Расчеты полного сопротивления трассировки USB с нагрузочными резисторами

Я проектирую печатную плату с микроконтроллером Renesas RZ-A1 и хочу проверить, правильно ли я выполняю USB D + и D- трассировки.

В этом примечании к приложению от Fairchild , которое является одним из лучших результатов Google, говорится, что однофазное полное сопротивление D + и D- трасс должно составлять 45 Ом.

Используя калькулятор импеданса EEWeb Microscrip , я обнаружил, что с медью 1 унции / фут ^ 2 и высотой подложки 0,08 мм моя ширина трассы должна составлять 0,17 мм, чтобы достичь этих 45 Ом.

В примечании по применению Fairchild также говорится, что дифференциальное характеристическое сопротивление линий D + и D- должно составлять 90 Ом.

Используя калькулятор импеданса EEWeb Edge Coupled Microstrip , я обнаружил, что для достижения этого расстояние между моими следами должно составлять 0,098 мм.

Это выглядит правильно?

Следующая часть вопроса - я понимаю, что согласующие резисторы серии необходимы на D + и D-. Renesas RZ-A1 рекомендует 22 Ом. Изменяет ли наличие этих резисторов что-либо с точки зрения приведенных выше расчетов? Например, поскольку резисторы уже выдают 22 Ом, должен ли я нацеливаться на однофазное сопротивление 23 Ом, а не на 45, или что-то в этом роде?

вопрос 1: это не кажется правильным

По умолчанию Er равен 4, но обычно ER для стандартного FR4 составляет около 4,6. Хотя для этого расчета вам понадобится эффективный Er, потому что вершина трассы не встроена в FR4.

с Er = 4,6, проводником с = 0,17 мм и высотой диэлектрика 0,08 мм, эффективный Er составляет 3,2215. но калькулятор импеданса микрополосковых соединений EEWeb с ребристой кромкой не дает мне те же значения, что и для полярного решателя поля si800 или бесплатного набора инструментов Saturn PCB .

используйте набор инструментов Saturn PCB, он бесплатный, и он также может компенсировать форму трапециевидной гальки следов и других переменных производственного процесса.

Вопрос 2: Импеданс трассы должен быть как можно ближе к характеристическому сопротивлению кабеля, разъема и оконечной нагрузки на приемном конце. Любые скачки импеданса вызовут отражения и вызовут ухудшение сигнала. Поэтому следите за тем, чтобы дифференциальное сопротивление трассы asc теряло как можно больше 90 Ом. Одноконечное сопротивление важно, но не так важно, потому что в кабеле сигналы транспортируются в дифференциальной паре. согласующие резисторы серии используются по 4 основным причинам.

1. Чтобы уменьшить EMI, это если продукт будет одобрен ЕС.
2. Для поглощения отражений на ближнем конце, как те, которые вызваны разъемом.
3. Для контроля / уменьшения уровня сигнала на стороне приемника, поскольку в тесте на соответствие HS-USB существуют максимальные пределы напряжения привода.
4. Для грубого улучшения защиты от электростатического разряда (когда системе требуется лучшая защита от электростатического разряда, вместо этого следует использовать соответствующее зажимное устройство с низкой емкостью)

Единственный нежелательный эффект - увеличение скорости нарастания, но рекомендация производителя обычно принимает это во внимание.

В качестве примера использования резисторов серии для улучшения соответствия смотрите следующую картинку. Хотя глазная диаграмма идеальна, пакет соска потерпел неудачу, потому что он перешел границы, о чем свидетельствуют 3 красные точки в правом нижнем углу рамки шаблона. это потому, что есть некоторое превышение. Последовательные резисторы могут быть использованы в этом случае для уменьшения перерегулирования.

Испытание проходит после увеличения значения последовательного резистора на 10 Ом.

Методические рекомендации:

• Держите последовательные нагрузочные резисторы как можно ближе к контактам приводного устройства для лучшего поглощения отражений ближнего конца.
• Избегайте движения пары дифференциалов по поверхности заземления.
• Держите дифференциальную пару вдали от любых переходных отверстий, прокладок или меди в одном и том же слое, как минимум, в 3 раза больше перекоса между парами или высоты диэлектрика, в зависимости от того, какая величина больше.
• симулировать все
• если вы можете повторно использовать дизайн, который уже соответствует требованиям, просто не изобретайте велосипед.

Если вы будете следовать спецификациям и примечаниям приложения Mfg, вы получите наилучшую целостность сигнала. Поскольку FET внутри этого класса микросхем имеет низкое значение RdsOn (10 Ом), но шире, чем желательный допуск, необходимо добавить серию R, но полное сопротивление трассы должно быть 45 Ом + -10%.

Обратите внимание, что примечание приложения использует 42 Ом при комнатной температуре для выходного сопротивления драйвера вкл. 29 Ом. Это дает им оптимальную картину глаз для запаса.

Также обратите внимание, что если вы увеличиваете толщину диэлектрика, то вы можете использовать большие зазоры и дорожки. ** Соотношение 2: 1 для ширины колеи: толщина FR4 составляет около правой. **

Это связано с тем, что характеристический импеданс обусловлен фиксированным отношением, если отношение индуктивность / емкость или отношение ширины дорожки к толщине платы. То же самое верно для коаксиального диаметра отношения сигнал / земля. Распределенная индуктивность, связанная с соотношением сторон пути сигнала и емкостью, контролируется зазорами проводника.