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关于USB电路板Layout的7条建议

电子工程技术 2019-08-12 11:17 次阅读

USB是一种快速、双向、同步传输、廉价、方便使用的可热拔插的串行接口。由于数据传输快,接口方便,支持热插拔等优点使USB设备得到广泛应用。目前,市场上以USB2.0为接口的产品居多,但很多硬件新手在USB应用中遇到很多困扰,往往PCB装配完之后USB接口出现各种问题。

比如通讯不稳定或是无法通讯,检查原理图和焊接都无问题,或许这个时候就需怀疑PCB设计不合理。绘制满足USB2.0数据传输要求的PCB对产品的性能及可靠性有着极为重要的作用。

USB协议定义由两根差分信号线(D+、D-)传输数字信号,若要USB设备工作稳定差分信号线就必须严格按照差分信号的规则来布局布线。根据笔者多年USB相关产品设计与调试经验,总结以下注意要点:

在元件布局时,尽量使差分线路最短,以缩短差分线走线距离(√为合理的方式,×为不合理方式);

2优先绘制差分线,一对差分线上尽量不要超过两对过孔(过孔会增加线路的寄生电感,从而影响线路的信号完整性),且需对称放置(√为合理的方式,×为不合理方式); 

3对称平行走线,这样能保证两根线紧耦合,避免90°走线,弧形或45°均是较好的走线方式(√为合理的方式,×为不合理方式);

4差分串接阻容,测试点,上下拉电阻的摆放(√为合理的方式,×为不合理方式);

5由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在使得差分线长易不匹配,而线长一旦不匹配,时序会发生偏移,还会引入共模干扰,降低信号质量。所以,相应的要对差分对不匹配的情况作出补偿,使其线长匹配,长度差通常控制在5mil以内,补偿原则是哪里出现长度差补偿哪里;

6为了减少串扰,在空间允许的情况下,其他信号网络及地离差分线的间距至少20mil(20mil是经验值),覆地与差分线的距离过近将对差分线的阻抗产生影响;

7USB的输出电流是500mA,需注意VBUS及GND的线宽,若采用的1Oz的铜箔,线宽大于20mil即可满足载流要求,当然线宽越宽电源的完整性越好。

普通USB设备差分线信号线宽及线间距与整板信号线宽及线间距一致即可。然而当USB设备工作速度是480 Mbits/s,只做到以上几点是不够的,我们还需对差分信号进行阻抗控制,控制差分信号线的阻抗对高速数字信号的完整性是非常重要的.

因为差分阻抗影响差分信号的眼图、信号带宽、信号抖动和信号线上的干扰电压。差分线阻抗一般控制在90(±10%)欧姆(具体值参照芯片手册指导),差分线阻抗与线宽W1、W2、T1成反比,与介电常数Er1成反比,与线间距S1成正比,与参考层的距离H1正比,如下图是差分线的截面图。

下图为四层板的参考叠层,其中中间两层为参考层,参考层通常为GND或Power,并且差分线所对应的参考层必须完整,不能被分割,否则会导致差分线阻抗不连续。若是以图 2叠层设计四层板,通常设计时差分线采用4.5mil的线宽及5.5mil的线间距既可以满足差分阻抗90Ω。

然而4.5mil线宽及5.5mil线间距只是我们理论设计值,最终电路板厂依据要求的阻抗值并结合生产的实际情况和板材会对线宽线间距及到参考层的距离做适当的调整。

以上所描述的布线规则是基于USB2.0设备,在USB布线过程中把握差分线路最短、紧耦合、等长、阻抗一致且注意好USB电源线的载流能力,掌握好以上原则USB设备运行基本没问题。

原文标题:关于USB电路板layout不得不看的7条建议

文章出处:【微信号:EngicoolArabic,微信公众号:电子工程技术】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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NB7NPQ1104M 3.3 V USB 3.1 Gen-2 10Gbps四通道/双端口线性转接驱动器

