人会对连接器对的那一半感兴趣，因为那是印刷电路板上的部分。如果您没有在设计中使用过C连接器，那么您可能会大吃一惊。首先，它远远超出了传统USB端口的简单性。

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图片来源:Diodes.com

即使是最先进的PCB制造商也难以实现。可能会有例外，但我还没有找到一个连接器供应商，可以满足所有的要求，并且在晶圆厂的制造甜点内。我们大多数人每天晚上都会给手机、平板电脑或电脑充电，对于高级用户来说甚至更频繁。这是很多的交战和很多机会拖拽连接器。我很高兴我用来写这篇文章的机器上有四个USB-C连接器端口。几乎可以肯定的是，在我破坏另一边的别针之前，我可以拉这根绳子的次数是有限的。

了解了这一点，连接器供应商将指定高度受限的占用空间几何。期望在非镀孔和非镀槽上有非常紧密的位置和尺寸公差。这些是次要演习后，第一次演习和路线模式用于镀孔和槽。连接器主体的镀槽通常被推到板的边缘。表面安装垫正对着非镀孔。如果我们担心整个设备的z高度(现在谁不担心呢)，我们就不得不使用位于PC板插槽中的中挂连接器。这小皱纹增加通孔的一排领导，同时保持一排表面安装垫。因此，我们有非镀孔和槽沿镀孔槽都在非常接近彼此。

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图片来源:数据表来自Witarea(中装)和中国连接器(SMD)

回想一下，当我们有一个加工孔时，金属回拉总是大于镀孔的回拉。工艺流程为钻、板、钻。在这些步骤之后，面板被放入非镀孔的夹具中。它可能不是同一个操作员或工厂内的相同位置，这可能导致自然的变化，这也是非镀孔周围较大的防护区域的原因。遵循供应商的保守足迹将不可避免地导致从制造商获得DFM请求。

“我们可以提高非镀孔/槽的公差吗?”
“我们能把镀槽的衬垫夹在板的边缘吗?”
“我们能把SMD垫从非镀孔上修剪掉吗?”
“我们能移动或删除这些插槽吗?”

严重吗?这些问题都是我从技术顶尖的制造商那里得到的。即使是能够可靠地蚀刻40微米(!)痕迹和空间的设备，也与USB-C连接器的占地面积作斗争。

我在去年的设计展上拜访了几家连接器供应商;Amphenol, Lotes, Samtek, TE等。在乐天的展位上，他们有一块直径约8英寸的圆形板，上面到处都是不同版本的USB-C连接器。我只是半开玩笑地告诉销售代表，她应该把她的数据表带到每一个PCB制造商的展台上，并要求他们对他们推荐的占地几何进行DFM研究。这是一个很大的挑战。

一定还有像我这样的人。四年来，我们已经代表工厂和我们的利润潜力把连接器供应商带到了谈判桌上。新产品进入市场，他们的镀槽和引脚从边缘拉。这个喘息的空间使我们可以进行标准的钻井作业。你可以发现非镀槽/孔对远离连接引脚。这也有助于制造商，同时提供另一个路由优势。下面是一个关于为什么这很重要的故事。

你有多灵活?

在柔性电路中实现公差要困难得多，因此，当然，当我们将c型连接器放在六层柔性电路上时，会产生反作用。由于超高速差分对的隔离和笔记本电脑复杂的功率要求，它不是一个非常灵活的挠性。事实上，由于特殊的零插入力(ZIF)柔性连接器在边缘连接器上没有足够的抓地力，该设备未能在三英尺高的混凝土跌落测试中失败。我的物理设计师很快就做了一个小支架，从一边悬挑出来。我清除了痕迹，这是一场游戏。就像流言终结者们在把碰撞测试假人放在升降椅上时所说的那样，假人腿上放着一台笔记本电脑和一根爆炸引爆棒，“别在家里试验!”

可预见的是，flex供应商在严格的限制条件下畏缩不前，并希望为焊锡掩模减轻规格和团伙开口。我喜欢我们的物理设计师的反应。他告诉供应商，他们做的是制造和组装(在柔性件上常见)，他们将独自负责与此项目有关的所有故障。根据我的估计，正是这种责任使得连接器供应商想要一个完美的初始足迹。如果你不遵循他们的设计标准，他们就不会拥有这个问题。

从那时起，当零件供应商的要求超过晶圆厂或组装供应商的能力时，你应该采取什么行动成为一个标准的面试问题。答案是显而易见的。把双方都拉到谈判桌前，试着找到一个可以接受的中间立场。

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图片:USB Type-C，顶部安装

具体到路由

好的，现在你有一个USB-C连接器的足迹，可以由至少一家公司生产。你已经把所有的ESD保护二极管都放在连接器旁边，以节省其余的精密设备。这是路由时间。您可能注意到的第一件事是，连接器中间有一对差动线，从后排连接到前排，无论它们是SMD还是通孔。这四个引脚代表了传统的USB 2.0接口。请记住，由于没有极性差异，配对连接器必须正确向上或倒置工作。你得到的是一个非常短的差分对，在引出ESD抑制电路之前穿过P和N。

我们通常可以通过通过孔潜入板中，然后开始在另一层上沿着我们进入的相同方向(而不是线性路径)走掉一个差值对。在这种类型的连接器周围有限的空间里，这是一个更难实现的技巧。我又用了一个老把戏。打印在PCB上的标准耦合器由四个端口组成，在模拟设计中分别表示输入、输出、终止和耦合信号。输入端口是直接DC连接到终止端口，该端口连接到另一个引脚接地的电阻。两条线的长度和它们之间的间隙将建立耦合量，3dB, 10和20 dB是常见的。耦合端口和输出端口在这条线与另一条线并排路由时获得能量。

另一方面，正交混合耦合器在相邻层上运行两条线，终止端口最终在与输入相反的一侧而不是同一侧，形成一个X，只是交叉被拉长以实现耦合。你知道这是怎么回事。

回到USB- C;运行的两条线从中央通过销或通孔的情况下，可能是在不同的层，并创建一个侧面耦合对，而不是一个边缘耦合对，这样你可以交叉。我之前展示过这个图表，因为我认为这是这个路由计划的最佳解决方案。在这种情况下，我使用了图层8和9和微通道垫。注意，我切换到侧面耦合线到ESD二极管。