2-layer USB 2.0 Routing Kecepatan Tinggi

Pertama:

Ini untuk proyek hobi satu kali (atau dua kali), tidak ada yang lebih serius. Jika ini adalah desain komersial, saya akan pergi 4-lapisan sekaligus (meskipun saya tidak akan merancang proyek seperti itu di tempat pertama).
Pergi 4-layer hanya dapat diterima jika BENAR-BENAR diperlukan ; papan tersebut harganya paling tidak dua kali lipat dari jumlah ini, dan PCB 2-lapis masih lebih mahal dari gabungan komponen.
Tujuannya adalah untuk melewati sinyal USB 2.0, sebagian besar tidak terluka, antara dua konektor (USB-B ke USB-A, keduanya wanita), tidak lebih; PCB saya sebenarnya tidak menggunakan sinyal.

(Jika titik-titik ini memindahkan pos ke wilayah "terlalu sempit", jangan abaikan :-)

Jadi, pertanyaannya adalah: apakah ini mungkin, dengan hasil yang dapat diterima? Tujuan utamanya, tentu saja, untuk memungkinkan komunikasi Berkecepatan Tinggi (480 Mbit / s).

Menurut spesifikasi USB, pasangan diferensial harus memiliki impedansi diferensial 90 ohm, dan impedansi karakteristik ke-tanah 30 ohm. Namun, USB tampaknya menoleransi sedikit penyalahgunaan; catatan aplikasi SMSC (PDF) di mana mereka membahas 2-layer USB 2.0 layout PCB menyebutkan bahwa impedansi tunggal tidak sepenting diferensial, dan bahwa rentang "45 hingga 80 ohm" dapat diterima.

Spesifikasi papan adalah 1 ons tembaga, dengan 63 juta FR-4 di antaranya.
Menurut beberapa kalkulator impedansi, seperti yang ini (yang, kecuali saya salah paham akan sesuatu, tidak menampilkan impedansi berujung tunggal juga), tampak bahwa 50 mil jejak dengan jarak 10 mil memberikan ~ 90 ohm diferensial dan ~ 80 ohm Z0.
(Nilai-nilai itu dari kalkulator Saturnus PCB Toolkit yang gratis, tetapi memerlukan unduhan.)

Jejak akan berada di urutan 3 inci panjang, dan kemungkinan pergi dalam bentuk U terbalik untuk pergi di dekat tepi papan, sehingga saya memiliki ruang untuk merutekan yang lain (hanya sinyal sub-MHz) tanpa melanggar bidang tanah di bawah jejak USB.

Tentu saja saya menyadari bahwa seluruh upaya ini sedikit gila; Namun, sekali lagi, ini untuk papan hobi, dan tampaknya telah dilakukan oleh perusahaan yang serius juga.
Kecepatan tinggi benar-benar masih sedikit di luar saya, tetapi sisa dari proyek ini sederhana; Saya hanya perlu mendapatkan sinyal ini di PCB dan yang lainnya adalah sepotong kue.

Jika Anda melewatkannya, pertanyaan utamanya adalah: apakah ini mungkin, dengan hasil yang dapat diterima?
Jika ada metode 2-layer routing yang lebih baik (misalnya, artikel singkat ini menggunakan routing waveguide coplanar untuk tujuan ini), tolong katakan. Saya tidak dapat menemukan banyak informasi (yang terperinci dan dapat dimengerti, tetapi tanpa rincian atau persamaan / kalkulator menyebutkan tentang ini sama sekali.

usb pcb-design high-speed

— exscape
sumber

Jika papan sama sekali tidak menggunakan sinyal USB, apakah itu akan menjadi pilihan untuk menempatkan kedua konektor di samping satu sama lain?

— Anindo Ghosh

@AnindoGhosh hmm ya, saya kira begitu! Saya pikir memilikinya "in-line" dengan kabel akan menyenangkan, tapi itu sama sekali tidak ada persyaratan, sekarang Anda menyebutkannya.

— exscape

Kemudian posisikan mereka cukup dekat untuk memungkinkan konektor bernapas ruang sesuai spesifikasi USB, dan menempatkan jejak lemak pendek di antara mereka, lebih disukai dengan panjang yang sama. Saya akan menempatkan mereka di sudut yang tepat satu sama lain di sudut papan, sehingga seluruh pengaturan tidak mengganggu sisa PCB saya.

— Anindo Ghosh

@AnindoGhosh Itu memberi saya ~ 330 mil jejak di antara pin, atau lebih. Jaraknya masih 50 mil / 10 mil. Sesuatu seperti ini: i.imgur.com/GVy7j.png (VBUS adalah yang tidak rusak, tentu saja.) Setidaknya menurut beberapa aturan praktis, pada waktu kenaikan 500 ps, ini mungkin di bawah di mana efek saluran transmisi berpengaruh .. .?

— exscape

Efek saluran transmisi dalam hal ini akan diabaikan. Satu-satunya masalah yang mungkin terjadi, jika Anda masih menginginkan sesuatu untuk dikhawatirkan, adalah bahwa panjang kumulatif dari dua kabel USB yang Anda pasang ke dua port mungkin melebihi panjang maksimum yang disarankan untuk USB.

— Anindo Ghosh

Meringkas jejak komentar sebagai jawaban :

Persyaratannya adalah untuk tata letak PCB untuk pass-through antara konektor USB2.0 A dan B pada PCB. Sisa rangkaian pada PCB tidak berinteraksi dengan jalur sinyal USB.

Solusi yang disarankan :

Dengan mengubah susunan fisik kedua soket agar berdekatan daripada pada sisi yang berlawanan dari papan seperti yang dibayangkan semula, panjang jejak sinyal dan kekhawatiran efek transmisi dikurangi.

Selanjutnya, dengan mengatur kedua konektor pada sudut yang tepat satu sama lain, di satu sudut area papan, kebutuhan untuk meninggalkan ruang di antara mereka untuk memungkinkan kabel untuk dihubungkan, ditangani: Kabel akan dihubungkan di sepanjang tepi berbeda dari papan dan tidak akan saling menyentuh.

Ini juga memungkinkan penyederhanaan perutean:

Rekomendasi untuk jalur sinyal panjang yang sama secara inheren dibahas
Pengaturan ini tidak mengganggu tata letak PCB lainnya, karena tidak aktif di sudut
Dengan panjang jejak kecil yang ditunjukkan, saluran transmisi dan efek antena dapat diabaikan untuk transmisi USB 2.0 Kecepatan Tinggi

Tata letak sudut soket USB (seperti yang diposting oleh OP).

Masalah yang mungkin perlu ditangani :

Kekokohan fisik PCB untuk mengatasi tekanan insersi kabel berulang - Baut pemasangan di sudut antara konektor harus mengatasi ini.
Panjang total efektif kabel USB, menambahkan kabel sisi-A dan sisi-B, dapat melebihi panjang kabel maksimum USB. Bagian PCB yang sangat pendek akan bertindak hanya sebagai perpanjangan kabel.
Solusi kreatif diperlukan untuk meninju papan dengan konektor di sudutnya.

— Anindo Ghosh
sumber

Pendekatan dua sudut mungkin membuat kotak sulit prototipe.

— Scott Seidman