1104M是一款高性能2端口线性转接驱动器,专为支持5 Gbps和10 Gbps数据速率的USB 3.1 Gen 1和USB 3.1 Gen 2应用而设计。信号完整性因PCB走线,传输电缆和符号间干扰(ISI)而降低。 NB7NPQ1104M通过在输入接收器上实现不同的均衡电平和输出发送器上的平坦增益放大来补偿这些损耗。 NB7NPQ1104M为每个独立通道提供可编程均衡和平坦增益,以优化各种物理介质的性能。 NB7NPQ1104M包含一个自动接收器检测功能,用于确定输出是否有效。如果相应通道的信号检测器空闲一段时间,接收器检测环路将处于活动状态。如果未检测到负载,通道将移至“拔出模式”,或者由于不活动而返回低功耗模式(睡眠模式)。 NB7NPQ1104M采用3.5 x 9 mm WQFN42封装,工作温度范围为-40°C至85°C。 特性 3.3 V±0.3 V电源 5 Gbps&带线性放大器的10 Gbps串行链路 设备支持USB 3.1 Gen 1和USB 3.1 Gen 2数据速率 自动接收器检测 集成输入和输出端接 引脚可调节接收器均衡和平坦增益 100-差异CML I / O 自适应电源管理的自动休眠模式 热插拔功能 ESD...
发表于 07-31 17:02 42次 阅读
NB7NPQ1104M 3.3 V USB 3.1 Gen-2 10Gbps四通道/双端口线性转接驱动器

FPF2895C 限流负载开关含OVP和TRCB 28 V 5 A.

2895C具有28 V和5A额定电流限制电源开关,提供过流保护(OCP),过压保护(OVP)和真正反向电流模块(TRCB)来保护系统。具有典型值为27mΩ的低导通电阻,WL-CSP可在4 V至22 V的输入电压范围内工作.FPF2895C支持±10%的电流限制精度,500 mA至2 A的过流范围和± 5%的限流精度,2 A至5 A的过流范围,可选择的OVP,可选择的ON极性和可选的OCP行为等灵活操作,可根据系统要求进行优化。 FPF2895C可用于一个24焊球,1.67 mm x 2.60 mm晶圆级芯片级封装(WL-CSP),间距为0.4 mm。“ 特性 28V / 5A能力 宽输入电压范围:4V~22V 超低导通电阻 Typ。在5V和25°C时为27mΩ 外部RSET的可调电流限制: - 500 mA~5 A 带OV1和OV2逻辑输入的可选OVLO: - 5.95 V±50 mV - 10 V±100 mV - 16.8 V±300 mV - 23 V±460 mV 可选ON极性 可选择的过流行为: - 自动重启模式 - 当前来源模式 真实反向当前阻止 热关机 应用 终端产品 带OVP的USB Vbus电源开关和OCP整合 笔记本 平板电脑 PAD 监视器 ...
发表于 07-31 14:02 30次 阅读
FPF2895C 限流负载开关含OVP和TRCB 28 V 5 A.

FPF2895V 符合AEC Q100标准(2级)限流负载开关 带OVP和TRCB 28 V 5 A

2895V具有28 V和5A额定电流限制电源开关,提供过流保护(OCP),过压保护(OVP)和真正反向电流模块(TRCB)来保护系统。具有低导通电阻,典型值为27 m,WL-CSP可在4 V至22 V的输入电压范围内工作。 FPF2895V支持±10%的电流限制精度,过电流范围为500 mA至2 A和±5%的电流限制精度,2 A至5 A的过流范围,灵活的操作,如可选择的OVP,可选择的ON极性和可选择的OCP行为,可根据系统要求进行优化。 FPF2895V提供24焊球,1.67 mm x 2.60 mm晶圆级芯片级封装(WL-CSP),0.4 mmpitch。“ 特性 AEC- Q100合格(2级) 28V / 5A能力 超低导通电阻:典型值。在5V和25°C时为27mΩ 宽输入电压范围:4V~22V 外部RSET的可调电流限制: - 500 mA~5 A 具有OV1和OV2逻辑输入的可选OVLO: - 5.95 V±50 mV - 10 V±100 mV - 16.8 V±300 mV - 23 V±460 mV 可选ON极性 可选择的过电流行为: - 自动重启模式 - 电流源模式 真正的反向电流阻断 热关断 打开排水故障FLAGB输出 UL60950-1& IEC 6095...
发表于 07-31 08:02 30次 阅读
FPF2895V 符合AEC Q100标准(2级)限流负载开关 带OVP和TRCB 28 V 5 A

NCP6922C LDO稳压器 双通道 4通道PMIC 双DC-DC转换器

2C是安森美半导体迷你电源管理IC系列的一部分。它经过优化,可提供电池供电的便携式应用子系统,如相机功能,微处理器等。该器件集成了两个高效率800 mA降压DC-DC转换器,具有DVS(动态电压调节)和两个低压差(LDO)稳压器在4x4 mm 20引脚WQFN封装中。 特性 优势 超低静态电流(典型值82 uA) 节省电池寿命 I 2完全可编程 C 提供设计灵活性 两个低噪声,低压差稳压器,可编程输出电压1.0 V至3.3 V,50 mV步进,2 x 150 mA和输出电流能力,50 uVrms典型低输出噪声 提供设计灵活性 两个DC-DC转换器,效率95%,可编程输出电压0.6 V至3.3 V,12.5 mV步进,800 mA输出电流能力 应用 终端产品 电池供电应用电源管理 核心电压低的处理器电源 相机模块 外围子系统 USB供电设备 游戏系统 数码相机 机顶盒框 GPS 车载信息娱乐 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 09:02 96次 阅读
NCP6922C LDO稳压器 双通道 4通道PMIC 双DC-DC转换器

NCP6324 同步降压转换器 3 MHz 2.0 A.

4B / C是一系列同步降压转换器,经过优化,可为一节锂离子电池或三节碱性/镍镉/镍氢电池供电的便携式应用提供不同子系统。这些器件能够在外部可调电压下提供高达2 A的电流。采用3 MHz开关频率工作可以采用小尺寸电感和电容。输入电源电压前馈控制用于处理宽输入电压范围。同步整流和自动PWM / PFM省电模式可提高系统效率。 NCP6324B / C采用节省空间的2.0 x 2.0 x 0.75 mm WDFN-8封装。 特性 优势 2.5 V至5.5 V输入电压范围 支持最新电池 3 MHz开关频率 降低输出电感和电容尺寸 自动省电模式(NCP6324B)或操作模式选择(NCP6324C) 降低静态电流,节省电池寿命 应用 终端产品 Portable&无线应用 计算与安全外围设备应用 消费类应用 移动电话,智能手机和PDA 便携式媒体播放器 数码相机 USB供电设备 游戏及娱乐系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 05:02 25次 阅读
NCP6324 同步降压转换器 3 MHz 2.0 A.

FAN53880 一个降压 一个升压和四个LDO PMIC

80是一款用于移动电源应用的低静态电流PMIC。 PMIC包含一个降压,一个升压和四个低噪声LDO。 特性 晶圆级芯片级封装(WLCSP) 可编程输出电压 软启动(SS)浪涌电流限制 可编程启动/降压排序 中断报告的故障保护 低电流待机和关机模式 降压转换器:1.2A,VIN范围: 2.5V至5.5V,VOUT范围:0.6V至3.3V 升压转换器:1.0A,VIN范围:2.5V至5.5V,VOUT范围:3.0V至5.7V 四个LDO:300mA,VIN范围:1.9V至5.5V,VOUT范围:0.8V至3.3V 应用 终端产品 电池和USB供电设备 智能手机 平板电脑 小型相机模块 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 72次 阅读
FAN53880 一个降压 一个升压和四个LDO PMIC

NCP1597B 同步降压转换器 1 MHz 2.0 A.

7B是一款固定的1 MHz,高输出电流,同步PWM转换器,集成了低电阻,高侧P沟道MOSFET和低侧N沟道MOSFET。 NCP1597B利用电流模式控制提供快速瞬态响应和出色的环路稳定性。它将输入电压从4.0 V调节至5.5 V,输出电压低至0.8 V,最高可提供2 A. NCP1597B具有固定内部开关频率(FSW)和内部软启动等功能。限制浪涌电流。使用EN引脚,关断电源电流最大降至3μA。其他功能包括逐周期电流限制;短路保护,低压差模式,省电模式和热关断。该器件还采用NCP1597A下的6引脚3x3mm DFN封装。 特性 优势 输入电压范围:4.0 V至5.5 V 优化用于+ 5V输入 内部140mΩ高侧开关P-FET和90mΩ低侧N-FET 高效率运作 固定1 MHz开关频率 小输出电感和输出电容 逐周期电流限制 保护功能 过热保护 保护功能 使用预偏置输出负载启动 与uP核心和I / O要求兼容 0.8 V +/- 1.5%参考电压 能够输出低输出电压 轻载时的省电模式 轻载时提高效率 应用 终端产品 + 5V DC-DC稳压器 机顶盒 液晶电视/数字电视/等离子电...
发表于 07-30 04:02 14次 阅读
NCP1597B 同步降压转换器 1 MHz 2.0 A.

NCP1599 同步降压转换器 1 MHz 3.0 A.

9是一款固定的1 MHz,高输出电流,同步PWM转换器,集成了低电阻,高侧P沟道MOSFET和低侧N沟道MOSFET。 NCP1599利用内部补偿电流模式控制,提供良好的瞬态响应,易于实现和出色的环路稳定性。它可将输入电压从3.0 V调节至5.5 V,输出电压低至0.8 V,并可提供高达3.0 A的负载电流。 NCP1599包括一个内部固定的开关频率(FSW)和一个内部软启动,以限制浪涌电流。其他功能包括逐周期电流限制,短路保护,省电模式和热关断。 特性 优势 输入电压范围为2.7 V至5.5 V 能够与3.3 V或5 V电压轨一起使用 内部140mΩ/90mΩMOSFET 满负荷时的高效率 逐周期电流限制 保护功能 过温保护 保护功能 使用预偏置输出负载启动 兼容uP核心和I / O要求 0.8 V +/- 1.5%参考电压 能够输出低输出电压 轻载期间的省电模式 提高效率在轻载时 应用 终端产品 + 5V DC-DC稳压器 机顶盒 液晶电视/数字电视/等离子电视 USB供电设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 17次 阅读
NCP1599 同步降压转换器 1 MHz 3.0 A.

NCP1529 降压转换器 DC-DC 高效率 可调节输出电压 低纹波 1.7 MHz 1 A.

9降压型DC-DC转换器是一款单片集成电路,适用于由一节锂离子电池或三节碱性/镍镉/镍氢电池供电的便携式应用。该器件可在外部可调范围为0.9 V至3.9 V或固定为1.2 V或1.35 V的输出范围内提供高达1.0 A的电流。它使用同步整流来提高效率并减少外部元件数量。该器件还内置1.7 MHz(标称)振荡器,通过允许使用小型电感器和电容器来减小元件尺寸。自动切换PWM / PFM模式可提高系统效率。 其他功能包括集成软启动,逐周期电流限制和热关断保护。 NCP1529采用节省空间的扁平2x2x0.5 mm UDFN6封装和TSOP-5封装。 特性 优势 96%效率,28 uA静态电流,0.3 uA关断电流 延长电池续航时间和'播放时间' 1.7 MHz开关频率 允许使用更小的电感和电容器 在轻负载条件下自动切换PWM和PFM模式 轻载时的低功耗 可调输出电压0.9V至3.9V 即使在PFM模式下,同类最佳低纹波 应用 终端产品 电池供电应用电源管理 核心电压低的处理器电源 USB供电设备 低压直流电源电源管理 手机,智能手机和掌上电脑 MP3播放器和便携式音频系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 02:02 72次 阅读
NCP1529 降压转换器 DC-DC 高效率 可调节输出电压 低纹波 1.7 MHz 1 A.

NCV6334 3.0 MHz 2.0 A PFM / PWM同步降压转换器 具有良好的功率

4B是一款同步降压转换器,经过优化,可为由一节锂离子电池或三节碱性/镍镉/镍氢电池供电的便携式应用提供不同的子系统。该器件能够在外部可调电压下提供高达2 A的电流。采用3 MHz开关频率工作可以采用小尺寸电感和电容。输入电源电压前馈控制用于处理宽输入电压范围。同步整流可提高系统效率。 NCV6354采用节省空间的扁平2.0x2.0x0.75 mm WDFN-8封装。 特性 优势 2.3 V至5.5 V输入电压范围 支持最新电池 3 MHz开关频率 降低输出电感和电容尺寸 自动省电模式 降低静态当前 应用 终端产品 消费者应用 计算与技术外围设备应用 游戏和娱乐系统 USB供电设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 01:02 46次 阅读
NCV6334 3.0 MHz 2.0 A PFM / PWM同步降压转换器 具有良好的功率

NCP6924 6通道电源管理IC(PMIC) 带有2个DC-DC转换器和4个LDO

4是安森美半导体迷你电源管理IC系列的一部分。它经过优化,可提供电池供电的便携式应用子系统,如相机模块,微处理器或任何外围设备。该器件集成了两个高效1000 mA降压DC-DC转换器,带有DVS(动态电压调节)和四个低压差(LDO)稳压器,采用WLCSP-30 2.46 x 2.06mm封装。 特性 优势 非常小的封装2.46 x 2.06 mm 减少PCB空间 超低静态电流(典型值105 uA) 节省电池寿命 I 2 C可访问的先前启用设备允许在启动系统之前更改设置 提供设计灵活性 两个DC-DC转换器,效率95%,可编程输出电压0.6 V至3.3 V,12.5 mV步进,1000 mA输出电流能力 四个低噪声,低压差稳压器,可编程输出电压1.0 V至3.3 V,50 mV步进,2 x 150 mA和2 x 300mA输出电流能力,50 uVrms典型低输出噪声 应用 终端产品 电池供电的应用电源管理 核心电压低的处理器的电源 相机模块 外围子系统 USB供电设备 智能手机 平板电脑 可穿戴设备 MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 01:02 46次 阅读
NCP6924 6通道电源管理IC(PMIC) 带有2个DC-DC转换器和4个LDO

NCV6323 同步降压转换器 3 MHz 2 A.

3是一款同步降压转换器,经过优化,可为一节锂离子电池或三节碱性/镍镉/镍氢电池供电的便携式应用提供不同的子系统。这些器件能够在外部可调电压下提供高达2 A的电流。采用3 MHz开关频率工作可以采用小尺寸电感和电容。输入电源电压前馈控制用于处理宽输入电压范围。同步整流可提高系统效率。 NCV6323采用节省空间的2.0 x 2.0 x 0.75 mm WDFN-8封装。 特性 优势 2.5 V至5.5 V输入电压范围 支持最新电池 3 MHz开关频率 降低输出电感和电容尺寸 最多2 A输出电流 应用 终端产品 计算&外围设备应用 消费类应用 USB供电设备 游戏和娱乐系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 00:02 50次 阅读
NCV6323 同步降压转换器 3 MHz 2 A.

NCP6925 电源管理IC(PMIC) 7通道 带2个DC-DC转换器和5个LDO

5是安森美半导体迷你电源管理IC系列的一部分。它经过优化,可提供电池供电的便携式应用子系统,如相机模块,微处理器或任何外围设备。该器件集成了两个高效1000 mA降压DC-DC转换器和DVS(动态电压调节)以及五个低压差(LDO)稳压器,采用WLCSP-36 2.36 x 2.36 mm封装。 特性 优势 2.36 x 2.36 mm WLCSP 0.4 mm间距 小空间应用 超低静态电流(典型值140μA) 节省电池寿命 Id检测能力 附件检测 2一般用途I / O引脚 可以控制内部或外部稳压器,或者可以用作内部序列触发输入 两个DC-DC转换器,效率95%,程序可输出电压0.6 V至3.3 V,12.5 mV步进,1000 mA输出电流能力 四个低噪声,低压差稳压器,可编程输出电压0.8 V至3.5 V,25 mV步进,300 mA输出电流能力,50μVrms典型低输出噪声 灵活的上电和下电顺序可通过I²C编程 三输入10位ADC 2个DC-DC转换器,95%效率,1 A输出电流能力,可编程输出电压0.6 V至3.3 V×12.5 mV步骤 5个低压差稳压器,300 mA输出电流能力,0.8 V至3.5 V,25 mV步进的可编程...
发表于 07-30 00:02 87次 阅读
NCP6925 电源管理IC(PMIC) 7通道 带2个DC-DC转换器和5个LDO

LV5683P LDO稳压器 4通道

P是一款多线性稳压器,适用于USB硅调谐器汽车音响系统。该IC具有4个输出,VDD5V(3.3V),AUDIO(8.5V),SWU(3.3V)和USB5V(CD 8V:可用)。关于保护电路,它具有过流保护,过压保护和热关断功能。 VCC1(SWU和USB电源)是VCC的独立端子,接受较低的电压(例如来自DC / DC转换器),可以降低功耗。 特性 4系统稳压器 VDD5V(3.3V),AUDIO(8.5V),SWU(3.3V)和USB5V(CD 8V:可用) 过电流保护 过电压保护:典型21(除VDD外) 热关断Typ 175°C 应用Pch-LDMOS用于输出阶段 应用 汽车音响和信息娱乐系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 206次 阅读
LV5683P LDO稳压器 4通道

NCP81231 降压控制器 USB供电和C型应用

31 USB供电(PD)控制器是一款针对USB-PD C型解决方案进行了优化的同步降压控制器。它们是扩展坞,车载充电器,台式机和显示器应用的理想选择。 NCP81231采用I2C接口,可与uC连接,以满足USB-PD时序,压摆率和电压要求。 NCP81231工作在4.5V至28V 特性 优势 I2C可配置性 允许电压曲线,转换速率控制,定时等 带驱动程序的同步降压控制器 提高效率和使用标准mosfet 符合USB-PD规范 支持usb-pd个人资料 过压和过流保护 应用 终端产品 USB Type C 网络配件 消费者 停靠站 车载充电器s 网络中心 桌面 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 19:02 98次 阅读
NCP81231 降压控制器 USB供电和C型应用

NCP6992 AIRFUEL-MR无线电源发送器ASIC

2是一款无线电源ASIC,可提供符合AirFuel MR标准的非接触式6.78 MHz电力传输单元(PTU)所需的电源,测量和支持功能。 NCP6992与蓝牙信令协议(BLE)相结合,通过管理功率传输(包括效率和故障条件管理),有助于调整和优化发送器线圈的功率。 特性 输入电压范围4.5V至22V 提供小型7x7mm²可湿性侧翼电镀QFN-56封装,间距0.4mm 直接从墙上适配器或USB端口供电 可通过3.4 MHzI²C接口进行广泛编程 50 W功率升压控制器,具有可在9V至55.2V(200mV步进)下编程的转换器,具有OVP和自动控制输入选项 可配置的睡眠模式和使用直接输入控制的快速唤醒循环 In集成式降压转换器5V& 500mA 2通用GPIO可用于逻辑I / O,ADC输入或时钟输出 系统LDO可编程为1.2V至3.6V,100 mV步进,带动态电压调节(DVS) USB BC 1.2检测的前端 具有OCP的四相可选6.78MHz PA驱动器 用于天线切换的PWM控制继电器驱动器 用于PA电源电压,电流和温度测量的10位ADC 一个阻抗控制检测器 具有ADC读数的差分...
发表于 07-29 18:02 63次 阅读
NCP6992 AIRFUEL-MR无线电源发送器ASIC